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2024年 第57卷 第7期    刊出日期：2024-07-28

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2024, 57(7):  0-0. 

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专稿

中国煤电机组改造升级效果分析与展望

刘志强, 李建锋, 潘荔, 王志轩

2024, 57(7):  1-11.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202402031

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煤电改造升级是提升煤电机组清洁高效灵活性水平、适应煤电向基础保障性和系统调节性电源并重转型的重要手段之一。通过分析中国煤电机组改造升级现状、改造效果，探讨了改造升级过程中存在的主要问题，并提出了促进煤电改造升级的措施方式，对煤电改造升级工作进行了展望。研究发现：煤电的节能降碳改造中，改造机组在额定工况下的供电煤耗平均可降低约5 g/(kW·h)；煤电的灵活性改造中，改造机组最小出力由改造前的约42%额定负荷降低至约额定负荷的29%；煤电的供热改造中，改造机组的供热量可增加约56%。煤电改造过程中存在负荷率与供电煤耗、投入与收益、技术选择、可靠性等多方面协同问题，从运行、技术、政策等角度提出了推动煤电改造升级的措施建议，为煤电改造升级的有序推动提供参考。

新型电力系统不确定性建模与运行决策

基于纵横交叉算法的新型电力系统惯量延迟优化控制策略

王雪, 刘林, 刘文迪, 翟延鹏, 杨苓, 许方园, 高岩, 张纪欣

2024, 57(7):  12-20.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312029

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以同步发电机为主导的电力系统正在演变为以虚拟同步机（virtual synchronous generator，VSG）为主导的新型电力系统，电力系统的动态特性发生了重大变化。现阶段，绝大多数文献的研究场景是在无穷大电源的基础下，分析单机或多机并网系统的动态特性，对全部虚拟同步机为主导的电力系统动态特性研究较少。因此，先建立了全部虚拟同步机为主导的三机九节点系统的模型，通过微分方程仿真得到系统的动态特性曲线。然后，利用纵横交叉算法（crisscross optimization，CSO），延迟优化新型电力系统惯量，并与无优化控制系统作对比，在系统发生扰动后，优化后的系统振荡幅值变小，调节时间变小。最后，通过仿真验证了上述结论的正确性。

弱电网下新能源逆变器自同步电压源低电压穿越控制方法

柳丹, 江克证, 康逸群, 冀肖彤, 徐韫钰, 刘芳

2024, 57(7):  21-29.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303126

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新能源并网逆变器的自同步电压源控制技术对构建以新能源为主体的新型电力系统具有重大意义，然而当弱电网电压发生跌落时，传统的自同步控制方法在低电压穿越（low voltage ride through，LVRT）过程中会出现由于电网阻抗大、相角差大等引起的瞬态电流冲击大、弱电网电压无法维持稳定、电压-电流控制能力须相互平衡等一系列问题。推导了低电压跌落时弱电网电压矢量与弱电网阻抗、并网电流之间的关系以及影响因素，进而提出了一种基于暂稳态阻抗重塑的多状态跟随自同步电压源LVRT控制方法，通过稳态阻抗来平衡电压和电流之间的控制能力；通过暂态阻抗重塑保证了整个过程的电压与电流瞬态控制与平滑过渡能力。为了进一步保证弱网下跌落和恢复过渡过程的平滑切换与稳定运行，提出了基于多状态跟随的暂态控制策略，优先发出无功支撑电网电压，并补偿相角和幅值突变带来的瞬态过电压和过电流冲击，帮助电网电压平稳过渡。最后，在Matlab/Simulink中验证了所提控制方法的正确性与有效性。

基于凸包算法的极端运行方式提取方法

许彦平, 白婕, 施浩波, 秦晓辉, 张彦涛

2024, 57(7):  30-39.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305121

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在电力系统规划与运行的安全稳定计算中，一般选择对安全稳定最不利的运行方式进行校验，但随着新能源渗透率的增加，电网越发复杂多变，人工选择场景主观性较强，针对此问题，提出了一种基于快速凸包算法的极端运行方式提取，从而满足场景选取进行安全校核需求。从电源规划、发输电协调规划两个角度，考虑发电充裕性、火电爬坡需求、网络传输安全3个方面，分析影响规划的极端运行方式；基于凸包算法分别从上述3个方面构建坐标系进行极端运行方式提取；采用中国西北地区电网为算例进行极端运行方式提取，并与基于K-means算法的极端场景提取做对比，结果表明：所提方法能为场景选取提供有效数据支撑，满足电网规划要求。

考虑主从博弈定价模式的共享储能分布鲁棒优化配置方法研究

齐彩娟, 陈宝生, 韦冬妮, 杨钊

2024, 57(7):  40-53.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307016

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“碳达峰、碳中和”目标和新型电力系统构建促进新能源不断发展，对于储能设施提出更高需求。在此背景下，在对风电场进行储能配置时，考虑定价机制下利用共享经济模式对储能进行配置优化，并探讨计及风电出力不确定性对储能配置方案的影响。首先，基于主从博弈制定价格，提出一种以共享储能运营商为领导者，以各风电场为跟随者，并最大化各主体利润的共享储能优化配置模型；然后，针对风电出力波动，引入基于矩信息的分布鲁棒优化方法构建机会约束以描述不确定性，采用矩信息完善模糊集以降低模型保守性，通过切比雪夫不等式将各风电场模型重构为混合整数二阶锥规划模型以便求解；最后，通过中国西北地区某实际风电场数据进行算例分析，结果表明，所提优化配置模型能够减少冗余投资，促进储能参与配置并应对实际风电波动。

用于新能源一次调频的储能经济配置研究

李鲁阳, 陈龙翔, 陈磊, 孙大卫, 吴林林, 闵勇

2024, 57(7):  54-65.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307042

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新能源参与电力系统一次调频时需要解决能量来源问题，配置储能是一种有效的方式。在实际应用中储能配置需要充分考虑物理特性约束、单位成本等多方面的因素，综合比较技术经济性。但是，现有文献所提出的储能系统配置方案通常对运行场景的分析较多，对各类工程约束和储能的实际成本数据则考虑较少。基于储能的实际成本数据，在充分考虑储能系统物理特性及工程设计约束的情况下，对新能源一次调频应用场景下储能系统分布式接入场站的经济性展开了研究。分析了锂电池、飞轮和超级电容3类储能系统的技术特点和设计约束，在此基础上提出了3类储能用于一次调频的配置方法，结合配置方案进行了成本分析和技术经济性比较。

重力储能直流环节电池多模式控制方法

韩嘉言, 吕艳玲, 周冲

2024, 57(7):  66-73.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309026

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重力储能是重要的储能方式之一，具有独特的短时暂态动力学特征，需要构建合理的系统结构和控制方法。提出了一种面向重力储能直流环节的多模式控制方法，从暂态能量控制角度，通过对重力储能系统的动力学分析和约束条件的划分，实现电池储能和重力储能的功率匹配。仿真验证表明，该控制方法能够在输入功率波动的情况下显著降低直流环节的电压抬升，合理分配重力储能系统内部的功率，提升重力储能系统的整体性能。

基于时空关联特征与B-LSTM模型的分布式光伏功率区间预测

王海军, 居蓉蓉, 董颖华

2024, 57(7):  74-80.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310049

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提出一种基于时空关联特征与贝叶斯-长短期记忆神经网络（bayesian long short-term memory，B-LSTM）模型的分布式光伏功率区间预测方法。以长短期记忆神经网络（long short-term memory，LSTM）为基础构建近似贝叶斯神经网络，建立考虑时空关联特征的B-LSTM模型，利用其强大的记忆能力和特征提取不同特征尺度的模态分量，并进行分布式光伏功率区间预测。以某地区实际分布式光伏数据集进行算例分析，验证了所提方法的优越性。

新型电力系统储能规划与运行关键技术

特约主编寄语

2024, 57(7):  81-81. 

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基于VMD分解下的皮尔逊相关性分析及T-tFD的混合储能容量配置

刘抒睿, 李培强, 陈家煜, 郭雅诗

2024, 57(7):  82-97.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202403025

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在清洁能源发展迅速的大环境下，风电出力的随机性和波动性会对电力系统的稳定造成影响，因此对风电波动平抑是当前清洁能源发展的一个基础性问题。提出一种基于改进后的北方苍鹰算法（sine-cosine northern goshawk optimization，SCNGO）优化变分模态分解（VMD）参数平抑风电波动的混合储能容量配置策略，对风电功率进行参数优化的VMD过后利用皮尔逊相关性分析判断强弱相关分界点，经过2次分配后得到并网功率与混合储能功率；对混合储能功率进行基于t检验分频算法的功率分配，得到蓄电池/超级电容的容量配置。基于此策略，以储能元件年综合成本作为模型，结合算例进行经济性评估并对并网功率进行波动量分析及改进北方苍鹰算法的优越性分析。结果表明：基于SCNGO-VMD的储能容量配置策略能有效平抑风电波动，平抑后的并网功率1 min、10 min的最大波动量仅为国家要求的18.2%、45.52%，相应的储能配置成本为传统配置策略中的最低值。其配置的混合储能容量更具经济性，验证了改进的北方苍鹰算法在迭代速度与精度上均优于传统的智能优化算法。

计及运行灵活性的中压配电系统源-网-储协同扩展规划

徐峰亮, 王克谦, 王文豪, 王鹏, 王焕昌, 张帅, 赵凤展

2024, 57(7):  98-108.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312058

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为适应新型配电系统中分布式电源（DG）与负荷的双重波动性，需要对源、网、储进行协同配置以满足系统运行灵活性需求。为表征配电系统运行灵活性水平，从灵活性供需平衡、净负荷曲线平滑度和线路传输均衡性3个方面提出了净负荷适应率指标、净负荷波动率指标和线路负载裕度均衡性指标，并建立了考虑这些指标的配电系统源-网-储3层扩展规划模型。其中，上层和中层以年综合成本最小为目标对配电线路、DG和储能进行优化规划；下层以运行灵活性水平最高为目标进行运行优化。采用复合聚类算法生成配电系统典型规划场景，并以改进后的粒子群算法和非支配遗传算法双层嵌套的形式求解3层扩展规划模型。最后，基于改进的IEEE 33节点系统验证了所提规划模型的有效性和优越性。

考虑荷电与储氢状态的风光氢储系统动态控制仿真模型

邵冲, 胡荣义, 余姣, 王明典

2024, 57(7):  109-124.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202402052

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储能是平抑可再生能源波动的重要手段之一。考虑内部气体跨膜传输现象，基于质子交换膜电解槽的组件结构以及电化学和热平衡原理，构建了可描述质子交换膜电解槽物质传输以及能量转换的精细化仿真模型。在此基础上，建立了包含电化学储能、氢储能的电-氢耦合系统模型。提出了一种考虑电化学储能荷电状态与氢储能氢状态的双层协调控制策略。上层功率分配考虑了系统内电负荷和氢负荷需求变化，将电化学储能荷电状态、储氢罐氢状态作为重要约束因素，确定系统各设备的工作模式。底层控制根据设备的工作特性，采用PQ控制、VQ控制等方法实现功率追踪调整。通过多种不同运行场景的算例仿真验证了所提模型与控制方法的有效性。研究成果可为风光氢储系统控制策略优化提供支撑。

电网

基于信息融合的配网线路雷害风险评估

裴梓翔, 舒恺, 周勋甜, 范天成, 罗玉鹤, 刘玉婷

2024, 57(7):  125-131.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306118

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雷害严重影响配电线路的安全运行，引入敏感因子和易损性指标，提出一种基于信息融合的雷害风险评估方法。首先，从接地电阻、人口密度、杆塔高度、河网密度和坡向5个方面构建雷害风险指标评价体系；其次，引入信息融合的层次分析法，结合灰色、熵权和证据理论，建立雷害关联矩阵，进行综合评估；最后，对某配电线路进行案例分析。研究结果表明，对于雷害的整体趋势，所提方法评价结果与实际结果基本一致，验证了该指标体系的合理性。

基于改进Hough变换的消弧线圈接地配电网故障选线新方法

郭亮, 屈新宇, 王晓卫, 王毅钊, 田影, 张帆

2024, 57(7):  132-142.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306087

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针对配电网在电压过零点和高阻故障时刻选线不准确的问题，提出一种适用于谐振接地系统单相接地故障的选线新方法，利用优化后的变分模态分解对各馈线零序功率进行处理，遴选出与原始零序功率相关强度最高的本征模态函数IMF(k)，将IMF(k)转换为JPG格式的二维图像，再利用Hough变换检测技术，得到故障起始阶段IMF(k)的拟合直线及夹角；对各支路模态量拟合直线夹角进行比对处理，将最小综合相关系数值对应的馈线确定为故障馈线；仿真结果表明：该方法不受接地电阻、故障相角、噪声干扰、数据缺失等因素的影响，验证了所提方法的有效性。

基于车体接地电流的故障列车精准识别方法

郭世成, 刘永生, 吴晶, 侯炜, 江鑫, 张向亮, 陈恺, 石祥建

2024, 57(7):  143-150.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306063

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针对专用回流轨直流牵引供电系统发生正极与车体短路故障时，故障列车不能被精准识别的问题，首先给出了双边供电牵引系统等值模型，其次分析了故障列车和正常列车的车体接地电流特征差异，最后提出了一种基于车体接地电流的故障列车精准识别方法。所提方法采用列车的车体接地电流幅值和方向作为故障识别判据，当其幅值小于整定值时判断列车正常，当大于等于整定值时继而采用其方向进行判断，电流为正方向的列车被判为故障车，电流为反方向的列车被判为正常车。该方法原理简单，实现方便，实用性强，采用双重判据能有效避免误判，可靠性高。通过Matlab仿真和现场试验录波验证了方法的可行性和有效性。

欧洲—北非氢能协同发展研究

胡旭, 安锐坚, 杜宇晨, 施啸寒, 王越

2024, 57(7):  151-162.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305024

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氢能作为一种来源丰富、绿色低碳的二次能源，将是全球能源转型发展的重要载体之一。近年来，世界主要国家和地区均出台一系列政策支持氢能发展，欧洲也制定相关政策保障区域能源安全和促进氢能发展，加强和周边国家联动发展氢能产业。北非地区可再生能源开发潜力巨大，但该区域能源结构单一，化石能源占地区能源消耗的比重超过90%，对区域经济、环境可持续发展造成严重阻碍。随着全球可再生能源发电成本的下降和清洁能源转型步伐的加快，借助欧洲成熟的政策帮助、技术支持和广阔的市场需求，利用可再生能源发展绿氢产业的构想将是北非区域突破发展瓶颈的一个重要机遇。根据测算，北非地区利用可再生能源电力制取绿氢并输出到欧洲市场，经济性上可与欧洲本地绿氢竞争，潜力巨大。然而，由于政策资金的缺失，以及对传统能源依赖程度过高，转型较为困难。北非国家需要加强政策指引、促进国际合作、优化投资环境和加快示范项目落地实施，以推动区域氢能开发和外送，带动能源转型，成为欧非区域乃至全球氢能枢纽中心。

计及特高压交流工程建设的区域碳减排测算及分摊

王硕, 霍慧娟, 徐丹, 郄鑫, 辛诚, 李薇薇, 段婧

2024, 57(7):  163-172.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305128

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在“双碳”目标下，特高压交流工程凭借其先进的技术手段，在消纳清洁能源、降低传输损失方面将发挥更大作用，但对特高压交流工程减碳效益的研究较少。以负荷落点区域为研究对象，提出了特高压交流工程运行减碳效益的量化方法。首先，对送受两端电力潮流分布进行模拟计算，确定输电通道潮流比例；其次，对电源区域进行电量平衡分析，确定工程输送清洁能源电量，结合碳排放因子测算负荷区域碳减排量，利用Shapley值根据贡献度计算工程的减碳效益；最后，以实际工程为例进行算例分析。结果表明，特高压交流工程能够通过提升清洁能源消纳能力减少碳排放。

考虑海缆实际载流量的海上风电集电系统拓扑优化

叶婧, 蔡俊文, 张磊, 周广浩, 何杰辉, 翟学

2024, 57(7):  173-181.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307014

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海缆实际载流量是海缆选型的重要依据，在海上风电场集电系统拓扑优化中，考虑不同敷设区段海缆载流量存在的差异以及海缆多回路并联敷设时磁热效应对载流量的影响，对保障集电系统的安全性具有重要意义。首先，采用模糊C均值算法对风机进行聚类分区，将集电系统拓扑优化分解为分区内、外拓扑优化。然后，在分区内采用基于Voronoi图的拓扑搜索算法进行求解；在分区外拓扑优化中，考虑海缆瓶颈区段、回路数对载流量的影响，构建混合整数非线性优化模型，线性化后采用优化求解器GUROBI进行求解。最后，以某实际风电场为例进行仿真验证。结果表明，所提模型能保证海缆实际载流量始终大于海缆工作电流，可有效保障集电系统的安全性。

基于区块链的园区碳排放可信监测模型

王栋, 冯景丽, 李达, 牛静伟, 李军

2024, 57(7):  182-187.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309045

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构建了基于能源电力区块链的园区碳排放可信监测数字模型。首先，利用区块链防篡改技术保障监测数据的可信存证要求，相关接入实体指标全部由联盟链进行身份认证和权限控制，避免了数据遗失以及主体以外其他人恶意篡改的风险；其次，在具体的监测指标融合过程中，结合层次分析法，构建碳排放评价指标融合策略，对能源电力相关指标数据结合相似性聚类算法进行多源在线融合；最后，基于局部异常因子算法（local outlier factor，LOF）实现指标数据长周期异常离群检测，一定程度上解决数据畸变和错报自筛难题。

电网故障处置信息自适应理解框架及关键技术

田波, 张越, 蒙飞, 单连飞, 高海洋, 田坤, 乔咏田

2024, 57(7):  188-195.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202401026

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为了提升电网故障处置响应能力，提出一种故障处置信息自适应理解框架，该框架基于所构建的多任务协同理解模型和故障处置知识图谱识别电网故障告警、运行状态、操作指令等信息，自适应推理生成故障处置操作策略。通过建立故障处置信息理解模型评价指标和试验数据集，验证了故障处置信息理解框架和多任务协同理解模型的有效性。

配电网分布式电源经济可承载力评估

凡鹏飞, 李宝琴, 侯江伟, 李嵘, 宋崇明, 林凯骏

2024, 57(7):  196-202.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312019

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基于鲁棒优化方法，考虑安全运行和经济性目标，对配网分布式电源和储能的容量进行优化配置。根据风光负荷的历史数据和分布特征生成多个运行场景，利用所生成的运行场景建立描述风光负荷的不确定集，然后基于该不确定集建立双层鲁棒优化模型。外层模型在不确定集中寻找经济性最差的运行场景；内层模型考虑配网运行的安全约束，在最差场景下优化风、光和储能的容量。相比于采用典型场景法的容量配置结果，提出的容量配置结果更小，并且可以满足配网的安全运行条件，具有更高的安全性和经济性。

电热综合能源系统稳态与区间潮流计算快速解耦新方法

景巍巍, 王强, 程好, 王博, 岳付昌, 王沉, 王文学

2024, 57(7):  203-213.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309019

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综合能源系统稳态潮流计算是后续规划、运行等研究的基础。目前常采用的牛顿-拉夫逊法存在数值稳定性问题，且随着综合能源系统不确定因素增加，研究系统的区间潮流以实现综合能源系统的安全分析和评估变得越来越重要。首先，基于泰勒函数一阶展开和二阶展开，推导出热负荷流量和节点温度的解析表达式，该表达式实现了流量与温度的独立求解，无须解方程组即可得到系统稳态潮流。然后，分析流量和温度表达式的函数单调性，结合各热负荷值，确定了热负荷流量和热负荷节点温度的区间潮流解，所提方法在保证计算精度的同时，计算速度快且不存在数值稳定性问题。最后，通过算例分析验证了所提方法的有效性。

基于目标级联法的多主体主动配电网自治协同优化

王家武, 赵佃云, 刘长锋, 陈康, 张玉敏

2024, 57(7):  214-226.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311008

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随着“双碳”目标的战略推进，可再生能源在主动配电网（active distribution network，ADN）的大规模消纳提上日程，但受限于调度控制方式和数据交互模式，现有的集中式控制方法无法有效满足分布式能源消纳需求和配电网运行经济性目标。为此，提出了一种基于目标级联法（analytical target cascading，ATC）的主动配电网区域多主体自治协同优化方法，将柔性负荷、分布式电源和储能视为受控单元主体，根据配电网整体的经济性优化目标和微电网区域的局部自治优化需求，设计“ADN主体-节点主体-受控单元主体”的调度框架；并通过ATC处理主体间的共享交互信息，将不同层级的系统解耦为主系统和子系统，达到兼顾整体和局部目标协同优化的效果。最后，通过搭建D9M2和IEEE 33节点配电系统，验证了该方法的有效性。

发电

基于生命周期法的煤电碳足迹评估

刘含笑, 单思珂, 魏书洲, 于立元, 王帅, 刘美玲, 崔盈

2024, 57(7):  227-237.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202404039

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碳足迹是量化碳排放的重要工具，能够为燃煤发电碳减排提供数据支撑。为研究燃煤机组的电力碳足迹及影响因素，基于生命周期法进行了实际案例计算及敏感性分析。碳足迹计算结果显示，300 MW燃煤发电机组的单位上网电量碳足迹为0.932 kgCO₂e/(kW·h)，主要排放源为煤炭燃烧，占比约为79%，其次是煤炭的上游生产和加工，占比约为20%。碳足迹和碳核查的对比分析结论表明，减碳不仅应从燃煤电厂的常规减碳方式入手，降低上游的煤炭供给阶段排放仍是一种有效方案。

汽轮机发电机组宽频带阻抗建模及次/超同步振荡分析

赵牧驰, 汪海蛟, 刘纯, 何国庆, 孙艳霞, 王盼盼

2024, 57(7):  238-246.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312081

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基于阻抗的建模与分析方法是目前分析和解决新能源并网宽频带振荡问题的有效工具之一。集中开发远距离输送是中国新能源开发利用的重要形式，在新能源基地的发电装备中，风光发电装备的阻抗模型已经较为完善，但是现有汽轮发电机组的宽频带阻抗模型均存在一定的简化，不能完整地反映汽轮发电机组的宽频带阻抗特性。基于频域小信号建模方法，建立了计及原动机、调速器、励磁系统、轴系和同步机的汽轮发电机宽频阻抗模型，在Matlab/Simulink中建立了汽轮发电机的仿真模型，通过扫频验证了所提模型的正确性，分析了不同环节对阻抗的影响，最后以汽轮发电机组经串联补偿装置并网系统为例，验证了所提模型在次/超同步振荡问题分析上的有效性。