中国电力

2023, 56(5): 0-0.

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新型电力系统背景下西部送端直流电网方案构建

李惠玲, 王曦, 高剑, 宋云亭

2023, 56(5): 12-21. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202212102

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新型电力系统背景下，中国未来面临着大规模能源“西电东送”的电力传输需求，需要规划与之相适应的输电模式。依据2030年后西部能源的开发规模，确定各类型电源的装机规模和地理分布，提出远期西部送端直流输电网和中东部受端超/特高压交流电网相融合的“西电东送”主干输电网结构及路线图。为适应新型电力系统安全可控、灵活高效的基本要求，构建了团块状、网格状和双环网3种基于VSC-HVDC柔性输电技术的直流组网模式，以实现西部多类型电源的互补互济，保障电力的可靠供应。分析了3种直流组网模式下主要一次设备的应用数量，计算了西部送端直流电网的系统整体可靠性指标，从设备应用数量和系统整体可靠性指标对3种模式进行了综合评估，并确定了优选方案。参考张北柔性直流电网工程，对优选方案的技术性和经济性进行了分析，进一步验证了方案的可行性。

“双碳”战略背景下新型配电系统技术标准体系

王金丽, 李丰胜, 解芳, 张姚, 田野

2023, 56(5): 22-31. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202301023

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“碳达峰、碳中和”战略背景下，高比例可再生能源接入、清洁低碳化的新型电力系统建设快速推进，配电系统的形态和功能定位均发生深刻改变，现行标准体系在整个配电业务领域中存在重要支撑标准缺失以及不适应、不协调和不衔接问题，已难以满足新型配电系统发展需求。充分考虑技术发展和业务需要，提出了系统性、协调性、动态性、引领性标准体系构建原则；基于多维模型理论，建立了雪花型多维结构模型，为标准体系的信息化管理奠定基础；以配电专业技术方向为主线，设计了覆盖全寿命周期的多层次标准体系架构；针对重点技术领域，分析了标准需求并实现了重点标准的规划布局，为促进智能配电网绿色低碳转型提供有效标准供给和方向指引。

风电并网下的抽水蓄能鲁棒最优调频控制策略

游文霞, 刘斌, 李世春, 李文武, 查子健, 张鹏宇

2023, 56(5): 32-40. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303027

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针对短时风电功率波动及负荷波动给电力系统带来的一次调频问题，提出了风电并网系统下抽水蓄能机组的最优鲁棒调频控制方法。建立了以抽水蓄能机组为主要调频电源的电力系统整体状态空间方程，并以权重函数的形式将风电出力波动及负荷波动作为扰动变量将其一般鲁棒控制问题转换为最优鲁棒控制问题。运用混合秃鹫灰狼算法（mutation harris hawks optimization grey wolf optimizer，MHHOGWO）对反映风电出力波动特性和负荷波动特性加权矩阵参数选优，求解出以系统频率偏差最小的鲁棒控制器。仿真结果表明：所提方法能有效减小外部扰动对整个电力系统造成的频率偏差，抽水蓄能机组对短时外部功率波动的调节响应性能也得到提高。

含多座抽水蓄能电站的省级电网日前计划分层递进优化算法

周云海, 张智颖, 徐飞, 郭琦, 刘连德, 贾倩

2023, 56(5): 41-50. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202212044

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考虑抽蓄机组启停优化的省级电网日前计划可以表述为一个大规模整数线性混合规划问题，直接求解困难。将影响新能源消纳的主要因素—网络约束和系统调峰能力约束解耦，构建日前调度优化的分层递进模型，将原问题转换成大规模线性规划和小规模整数线性规划求解。模型第一层不考虑抽蓄机组启停优化，将抽蓄电站出力松弛为连续变量，以切负荷、弃风弃光、机组运行费用总和最小为目标，对系统网络约束精确建模，初步得到系统中各机组96点出力曲线；第二层考虑抽蓄启停优化，新能源机组出力以第一层初步结果为其最大可能出力，风、光、火电、常规水电机组各等值为一台机组，不考虑网络约束，得到优化后的抽蓄机组启停组合；最后将确定的抽蓄机组启停组合代回第一层进行回代修正，最终计算出各台机组的96点出力曲线。所提模型已应用到某实际省级电网中，以实际运行数据验证了模型的正确性和实用性。

计及用能权配额约束的发电商竞价策略双层优化方法

薛贵元, 吴垠, 诸晓骏, 谈健, 明昊

2023, 56(5): 51-61. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209087

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用能权交易是控制能源消费总量，提高能源使用效率的重要途径。随着用能权市场的推广，发电商在制定发电计划和报价策略时不仅受到电能量市场收益的影响，还同时受到用能权对其能源消耗总量的约束。针对电能量市场与用能权市场的耦合机制，根据不同发电企业的能耗强度，提出计及用能权配额约束的发电商竞价策略双层优化方法。首先，分析了电能量市场和用能权交易市场的交互流程，通过主从博弈以及古诺模型量化分析了发电商在电能量市场报价、报量与用能权配额交易的关系；其次，基于用能权配额和总量约束，建立了计及用能权配额约束的发电商竞价策略双层优化模型，该模型上层以发电商收益最大化为目标，下层为电能量市场出清和用能权市场出清模型，并采用Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件将双层优化问题转换为具有均衡约束的数学规划（mathematical program with equilibrium constraints，MPEC）问题来求解；最后，算例表明提出的计及用能权配额约束的发电商竞价策略双层优化方法有助于提高发电商的收益，促进企业降低能耗。

计及碳交易和新能源不确定性的多微电网合作运行优化策略

赵军, 张敏, 张世锋, 杨琦

2023, 56(5): 62-71. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209050

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大力发展可再生能源、持续推进碳减排工作成为电力系统的重要发展方向。针对当前电力系统在碳交易机制下未充分考虑新能源不确定性和多主体之间的利益互动关系，提出一种计及碳交易和新能源不确定性的多微电网合作运行优化策略。首先，考虑碳配额和碳交易机制，建立微电网模型，并采用机会约束方法考虑新能源不确定性。然后，基于微电网间的能量互动机理，利用纳什议价理论建立多微电网协同运行模型，并进一步分解成2个易于求解的子问题，即多微电网系统收益最大化子问题和利润分配子问题，采用交替方向乘子法进行分布式求解，以充分保护各主体隐私。最后，仿真结果表明：所提策略可以有效减少系统碳排放量，提高各主体运行效益并兼顾一定的鲁棒性。

面向双碳目标的交通网-电网耦合网络中电动汽车负荷低碳优化方法

叶宇剑, 袁泉, 汤奕

2023, 56(5): 72-79. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209038

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交通系统与电力系统是全球化石能源消耗的两大主体，也是双碳目标下需要重点优化的对象。电动汽车兼具交通与用电属性，其作为燃油车的环保替代品虽然可以避免行驶过程中的直观碳排放，却会在充电的同时产生上游发电碳排放，因此亟待解决如何通过优化电动汽车的充电负荷来减少整个系统的碳排放。提出一种面向双碳目标的交通网-电网耦合网络中电动汽车充电负荷低碳优化方法。先将电动汽车的行驶、充电行为进行建模得到电动汽车的聚合充电负荷，再依据电网最优潮流结果进行碳排放的溯源与追踪，进而提出基于模拟退火算法的优化求解框架与方法，在不牺牲用户原本充电需求的前提下，仅通过转移充电负荷的时空分布，将原本由火电承担的部分功率转移给新能源发电，在提升新能源就地消纳的同时降低整个耦合网络的碳排放总量。最后通过算例分析验证了所提低碳调度方法的有效性。

电动汽车聚合下的微能源互联网优化调度策略

安佳坤, 杨书强, 王涛, 贺春光, 张菁, 袁超, 窦春霞

2023, 56(5): 80-88. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211034

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随着可再生能源规模化接入电网，需配备更多的储能设备以减少峰谷差，这使得投入成本大大提高。电动汽车聚合的负荷特性类似储能，其主动参与能源互联网能量优化调度，将减少储能设备的成本，进而提高微能源互联网的经济效益。提出了电动汽车聚合下的微能源互联网优化调度策略。首先，基于AP（affinity propagation）数据挖掘技术的电动汽车负荷聚类分析，提出了基于极限学习机预测模型的电动汽车短期预测方法。其次，提出电动汽车聚合下的微能源互联网优化调度策略，利用电价激励电动汽车有序充电以减小负荷峰谷差进而降低系统发电成本。最后，仿真验证该优化调度策略的有效性。

农村光-氢-沼储能综合能源系统建模与鲁棒优化调度

王瑞琪, 王新立, 郭光华, 张宇航, 周海妮, 周琪

2023, 56(5): 89-98. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208024

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为了研究可再生能源制氢和沼气发酵在农村综合能源系统中的调度作用，考虑沼气发酵动力学模型和热负荷特征，构建集成光伏制氢、热电联产、沼气发酵、能量存储的电-热-冷-气综合能源系统模型，建立以日运行成本最小为目标的两阶段鲁棒优化日前调度模型，并基于列约束生成（C&CG）算法进行求解，得到系统在最恶劣场景下的日前调度计划。此外，根据光伏发电和电负荷短期预测值进行日内调度，实现了系统在功率平衡条件、设备运行约束下的可靠、经济运行。针对农村农业园区综合能源系统进行的算例分析结果表明：光伏制氢和沼气发酵具备储能特性及其对“源-荷”不确定性的消纳作用，且验证了该特性带来的一定经济性。

抑制母线电压跌落的热泵温度轨迹规划算法

赵杨阳, 刘澜, 赵伟, 曾爽, 梁安琪, 王瀚秋, 马凯

2023, 56(5): 99-107. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210013

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“光储直柔”微网能充分利用建筑自身的光伏能源与热惯量储能系统，然而热泵负荷过大容易导致直流母线电压严重跌落，使直流微网系统的稳定运行面临巨大挑战。从热泵调温过程中自身负荷管理出发，首先，构建计及建筑温升过程、热泵制冷/制热效率与驱动电机电磁性能的联合模型，分析母线电压跌落机理；然后，提出基于切比雪夫多项式的热过渡策略，构建考虑热力学、人体舒适度与热泵性能的约束；最后，引入梯度寻优法求解最优温度轨迹规划曲线并进行对比仿真分析。仿真结果表明算法能在一定程度上抑制热泵调温过程中直流母线电压的暂态跌落，利于建筑直流微网系统平滑控制与稳定性提升。

基于t-SNE降维和放射传播聚类算法的低压配电网相位识别

柳守诚, 王淳, 邹智辉, 陈佳慧, 周晗, 刘伟, 张旭

2023, 56(5): 108-117. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211004

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智能电表的广泛普及和高级测量体系（advanced metering infrastructure，AMI）的建立为分析配电网运行情况提供了大量监测信息与测量数据，而台区用户的相位信息变动又为准确掌握台区运行情况带来难题。针对台区用户的相位识别问题，提出了一种基于用户电压数据的t分布随机邻接嵌入（t-distributed stochastic neighbor embedding，t-SNE）特征提取及放射传播（affinity propagation，AP）聚类算法的相位识别方法。先对提取出的用户电压数据进行Z-score数据标准化处理，由t-SNE降维提取出数据特征，再采用放射传播聚类算法对用户进行相位识别。选取某市2个小区进行算例分析，采用评价指标比较了不同识别方法的识别效果，并分析了数据采集频率和计量误差对识别效果的影响。实际台区算例分析验证了所提方法的准确性，说明所提方法能够有效解决台区用户相位识别问题。

基于改进二进制粒子群算法的家庭负荷优化调度策略

张丽, 刘青雷, 张宏伟

2023, 56(5): 118-128. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202207079

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为降低家庭用电成本以及提高户用光伏发电的就地消纳率, 提出了一种基于实时控制储能充放电行为的家庭负荷调度策略。首先，对家庭负荷分类并建立以电费最低、电力碳排放量最小及舒适度最大为目标的调度模型；其次，提出以实时光伏出力和峰谷分时电价为依据，通过控制储能充放电实现家庭负荷用电需求的调度策略；最后，利用场景分析法和分等级多策略学习的二进制粒子群改进算法（HLSBPSO）对模型进行仿真求解。结果表明，所提策略和算法可使用户电费降低49.2%，舒适度提高67.9%，可为户用光伏发电的安全经济运行提供新的理论支持。

基于混合整数线性规划的配电网在线自愈方案

李铁成, 张卫明, 臧谦, 王献志, 任江波, 周坤

2023, 56(5): 129-136. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202212002

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现有配电网自愈方案无法达到在线要求。为此，提出一种基于混合整数线性规划的配电网在线自愈方案。首先，构建一种集中式的5G通信网络架构，解决在线自愈方案实现的通信阻碍；其次，分别构建一种基于混合整数线性规划的故障定位模型和供电恢复模型，有效解决配电网规模较大时自愈计算时间过长问题；最后，将故障定位和供电恢复整合成一个自愈模型，故障发生后只需进行一次自愈运算，就可以同时发出故障隔离和供电恢复命令。配电网算例表明：基于混合整数线性规划的故障定位模型和供电恢复模型求解速度明显提高，在所提5G通信架构下，所提配电网自愈方案能够满足在线自愈要求。

压接式IGBT和晶闸管器件失效模式与机理研究综述

罗皓泽, 陈忠, 杨为, 谢佳, 胡迪, 官玮平

2023, 56(5): 137-152. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210121

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高压大容量压接式绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）器件和晶闸管器件是高压直流输电工程中的核心器件，对能源的高效利用具有重要意义。IGBT和晶闸管等器件可靠性已成为电工装备乃至整个电力系统能够稳定可靠运行的关键问题。首先，从压接式器件传统封装结构入手，介绍了压接式器件的弹簧式多芯片封装和凸台式多芯片/单芯片封装，对比了3种封装结构的性能。其次，阐述了压接式器件封装级失效模式与机理，结果表明热膨胀系数不匹配是封装级失效的最主要原因。同时，也对IGBT和晶闸管芯片级失效做了梳理，结果表明电气过应力是芯片级失效的主要原因。然后，简单阐述了压接式器件的新型封装结构与技术。最后，展望了压接式器件未来可能的研究重点。

低温环境下高压断路器故障模拟

张健, 张朋, 徐惠, 宫铭辰, 王悦, 张静

2023, 56(5): 153-162. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202211047

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高压断路器是电力系统中的重要设备，发生故障会对电力系统的安全稳定运行造成影响。低温环境会影响断路器的开断性能，为研究低温下故障对断路器的影响，建立了液压弹簧机构和分合闸线圈模型，仿真分析了低温、分合闸线圈故障对分合闸时间与线圈电流的影响。搭建了低温环境下的故障模拟实验平台，在不同低温等级下进行了大量故障模拟实验。将断路器分合闸时间、分合闸线圈电流和振动信号边际谱能量作为特征量，分析其变化规律。研究发现：低温环境影响断路器的开断性能；断路器的分合闸时间随着温度的降低而增大；温度对线圈电流影响很小；–10℃以下振动信号边际谱能量变化较小。研究结果为低温环境下断路器的故障诊断提供了参考。

分散式风储一体化系统提升海上油田群电网频率稳定性研究

苏开元, 董文凯, 邱银锋, 魏澈, 谢小荣

2023, 56(5): 163-171. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205103

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针对海上油田群电网接入海上风电引发的频率稳定问题，提出了分散式风储一体化系统（distributed wind-storage integrated system，DWSIS）的解决方案。首先，基于某实际油田群电网，构建了DWSIS及其接入电网的模型；然后，提出了DWSIS改善电网频率稳定性的原理及分析方法；最后，通过各典型故障下的电磁暂态仿真，验证了DWSIS的有效性和实用性。所提出的解决方案有望提升高风电渗透率下海上油田群电网的频率稳定性，进一步推动海上平台生产的低碳化发展。

高可靠性三相多功能并网变换器研究

黎燕, 程馨, 黄祖梁, 杨琢

2023, 56(5): 172-181. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206056

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三相多功能并网变换器（three-phase multi-functional grid-connected converter，TMGC）在实现微电网并网的同时，复合了电能质量治理功能，具有重要的应用前景。为提高TMGC的运行可靠性，提出了TMGC的重构技术及其容错控制策略。首先，采用一种适用于变换器开路故障的故障诊断方法，当开路故障发生时，依据变换器故障前后中点电压偏差的特征和实时开关状态来进行故障诊断；其次，提出一种TMGC的重构拓扑，实现TMGC二次故障的重构，容错空间大；然后，提出TMGC的容错控制策略，结合谐波抑制控制、PQ控制及脉冲重置方法，使TMGC故障后能继续实现并网微电网的功率控制及谐波抑制功能，最终形成高可靠性三相多功能并网变换器（high reliability three-phase multi-functional grid-connected converter，HRTMGC）；最后，通过Matlab/Simulink仿真，结果证明了所提重构技术及其容错控制策略的有效性。

基于全状态模型的自同步电压源并网系统频率稳定分析

李振垚, 甘德强, 栾某德, 何国庆

2023, 56(5): 182-192. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202212063

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使用自同步电压源控制方式的新能源是提升高比例新能源电力系统频率稳定的重要措施。针对自同步电压源并网系统，基于近似全状态模型，通过状态变量时域响应的解析解得到系统频率相关特征量与系统参数的量化关系。首先，将频率稳定问题转化为二次特征值问题，证明了系统惯量减小会降低系统频率惯量响应阶段的抗扰动性。其次，将自同步电压源模型与同步机模型参数进行对应，证明了调速器的作用相当于增加系统阻尼，能够减小受扰动后系统频率的稳态频率误差。然后，提出了一种满足预设频率动态安全要求的自同步电压源新能源虚拟惯量和下垂系数估计方法。最后，在10机39节点算例中验证了所提方法的正确性和有效性。

基于皮尔逊相关系数融合密度峰值和熵权法典型场景研究

赵源上, 林伟芳

2023, 56(5): 193-202. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202212032

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新能源出力的波动性、随机性使得新型电力系统在规划以及运行分析时，如何获得典型出力场景是亟须解决的关键问题之一。提出了基于皮尔逊相关系数融合密度峰值和熵权法的典型场景聚类中心确定方法。首先，采用密度峰值方法选取初始聚类中心；然后，基于熵权法选取后续聚类中心；接着，采用后向场景缩减方法获得最终典型场景，以该方法为核心，构建了确定新能源典型出力场景的整体方案；最后，以2021年华北某地风电与光伏的日出力场景进行算例分析及对比验证，验证所提方法的准确性和有效性。研究成果将为电力系统规划与运行提供更为准确的数据支撑。

基于区块链的能源电力数据验证与溯源模型

李达, 郭庆雷, 王栋, 王伟贤, 周冬旭

2023, 56(5): 203-208. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202210051

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针对能源电力项目工程数据生成过程中多节点之间信息流转不及时、信息易被篡改以至于数据追溯和存证验证困难的问题，设计了基于区块链的能源电力数据验证与追溯模型，利用访问控制和身份认证对数据进行上链验证存储，并且通过智能合约自动授权将数据开放给特定权限的用户，实现相关参与角色之间的信息互通，使得上链数据可以有效追溯。同时，引入链上数据评分卡机制，对相关人员的数据上链操作进行在线评价督促，提出了加入跨链实时验证方法，以确保链上文件数据内容的跨链有效可验，从而解决了能源电力场景中存在的数据存取验证与追溯模型机制关联性的问题。

面向能源电力区块链的跨域身份控制模型

杨珂, 王栋, 李达, 钱晓雨, 李军

2023, 56(5): 209-216. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202209017

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针对各类场景业务终端访问不同信任域节点时的跨域身份认证问题，结合区块链与身份认证技术，提出一种面向能源电力场景支持终端灵活跨域认证的区块链可监管可信身份管理模型。首先，建立基于区块链的新型可信身份认证基础架构，电力场景下首次采用哈希值校验的方式完成认证，解决外域终端的可信高效接入问题。其次，为避免恶意终端接入同步节点数据，基于对证书体系的分级分类和能源电力区块链网络，设计终端的认证机制与交易策略，实现终端的可信动态接入与读写交易的权限分离管理。最后，在保证安全性与证书有效性的同时，与已有区块链跨域认证方案相比的结果表明，所提模型能够提升能源电力场景下的终端跨域认证效率。

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