中国电力

2023, 56(1): 0-0.

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“碳达峰、碳中和”目标下的电力系统成本及价格水平预测

孙启星, 张超, 李成仁, 尤培培, 高效, 赵茜, 许钊, 刘思佳, 李炎林

2023, 56(1): 9-16. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208069

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电力系统在碳达峰碳中和目标实现过程中，电源结构、电网形态等将发生重大变化，系统成本也将随之改变。在综合考虑电源结构、发电造价、燃料成本、电网投资等因素变化基础上，采用经营期法和“成本+收益”方法，开展中远期电力系统成本及价格水平预测。研究结果表明，未来电力系统各环节成本均呈上升趋势，其中电源侧成本在2040年前快速增长、之后相对稳定，而电网侧成本保持小幅上涨趋势。该研究可为进一步完善电价机制和市场化制度、加强电力系统成本疏导和公平分担提供参考依据。

中国电力中长期市场分时段交易价格形成机制及模型

黄姗姗, 叶泽, 罗迈, 陈磊, 魏文, 姚军

2023, 56(1): 17-27. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208082

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电力中长期市场分时段交易是中国电力市场改革的重要举措之一。针对当前电力中长期市场分时段交易价格形成机制不合理、不完善的问题，提出了中国电力中长期市场分时段交易价格形成机制及其模型。首先，分析影响中国电力中长期分时段交易价格形成的因素，提出电力中长期交易的4种典型场景；然后，综合考虑生产成本和用户效用，探索性地提出适用于中长期分时段交易的系统平均成本定价、用户失负荷价值定价、系统边际成本定价和发电企业失负荷价值定价4种成本定价机制，构建了基于成本定价的分时段交易定价模型；最后，以某省实际数据为例进行测算，验证了模型的有效性。

基于动态电价机制的用户侧分布式储能电能交易策略

郭之栋, 胡存刚, 芮涛, 罗魁, 林振锋

2023, 56(1): 28-37. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206019

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用户侧分布式储能具备优化用户电力负荷曲线和协调消纳系统侧可再生能源发电的能力。提出一种基于动态电价机制的配电系统用户侧分布式储能电能交易策略。首先，该策略在充分考虑新能源出力和用户电能需求不确定性的基础上，构建用户侧分布式储能和配电系统的日前电能调度模型；然后，根据动态电价机制对用户侧分布式储能调度计划和系统侧可再生能源消纳水平的影响，建立基于主从博弈的配电网运营商和用户侧储能运营商的电能交易模型，并采用启发式算法获取博弈模型的均衡解；最后，通过算例验证了所提电能交易策略可有效提升配电网运营商的经济效益与新能源消纳水平，并降低用户侧的运行成本。

计及电价不确定性和容量衰减的电动汽车充放电商业模式

李旭东, 杨烨, 李帆琪, 时全佑, 谭忠富

2023, 56(1): 38-48. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210063

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电动汽车作为移动储能设施，可以通过开展车网协同，促进电力系统的稳定。随着电动汽车的迅速发展，如何设计电动汽车充放电的商业模式成为亟须解决的问题。鉴于此，设计了电动汽车聚合商单独参与现货市场、联合参与现货市场及辅助服务市场2种模式。同时，考虑到电价不确定性和电池容量衰减的影响，对2种模式开展经济性测算和多因素敏感性分析。算例结果表明，电动汽车聚合商联合参与现货市场及辅助服务市场模式的经济性要优于单独参与现货市场模式。在该研究结果的基础上，设计现阶段电动汽车聚合商参与电力市场的商业方案。

激励相容的分段式用户互动补偿电价合同模型

郁清云, 束云豪, 戴小妹

2023, 56(1): 49-55. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204071

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实现电力用户与电网公司的友好互动是解决当前能源供需矛盾的有效方式，为了激励用户参与用电互动，需要设计合理的互动机制。提出一种适用于不同类型用户的激励相容的互动补偿电价合同模型。该模型以非线性定价为理论基础，以电网公司利益最大化为决策目标，考虑用户激励相容约束，确定不同类型用户对应的最优互动量和补偿价格。算例表明：该定价模型兼具定价效率与可操作性，不仅能够保证电网公司利益最大化，还能很好地激励用户参与互动，同时能够引导用户披露真实的类型信息，满足用户激励相容特性，在电力市场环境下具有现实的社会、经济意义。

典型国家电力市场保底售电服务机制对比及对中国的启示

曹昉, 罗进奔

2023, 56(1): 56-67. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208074

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保底售电服务机制是售电市场稳定运行的重要组成部分，随着中国售电市场的全面放开，亟须深入研究典型国家电力市场保底售电服务机制设计内涵，并结合实际情况设计适应中国售电市场发展的保底售电服务机制。首先，分析对比了英国、澳大利亚和美国得克萨斯州3个典型电力市场的保底售电服务机制设计，包括保底售电服务启动、保底售电公司选择、价格机制、成本回收机制、服务期限等的设计；然后，分析中国保底售电服务机制实践情况，并结合国外经验分析中国保底售电服务机制特点；最后，结合典型国家经验及中国售电市场的改革环境，对中国保底售电服务机制设计提出相关建议。

发电容量充裕性保障机制国际实践与启示

黄海涛, 许佳丹, 郭志刚, 金建波

2023, 56(1): 68-76. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205004

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电力能源绿色转型和现货市场加快推进使得中国发电容量充裕性保障机制建立及其路径选择问题日益迫切。围绕此问题，梳理容量充裕性保障机制的国际实践经验，综合比较稀缺定价、容量市场和容量补贴电价3类机制的基本原理、总体框架与核心制度、机制优劣与适用条件；以容量市场为重点，比较分散式、集中式和可靠性期权3类市场模式，归纳以容量配额、资格审查和市场交易为核心制度的基本框架体系，研究各个市场拍卖制度设计和容量需求曲线计算方法；阐释智利补贴机制中容量电价和充裕容量的核定原理与方法，探讨稀缺定价机制在社会政治层面的局限性及监管两难问题。最后，就中国容量充裕性保障机制建设问题，提出与中国电力市场建设发展相适应的分阶段建议。

英国频率响应服务市场及对中国调频市场建设的启示

叶文圣, 荆朝霞, 禤宗衡

2023, 56(1): 77-86. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206029

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高比例可再生能源接入增大了高性能调频服务的需求，给电力市场建设带来了挑战。辅助服务市场机制是经济、可靠地获取调频服务的关键，中国正处在电力市场改革的关键时期，吸取国外先进市场的建设经验很有必要。详细介绍英国频率响应服务市场，包括强制频率响应、固定频率响应等传统调频产品以及动态高低频、动态遏制等新型调频产品的性能要求、交易机制和响应机制，重点分析其分散式、多市场、长周期、高透明度的特点，对中国调频市场的发展提出意见和建议。

电化学储能参与调频市场的贡献评估方法

宋少群, 熊嘉丽, 张伟骏, 惠东, 牛萌, 戴立宇, 蔡强

2023, 56(1): 87-95. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210062

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电化学储能参与调频服务市场、秒级响应联络线功率偏差，而衡量联络线功率偏差控制的指标CPS1和CPS2是由分钟级的联络线偏差电量累计值计算得到的，难以客观评价储能对调频的贡献。为此，提出了一种电化学储能参与调频服务市场的贡献评估方法。该方法将区域控制偏差作为反映储能电站调频作用的影响变量，通过建立“储能电站调频功率”与“区域控制偏差ACE”间的关联性，得到储能调频对区域控制偏差的作用值，进而构建衡量储能对系统调频贡献程度的指标；基于置信水平，分析储能对调频贡献程度指标的分布情况，确定储能在调频市场的贡献及经济效益。根据某省级电网的实际运行数据进行测算的结果表明，该方法能准确衡量储能的调频贡献，为科学合理地制定储能参与调频服务机制提供依据。

基于深度强化学习的户内变电站通风降噪优化设计

汤锦慧, 伍发元, 支妍力, 毛梦婷, 代小敏

2023, 56(1): 96-105,118. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211051

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针对户内变电站运行发热导致温度过高引发安全风险，以及采取相关散热措施可能导致噪声扰民的问题，提出一种基于有限元仿真和深度强化学习的户内变电站进风口设计参数优化方法。以此对户内变电站通风系统进风口位置大小进行优化设计，使其获得最优通风降噪效果。首先，通过有限元分析法对其温度场、流体场和声场进行仿真建模；然后，基于大量仿真数据，采用卷积神经网络建立温度和噪声的预测模型；最后，考虑噪声约束，利用基于最大熵强化学习框架的SAC算法，以变电站室内温度最低为目标对进风口设计参数进行优化求解。研究结果表明，经过优化后的进风口设计方案能够有效降低变电站室内温度，同时使噪声满足国家规范要求。

基于BSSSO算法的无功补偿容量优化方法

祁升龙, 李磊, 何玉鹏, 朱林, 王放, 邹红波

2023, 56(1): 106-111. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202106025

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无功补偿容量的目标是将有功功率损耗降至最低且兼顾电压平衡。首先，针对无功补偿容量优化实际，建立考虑有功功率损耗、电压偏差、电压稳定性的多目标无功补偿容量优化模型；然后，提出基于鸟群算法（bird swarm algorithm，BSA）与混合牧羊人优化算法（shuffled shepherd optimization algorithm，SSOA）的鸟群牧羊混合优化（bird swarm shuffled shepherd optimization，BSSSO）算法，以优化无功补偿容量；最后，通过仿真算例验证了所提方法，结果表明所提方法性能优越，可以兼顾各指标平衡。

基于解耦内点法与混合整数规划法的区域电网动态无功优化算法

张杰, 郑云耀, 刘生春, 马勇飞, 颜伟, 王恒凤

2023, 56(1): 112-118. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202106051

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动态无功优化在提高电网电压质量、降低网损和减少离散调压设备日动作次数方面具有重要作用，在数学上它是一个含绝对值约束的多时段大规模非线性混合整数规划问题，其高效求解是一个难题。为此，提出了一种基于解耦内点法和混合整数规划的动态无功优化两阶段算法。第1阶段，利用sigmoid函数处理绝对值约束以实现原模型的连续化，采用解耦内点法思想构建KKT修正方程的对角带边结构，实现了模型的时段分块解耦高效求解；第2阶段，将原模型在当前连续解附近线性化，构建涉及原模型所有约束条件的混合整数线性规划模型，由此决策出离散无功控制设备的优化解。通过某地区26节点的算例仿真，验证了本文算法的有效性。

考虑分布式电源和电动汽车集群调度的配电网络重构

谢学渊, 刘潇潇, 李超, 胡资鹏, 刘铠, 陈涛

2023, 56(1): 119-125. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202109121

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随着分布式电源和电动汽车等灵活性电力资源大量接入配电网，对系统安全可靠性提出了更高要求。提出一种考虑分布式电源和电动汽车集群调度的配电网络重构方法，以提高系统可靠性和经济性。在考虑电压偏差的基础上，以故障停电损失成本作为衡量电网可靠性的经济性指标，对网络拓扑结构进行重新构建。首先以线路的开关状态、电动汽车充、放电状态及功率为决策变量，建立以综合成本最小为目标的配电网络重构模型；然后针对配电网络重构模型，采用共生生物搜索算法进行模型求解；最后，通过仿真算例验证了所提方法的有效性。

基于子模块电容电压允许值的MMC均压控制策略

张彬桥, 李成, 李振兴, 肖博文, 刘闯, 王飞

2023, 56(1): 126-131. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107126

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针对模块化多电平变换器（modular multilevel converter，MMC）传统子模块（sub-module，SM）均压策略存在的开关频率高、开关损耗量多、计算量大等问题，提出基于子模块电容电压允许值的均压控制策略。通过引入电容电压允许值变量，使得SM电压始终在规定的范围内运行，降低了功率器件损耗。与此同时，由于不需要每个控制周期对全部SM进行排序，进一步减少了控制策略的计算量。通过仿真结果验证了所提策略的有效性，可以显著减少单位时间内功率器件的开关次数。

基于混合模态分解和LSTM-CNN的变压器油中溶解气体浓度预测

陈铁, 张治藩, 李咸善, 陈一夫, 李鸿鑫

2023, 56(1): 132-141. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210089

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对油中溶解气体浓度进行预测，可提前掌握变压器运行趋势。提出一种基于混合模态分解和LSTM-CNN（long short-term memory network-convolution network）网络的预测方法，实现精准的气体浓度预测。首先，为消除分解中模态混叠和残余白噪声的影响，对气体序列进行ICEEMDAN分解，以削弱序列的非平稳性；然后，使用VMD对聚合重构后的高频分量进行二次分解，降低高频分量的复杂度；最后，为了增强模型对序列时间特征和空间特征的拟合，采用结合时间注意力机制的LSTM-CNN网络对分解分量分别进行预测并重构气体浓度数据。算例验证表明，所提出的模型相比其他模型具有更强的预测性能，为后续故障预测提供有力支撑。

面向智能电网电压崩溃路径的优化粒子群算法

徐杰, 汪石农

2023, 56(1): 142-149. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102037

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随着智能电网系统的研究深入，针对复杂智能电网系统的电压崩溃路径，研究了基于智能电网系统的等效模型。通过AGENT图分析了系统脆性关系，采用一种在脆性发生时崩溃路径优化粒子群算法，给出系统内部的脆性对于系统稳定性的影响，发现脆性激发时崩溃传递路径具有多样性的解，并分析了崩溃路径。基于35 kV智能电网一次系统模型，通过对智能电网脆性电压崩溃路径的预测和控制，有效优化了整个系统性能，对智能电网系统的设计控制具有重要的指导意义。结果表明，智能电网系统节点的崩溃在各子系统层间传递，进而导致整个系统的电压崩溃。

基于改进ECC的含电动汽车用户负荷信息保护方案

鄢仁武, 郑杨, 林志雄, 林奕翰, 俞智鹏, 张文凤

2023, 56(1): 150-157. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206042

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在智能电网的大趋势下，电力公司与用户之间的数据传输交换愈加频繁高效。通信网络经常遭受网络攻击或窃听，为确保用户的用电数据在传输过程中不被恶意篡改，提出一种面向电动汽车用户的信息保护方案。通过改进加法运算和标量乘运算对传统椭圆曲线加密算法（elliptic curve cryptography, ECC）做轻量级优化，克服电网双向互动环境中智能电表资源有限的问题。在此基础上，设计负荷分解算法作为加密方案的检验工具，分解加密后的电力数据。最后，通过仿真算例分析，验证了所提方案的可靠性和安全性。

基于时变因素的光伏发电系统可靠性评估

朱林, 韩涛, 董颖华, 余雅博, 薛玉龙

2023, 56(1): 158-165. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102030

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随着光伏发电的大规模发展，光伏电站的可靠性水平愈加受到重视。提出一种基于时变因素的光伏发电可靠性评估方法，通过分析光伏发电系统运行机理、元件失效模式及其对输出功率的影响，建立系统输出功率的概率模型，形成光伏系统可靠性评价指标，并构造光伏发电系统六状态空间模型。基于序贯蒙特卡洛方法，综合考虑气候条件、元件老化和光照强度，对某50 MW光伏电站运行可靠性进行评估。仿真结果表明，该模型及指标可有效反映系统的实际运行情况、出力水平和故障情况，为光伏电站运维提供支撑。

基于技术分析的主要高耗能产品单耗预测方法及展望

刘青, 张成龙, 熊华文, 翁玉艳, 张桦, 王红, 谭清坤, 姚力

2023, 56(1): 166-172. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102003

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高耗能行业是重要的终端能源消费部门，研究该行业主要产品单耗变化趋势，对于把握中国能源消费走势意义重大。考虑节能技术推广、产能更新换代等影响，建立基于技术分析的产品单耗模型，预测“十四五”期间高耗能行业主要产品单耗。结果表明，2025年，高耗能行业主要产品中，水泥、钢铁、电解铝、氧化铝、精炼铜、合成氨、烧碱、电石单耗（标煤）分别为49、239、1609、99、36、565、327、385 kg/t，较2020年分别下降7.0%、6.6%、2.1%、31.5%、16.3%、6.0%、5.0%、2.3%，其中产品单耗最高的是电解铝，下降幅度最大的是氧化铝。

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