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2024年 第57卷 第3期    刊出日期：2024-03-28

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专稿

能源革命下的电力系统范式转换分析

周勤勇, 李根兆, 秦晓辉, 施浩波, 陈文静, 龚浩岳

2024, 57(3):  1-11.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311115

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科学革命的本质是范式转换，将此基本科学哲学观点应用于能源革命，“碳达峰、碳中和”目标下，能源革命的本质是发展范式的转换，即由从低能量密度向高能量密度转型升级的范式，由低环保向高环保的能源利用范式转换。在能源发展范式转换下，传统电力系统将逐渐呈现高比例新能源电力系统特征，系统面临经济性、安全稳定水平、充裕度下降，发展空间受限等危机，且原有电源集约化、电网等级高压化、同步电网扩大化规则构成的规模化发展范式无法化解危机。原有范式失效，规则逐渐松弛，分布式电源、微电网、大容量储能等发展要素驱动下的技术创新模式的转变将会引导建立新的发展范式，新的发展范式下建立的电力系统即为新型电力系统。

数字化技术驱动的新型配电网

数字配电网边缘计算模拟实验平台

魏明江, 李鹏, 于浩, 冀浩然, 宋关羽, 习伟

2024, 57(3):  12-19.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310041

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围绕数字配电网边缘计算实验平台建设问题，构建了数字配电网边缘计算模拟平台的三层式架构，设计了模拟实验平台各物理环节功能以及通信环境。针对边缘计算软硬件平台核心技术问题，围绕配电网运行控制需求提出了具体可行的模拟实验解决方案。以边缘侧就地电压控制为例，基于实验平台各个环节构建运行场景，验证了平台的功能可行性和有效性。

计及负荷时空转移需求响应的数据中心聚合商最优运行策略

甘润东, 龙玉江, 汤杰, 何熙, 罗鸿轩, 金鑫

2024, 57(3):  20-26.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202401079

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利用聚合技术构建数据中心聚合商以参与系统需求响应，提出一种计及负荷时空转移需求响应的数据中心聚合商最优运行策略。首先，根据数据中心的物理特性，建立负荷时空转移需求响应模型；然后，以数据中心运行成本最小化和数据中心聚合商利益最大化为目标，建立计及负荷时空转移需求响应的数据中心聚合商最优运行模型；最后，通过Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件以及大M法将双层模型转换成单层混合整数线性规划模型进行求解。仿真结果表明：所提最优运行策略可有效提高数据中心内工作负荷的灵活性，并促进数据中心运行经济性的提高。

风光沼储交直流混合农村微电网经济技术优化

谭虎, 王小亮, 徐亭亭, 赵珂, 宿连超, 张文玉, 辛征

2024, 57(3):  27-33.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202401017

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搭建了风光沼储交直流混合微电网系统模型，在满足系统供电可靠性的条件下，以新能源利用率最高、经济成本最优、碳排放最小进行多目标优化，研究了在某气候条件下，该微电网能源系统的经济技术最优配置。

工业用户连续参与需求响应的用户基线负荷精准计算方法

梁珩, 黄耕, 侯宾, 杨玺, 罗小虎, 张达

2024, 57(3):  34-42.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312036

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提出了一种将K-means聚类分析与长短期记忆神经网络算法结合，通过工业同源组信息进行迁移学习优化的计算方法。该方法实现了对长时间连续参与需求响应的工业用户基线负荷的精准计算，提高了工业用户需求响应效果评价的准确性。通过城市级虚拟电厂平台采集的参与需求响应实践的工业用户电力负荷数据，验证了该方法的有效性。

基于安全强化学习的主动配电网有功-无功协调优化调度

焦昊, 殷岩岩, 吴晨, 刘建, 徐春雷, 徐贤, 孙国强

2024, 57(3):  43-50.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311065

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提出一种基于离线策略的安全强化学习方法，通过离线训练大量配电网历史运行数据，摆脱了传统优化方法对完备且准确模型的依赖。首先，结合配电网络参数信息，建立了基于约束马尔可夫决策过程的有功无功优化模型；其次，基于原始对偶优化法设计了新型安全强化学习方法，该方法在最大化未来折扣奖励的同时最小化成本函数；最后，在配电系统上进行仿真。仿真结果表明：所提方法能够根据配电网实时观测信息，在线生成满足复杂约束条件且具有经济效益的调度策略。

考虑有功不确定性的配电网新能源无功优化控制

张静忠, 蒙飞, 孙阳, 于慧霞

2024, 57(3):  51-59.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310053

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提出了一种考虑有功不确定性的配电网新能源无功-电压下垂双层鲁棒优化控制模型。首先，在参考点优化层，以多时段总运行成本最小为目标，对静止无功补偿设备与调压变压器的协调控制指令、新能源的无功功率参考值和端口电压参考值等系统中影响无功分布的典型相关控制量进行优化；然后，在斜率优化层，基于双层列生成算法框架，分别建立斜率指令优化主问题模型和极端场景集筛选子问题模型。结果表明，所提出的优化控制方法不仅可以有效适应新能源发电出力的随机波动，同时能够充分利用其并网换流器的无功容量，在优化系统网损和调压设备操作成本的同时，增强系统运行的可靠性。

电网

基于模糊多判据融合的单端暂态量保护新方案

罗美玲, 李紫肖, 郑涛, 于晓军, 吴建云, 谢海滨

2024, 57(3):  60-72.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306105

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针对现有单端暂态量保护方案仅依赖单一故障特征进行故障识别导致可靠性不高的问题，提出了一种基于模糊多判据融合的单端暂态量保护新方案，实现不同单端暂态量保护方案间的优势互补。首先，分析了现有基于高低频暂态能量比值、故障初始零模/线模电压行波到达时间差以及前两个线模电压行波极性关系3种单端暂态量保护方案保护判据的特性及其动作灵敏区，在此基础上构造了相应判据的模糊隶属度函数；其次，针对不同暂态量保护方案的优缺点，基于模糊逻辑将上述3种单端暂态量保护方案进行有机融合以判别故障区段；最后，基于PSCAD/EMTDC的大量仿真，对比分析了上述3种暂态量保护方案以及所提新方案在不同故障位置、不同母线杂散电容、不同过渡电阻以及不同权重系数等条件下的适应性，验证了新方案的有效性。

基于分层事件触发的混合微电网集中控制策略

李一鸣, 何奇, 王海亮, 钟浩, 马辉, 黄悦华

2024, 57(3):  73-82.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305073

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针对混合微电网集中控制对中央控制器依赖严重、通信需求量大、扰动调节能力差的问题，提出一种微电网中央控制器（microgrid central control，MGCC）参与的分层事件触发控制策略，有效降低分布式集群的冗余通信并减少中央控制器计算负担，改进策略可靠性。该策略将控制系统分为2层，其中，设备层为本地控制层，采用分布式协同控制，所设计的本地控制器可就地控制更新输出状态，实现混合微电网的分散自治运行；另外，在控制层建立微电网控制层，引入事件触发策略，协调MGCC获取混合微电网的全局信息，从而向本地控制器发出预定义的调控指令，实现“源网荷储”灵活调度，尤其是应对突发事件而引发的电网振荡。最后，采用Matlab搭建混合微电网模型并进行仿真，利用Stateflow模块实现了事件触发算法，验证控制策略在满足并网/孤岛模式可靠性、稳定性的前提下，系统通信量可降低56.4%。

基于权重系数校正的火储两阶段联合调频方法

王益斌, 陈飞雄, 邵振国, 张抒凌, 张伟骏, 李智诚

2024, 57(3):  83-94.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303041

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随着不确定性可再生能源大规模并网，电网频率特性日益复杂。传统火电机组具有响应时间长、无法准确跟踪指令等问题，亟须利用储能提高火电机组参与自动发电控制（automatic generation control，AGC）调频时的调节性能。首先，针对调频考核规则，建立调频性能指标数学模型，并考虑火储系统出力特性，结合改进层次分析法校正调频子指标权重系数，以此构建以调频性能最优为目标的第一阶段优化模型；在此基础上，为了减少储能荷电状态（state of charge，SOC）越限和深度充放情况，以储能SOC偏差最小为目标构建第二阶段优化模型。仿真验证表明：所提的两阶段调频方法能够提高火储联合系统的调频性能和调频收益，同时有效减少储能深度充放情况和工作寿命损耗，提高储能辅助调频服务的可持续性。

SF₆混合气体和环保替代气体设备标准化研究

和彦淼, 黄印, 颜湘莲, 李志兵

2024, 57(3):  95-102.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303133

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为助力“双碳”目标，适应SF₆气体限制使用需求，提升电网设备环境友好性，需要开展SF₆混合气体和环保替代气体设备标准化研究。立足环保气体设备研发与应用现状，梳理了SF₆/N₂混合气体设备技术标准，从设备材料、运维检修、试验检测、仪器仪表等方面构建标准化框架；并针对环保替代SF₆的C₄F₇N气体设备，构建了包含气体性能检测技术和方法、设备运行维护、试验检测、回收再利用等标准化框架，在此基础上提出了SF₆混合气体和环保替代气体设备准体系，6个子分支与原电力行业GIS设备标准体系一致，体现了环保气体设备标准化建设方向。

基于神经网络的高寒地区CF₄和SF₆/CF₄检测

马汝括, 董杰, 王雅湉, 伊国鑫, 丁祥浩, 马乐

2024, 57(3):  103-112.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310033

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高寒地区须携带多台仪器以满足3种不同量级SF₆气体中CF₄气体浓度的检测需求，现场运维效率低且仪器购置成本高。为此，首先设计了一种基于热释电检测技术的SF₆气体中CF₄气体浓度检测仪器，可自动选择不同的放大电阻以实现多量程切换。然后提出了BP和PSO-BP 2种神经网络温度-压力协同补偿模型，并通过搭建高效模拟实验平台为模型预测提供数据支撑，预测结果表明，PSO-BP神经网络优于BP神经网络。最后将PSO-BP神经网络温度-压力协同补偿模型内置于多量程检测仪器CF₄气体浓度检测仪器。模拟实验结果表明，该检测仪器在不同温度和压力下，小量程和大量程检测误差和重复性分别不超过±2%和1.6%，混合比量程下误差和重复性分别不超过±0.5%和0.2%，对高寒地区电网运维检修具有重要作用。

变权-混合决策评估的复合功能并网逆变器多目标协同优化控制方法

杨帆, 卫水平, 任意, 陈秭龙, 乐健

2024, 57(3):  113-125.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310052

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复合功能并网逆变器 （multi-functional grid-connected inverter，MFGCI）在完成功率输出的同时，具备解决配电网中多种电能质量问题的能力，但该能力往往受其可用于电能质量治理的补偿容量的限制。以MFGCI的控制结构为基础，给出了无锁相环补偿指令电流及并网跟踪电流指令，提出了基于变权-混合决策评估的多目标协同优化方法，以更好适用于因新能源不确定性及非线性负荷接入导致的电能质量指标波动问题。构建了以电能质量补偿效果最佳和所需补偿容量最小的多目标函数，采用基于多目标人工蜂鸟算法（multi-objective artificial hummingbird algorithm，MOAHA）更新机制的优化算法，求解补偿各电能质量问题的最优容量分配系数，并通过多种场景下仿真，验证了所提方法的正确性和有效性。

绝缘隔板对空气间隙放电光谱特性的影响及电荷演变机理

魏艳慧, 张连康, 许逢源, 韩颜泽, 朱远惟, 李国倡

2024, 57(3):  126-134.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310071

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在空间有限的开关柜等电力设备中，开展棒-板间隙放电的放电规律以及检测方法的研究具有重要意义。实验探讨了“棒电极-绝缘隔板-接地电极”系统中不同隔板材料、隔板位置时放电光谱的分布规律；采用表面电位计，计算分析了放电后绝缘隔板表面陷阱能级分布特征；通过建立等尺寸绝缘系统仿真模型，分析绝缘隔板的引入对电子密度、电场分布的影响，揭示放电机理。实验研究表明，绝缘隔板的引入，可以显著提高系统的击穿电压，最高可提升1.6倍。不同隔板材料对应的放电光谱特征信息有所不同，环氧树脂隔板的放电光谱强度整体较大，但在波段309.25 nm、589.05 nm处聚酯板的光谱强度略大于环氧树脂。此外，电极间距对放电光谱具有较大的影响。隔板材料表面存在明显的残余电荷，环氧树脂的电荷积聚高于聚酯板，对击穿电压的影响较大。仿真结果显示，隔板材料的改变会影响击穿电压的幅值，同时会改变微观粒子的物理运动，从而改变放电光谱。研究成果可为电力设备光谱放电监测和绝缘状态评估提供理论和实验指导。

继电保护远程运维系统报文合规检测及入侵阻断技术应用

余江, 高宏慧, 史泽兵, 蒋纬纬, 武芳瑛, 詹庆才, 张蕊

2024, 57(3):  135-143, 151.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202302015

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继电保护远程运维中数据传输各环节存在网络入侵风险，现有安全措施未有效处理业务层风险，且存在风险阻断不及时等问题。为此，提出一种报文合规检测方法及入侵阻断技术，分析报文的对象、格式、业务逻辑和行为模式，建立报文合规规则库及不合规报文阻断策略，设计开发不合规报文阻断模块及“一键阻断”紧急控制模块。通过模拟仿真环境测试，结果表明，上述技术对不同类型异常报文进行的阻断效果与预期一致，可有效阻断非法入侵攻击，从而提高继电保护远程运维的安全性和稳定性。

新能源

基于网格化数值天气预报的区域光伏发电多输出功率预测方法

战文华, 车建峰, 王勃, 丁禹

2024, 57(3):  144-151.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305029

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区域光伏的短期功率预测是省级及以上电网调控中心制定发电计划、提高光伏消纳率的重要基础之一。光伏短期功率预测本质上是构建数值天气预报与实际功率之间的映射模型，为了实现预测精度的提升，利用网格化的数值天气预报，采用残差网络建立区域光伏的多输出预测模型，充分挖掘区域光伏所属空间的气象资源分布与各光伏电站功率的关联关系，实现以网格化数值天气预报为输入的区域各光伏电站的功率预测。以实际运行数据进行仿真，结果表明，本文方法在各光伏电站的功率和总功率2个方面的预测结果均优于现有成熟方法。

光伏办公建筑的关键设备容量配置方法

张雷, 肖伟栋, 蒋纯冰, 刘耀, 李少杰, 张吉

2024, 57(3):  152-159, 169.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305114

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“双碳”目标下，建筑光储直柔（PEDF）系统迅速发展。城镇办公建筑具有光伏出力一般低于建筑用电负荷的特点，针对提高系统负荷供给率和用电曲线平滑性2种优化目标，研究了建筑PEDF系统中各类主要器件的设备容量配置方法，并对内部不同资源的协调配置与调控进行了分析，充分发挥储能和电动汽车的柔性能力，提高系统整体性能，为后续办公建筑PEDF系统发展提供借鉴和参考。结果表明，建筑PEDF系统配置部分储能可大大提高系统负荷供给率和用电平滑性，降低AC/DC容量配置，电动汽车充电桩在增加系统柔性调节能力的同时，可能带来新的用电尖峰负荷。配置约0.2倍日均负荷的储能容量即可实现90%以上的光伏消纳，用电曲线平稳性有效提高，同时可降低29.1%的AC/DC容量。

农村住宅建筑光储直柔系统性能研究

王朝亮, 肖涛, 李少杰, 张吉

2024, 57(3):  160-169.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303094

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“光储直柔”（PEDF）建筑新型配电系统是助力实现“双碳”目标的重要途径，在中国大力推进整县屋顶分布式光伏试点的背景下，农村整村的光伏利用模式和系统容量配置问题需要进一步探索。基于屋顶光伏的利用模式，提出了“自用优先光伏”和“公共光伏”2种适用于农村住宅建筑的PEDF系统拓扑结构。从系统技术性和经济性角度出发，对比分析了不同拓扑结构在不同光伏和储能容量配置下的系统性能。以北京市某农村由18个农户家庭组成的配电台区为研究对象进行仿真计算，结果表明：光伏装机容量高时，适宜发展公共光伏系统形式，负荷满足率可提高0.3~1.9个百分点，年净收益可提高1.7万元；光伏装机容量低时，适宜发展自用优先光伏系统形式，负荷满足率和光伏消纳率可分别提高1.0~3.0个百分点和0.6~2.7个百分点。实际工程中，可结合投资运行主体进行系统优化选择，并充分利用建筑末端柔性资源的调蓄能力，提升系统稳定性和经济性，助力构建以新能源为主体的未来电力系统。

受端近区光伏电站对LCC-HVDC系统稳定性影响分析

周于清, 李大虎, 姚伟, 宗启航, 周泓宇, 文劲宇

2024, 57(3):  170-182.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305006

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中国湖北等地已形成高比例新能源和直流共同馈入的新型受端电力系统，光伏电站馈入直流受端换流站近区时，电力电子设备次同步振荡特性及子系统间交互作用有待分析。采用特征值分析法，对大规模光伏电站馈入对直流系统稳定性影响展开研究。首先，建立了大规模光伏电站直流受端并网系统小信号分析模型，从模态角度证实光伏电站馈入对直流系统稳定性存在较大影响。进一步，通过主导模态观察各子系统间的交互作用特性，以减小系统次同步振荡风险为目标，整定光伏控制参数可行域。最后，定义子系统参与度，衡量运行参数对系统间次同步交互作用的影响，得出受端电网强度较小、光照强度较大时，光伏电站与直流系统间交互作用更强的结论，同时在设计光伏电站并网时应选取阻抗比小的导线，减小光伏并网线路距离。研究结论可为光伏并网设计提供理论依据。

考虑多重因素叠加情景的能源清洁低碳转型风险评估

王轶楠, 卢静, 陈星彤, 代红才

2024, 57(3):  183-189.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309122

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当前中国能源清洁低碳转型主要面临可持续供应、社会性、地缘性、制裁性等4个方面风险。通过建立能源清洁低碳转型的风险评估模型，按照“两两叠加、三三叠加、全部叠加”的组合方式，排列出11种风险因素叠加情景，基于层次分析法，研判了能源清洁低碳转型中各类情景出现的概率及造成的影响程度，据此提出电网企业作为服务能源清洁低碳转型和构建新型电力系统的骨干企业，应适度超前加强电网建设和调节性资源开发，推动构建面向能源清洁低碳转型的风险预警、政策动态评估以及关键原材料和“卡脖子”技术研发储备机制，重点防范双内生风险和双外部风险影响。

基于风况预测误差自适应的海上风电场尾流偏转控制方法

阎洁, 杨佳琳, 王航宇, 卢姣阳, 刘永前, 张磊

2024, 57(3):  190-196.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303020

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风电场尾流偏转控制是降低尾流效应、提升整场发电量的重要手段。风况预测值是风电场尾流偏转控制的重要输入，其误差给实际控制效果带来巨大影响，甚至导致全场发电量“不增反降”，极大限制了风电场尾流偏转控制技术的工程应用。以某海上风电场实际运行数据为例，探索了分钟级风速和风向预测误差对风电场尾流偏转控制效果的影响，提出了风况预测误差自适应的海上风电场尾流偏转控制方法及基于深度神经网络的控制模型。研究结果表明：与不考虑风况预测误差自适应的传统风电场尾流偏转控制方法相比，所提方法的全场发电量提高了1.77%。

技术经济

考虑耦合作用的电网业务组合投资优化

王永利, 马子奔, 秦雨萌, 卢艳超, 蔺媛

2024, 57(3):  197-205.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202301026

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电网业务正处于传统业务向新兴业务变革的关键时期，由于电网业务发展的多样性，应考虑业务的相互影响，准确量化业务投资价值。分析业务间耦合作用，构建业务耦合作用评价体系，并通过Choquet模糊积分量化了电网业务耦合程度，构建适应未来发展新环境的电网业务投资价值评价体系，构建了考虑耦合作用的电网业务组合投资优化模型。在算例中，包含综合能源业务、储能业务、电动汽车业务的组合投资价值最高，为2.024，其中，业务基础投资价值为1.870，耦合投资价值为0.154。通过算例分析验证了考虑电网业务耦合作用的必要性与投资优化模型的适用性，支撑电网公司制定电网业务组合投资决策。

中国三代核电经济评价方法与参数优化

郭娟娟, 沈迪, 童朴, 闫琨, 张小凡, 何昉

2024, 57(3):  206-212, 223.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202302059

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“双碳”目标为清洁低碳的核电提供了新机遇。《核电厂建设项目经济评价方法》（NB/T 20048—2011）（以下简称2011版能标）是核电建设项目经济评价的主要依据，2011年发布以来至今未修订。当前，核电技术、行业政策和市场环境等的深刻变化均对2011版能标相关参数的优化调整提出了新要求。从技术经济评价参数、涉核相关费用、电力市场改革及运维成本划分4个方面提出了2011版能标需要优化调整的内容及参数，并基于财务分析方法计算了参数调整前后的电价水平，对经济评价期、负荷因子、退役基金提取比例、首炉料待摊年限4个参数进行了敏感性分析。参数调整后平均发电成本降低了5%左右，经济评价期和负荷因子对降低发电成本影响更明显。

基于经济人假设的负荷侧资源市场化调节作用机理分析

高志远, 庄卫金, 耿建, 李峰, 薛必克, 杨晓雷, 白柯鞠

2024, 57(3):  213-223.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309108

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为充分利用负荷侧调节能力，需要对市场化机制对负荷侧的调节作用机理进行深入研究。基于市场对不同类型负荷的调节目的、信号来源差异，把市场化调节作用总体分为电价调节和互动调节2类。基于古典经济学中经济人假设，从成本、收益等因素考量对不同类型负荷的电价调节和互动调节作用机理进行了研究，进而对电价调节和互动调节的区别和联系进行了定性分析和定量比较，通过案例的验证表明：电价调节作用是通过负荷侧追求盈余最大化而发生的常态化市场作用，互动调节是市场运营机构为追求社会福利最大化而按需使用的市场化调节手段，两者的作用机理有较大区别，同时又相互关联。

发电

风煤比对超超临界机组变负荷瞬态特性的影响

张永, 尹朝强, 刘宇钢, 张斌, 莫春鸿, 王朝阳

2024, 57(3):  224-232.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202302026

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为获得风煤比对燃煤机组变负荷瞬态调峰特性的影响规律，基于660 MW超超临界二次再热燃煤机组动态模型，研究了风煤比对主再热汽温、减温水喷水量及瞬态发电能耗的影响，提出了在不同变负荷速率下汽温控制效果和发电能效的风煤比优化控制方案。结果表明：变负荷瞬态过程中，采用较大的风煤比有利于提高主再热汽温控制效果，但瞬态过程的平均发电煤耗率高。当变负荷速率在1%/min以内时，优先采用较小的风煤比可使机组瞬态过程平均发电煤耗率下降1.2 g/(kW·h)；当变负荷速率在2%~3%/min时，优先采用较高的风煤比，可保证主再热汽温偏差控制在10 ℃以内。