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2024年 第57卷 第8期    刊出日期：2024-08-28

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基于氢能的电力系统灵活性提升技术

双向可逆的集中式电氢耦合系统容量优化配置

冯兴, 杨威, 张安安, 张曦, 李茜, 雷宪章

2024, 57(8):  1-11.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312101

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针对风光富集地区大型新能源发电厂的弃风弃光问题，利用可逆固体氧化物燃料电池（reversible solid oxide fuel cell，RSOC）结合氢储能的双向转换特性消纳多余风光资源，提出一种双向可逆的集中式RSOC电氢耦合系统容量优化配置方法。首先构建集中式RSOC电氢耦合系统架构，建立发电系统、电氢转换系统等模型；其次考虑燃料电池特性建立RSOC性能衰减模型，考虑特高压通道可用传输能力不确定性生成典型场景；进而建立集中式RSOC双层容量规划模型，上层以运营期收益最大为目标优化RSOC、储氢库容量配置，下层以综合成本最低为目标优化各设备出力，联合粒子群算法与Cplex求解器进行求解。最后通过算例分析，验证RSOC的加入提高了系统经济性及环境效益，同时投资灵敏度分析表明电池单位容量成本是制约系统经济运行的重要因素。

考虑氢能储运特性的配电网集群划分与氢能系统选址定容策略

邱洁, 梁财豪, 朱永强, 夏瑞华

2024, 57(8):  12-22.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312016

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电-氢能源系统（IEHS）的合理规划对能源结构转型具有重要意义，充分利用氢储能的可移动特性可降低IEHS综合成本，提出一种考虑氢能储运特性的配电网集群划分与氢能系统规划策略。首先，将氢能系统拆分为多个氢能子系统（HES），建立多个HES之间的气氢拖车交通运输及储运成本模型；其次，基于电力-交通网架结构与新能源分布情况提出配电网集群划分方法；最后，根据集群划分结果，建立HES双层选址定容模型，该模型以IEHS年综合成本最低为目标，分层解决单个集群内HES的容量配置问题、各集群内部HES选址定容及气氢拖车配置问题。结果表明：提出的策略可以减小氢能储运压力、降低IEHS综合成本，提升风、光消纳水平，加快系统潮流计算迭代收敛速度。

电制氢协同的含高比例光伏配电网两阶段电压随机优化控制

张亚健, 陈茨, 薛飞, 马丽, 郑敏

2024, 57(8):  23-35.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307084

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针对传统配电网电压控制方法存在的调节资源有限、调控成本较高、响应速度较慢等问题，提出一种利用电制氢（power to hydrogen，P2H）辅助的两阶段电压随机优化控制策略。首先，在建立P2H装置在内的调压设备运行约束以及配电网线路约束的基础上，建立了考虑电解制气收益的日前-日内两阶段电压优化控制模型。其次，针对分布式能源出力和负荷需求日内短时扰动引发的电压波动甚至越限问题，基于拉丁超立方抽样与Kantorovich距离削减技术构建了配电网典型运行场景，并以各场景下日内阶段目标函数期望最小为目标求解电压控制策略。算例结果表明，所提方法相比于不考虑P2H辅助的常规电压控制方案，有效避免了电压越限问题，并且总控制成本降低了26.43%。

提升风电消纳的绿氢钢铁冶炼系统动力学建模

周专, 苗帅, 袁铁江

2024, 57(8):  36-45.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310099

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富裕风电电解水制氢，耦合高污染的钢铁冶炼过程，既促进炼钢产业低碳转型，又可有效提升风电消纳能力。为了模拟绿氢钢铁冶炼对风电消纳能力的影响，综合考虑钢铁冶炼的可靠性、氢能发展的经济性以及风力发电的环境性，确定绿电-氢能-钢铁冶炼耦合系统内部交互关系和反馈机制；结合钢铁行业发展趋势和绿氢替代潜力，建立了提升风电消纳的绿氢钢铁冶炼系统动力学模型；同时考虑到政府支持力度与制氢技术的发展，构建差异化情景，分析不同条件下的氢能需求规模和风电消纳水平。基于新疆案例表明，加大氢冶金支持力度和提高制氢电解效率，能够有效提升钢铁行业的绿氢替代率并加速绿氢成本降低，进而实现风电的全额消纳，有效解决“弃风”难题。

基于车辆行为模拟的加氢站氢负荷概率建模方法

卢纯颢, 周春丽, 林溪桥, 陈志君

2024, 57(8):  46-54, 66.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202308106

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加氢站的氢负荷受氢燃料电池汽车出行行为影响，其时空分布具有高度的不确定性。为了研究加氢站氢负荷的分布特性，并准确描述车辆用户出行规律，提出一种基于车辆行为模拟的加氢站氢负荷概率建模方法。首先，基于美国家庭出行调查数据集对车辆出行过程中的行为特征量（如出行时刻、行驶时间、目的地、行驶距离等）概率分布进行拟合；其次，基于蒙特卡洛模拟的方法多次抽取样本，形成由车辆出行行为所组成的出行链；最后，以出行目的地类型为划分标准，分别模拟出一天内不同区域加氢站的氢负荷特性。通过合理利用实际出行数据和蒙特卡洛模拟方法，能够准确描述车辆行为规律，并根据出行目的地类型推断出不同区域加氢站的氢负荷特性。

新能源

基于SVG附加电流反馈阻抗重塑的双馈风电场次/超同步振荡抑制策略

王泽嘉, 韩民晓, 范溢文

2024, 57(8):  55-66.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202308003

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双馈风电场易与电网相互作用引起次/超同步振荡，针对目前抑制振荡时阻抗重塑法适应性不强的问题，提出一种基于静止无功发生器（SVG）附加电流反馈控制的阻抗重塑法，该方法建立的虚拟阻抗可跟随风电场的阻抗特性变化而改变，其灵活性强于通过建模分析设计出的固定虚拟阻抗。首先，基于SVG和风电场并网阻抗模型推导了该方法所加入的虚拟阻抗公式。然后，根据阻频特性分析了该方法的有效性以及阻抗重塑控制参数对抑制效果的影响。最后，根据青海省某双馈风电场并网模型，在PSCAD/EMTDC中建立了电磁暂态仿真模型，仿真结果表明：所提方法可以在不同振荡情况下实现对场站的阻抗重塑，灵活抑制风电场次/超同步振荡。

天然气发电在新型电力系统中的功能定位及发展前景研判

傅观君, 张富强, 夏鹏, 冯君淑, 张晋芳

2024, 57(8):  67-74.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202401112

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天然气发电具有排放低、效率高、调节灵活等优势，是“双碳”目标下构建新型电力系统的重要组成和有效电源，但中国天然气发电发展存在气源保障程度不高、燃料成本较高、关键核心技术受限等问题，当前，各方对“双碳”进程中天然气发电发展问题仍有争议，亟待统一认识，明确发展定位和方向。将天然气发电与新能源发电的融合发展纳入电力系统整体规划考虑，采用自主开发的碳达峰、碳中和电力规划软件包进行优化分析，以电力行业零碳为目标构建电力低碳转型情景，研判了碳中和目标下天然气发电未来发展规模与布局，并就影响天然气发电未来规模的不确定性因素展开了敏感性分析。依托模型测算结果，建立评估气电在新型电力系统中功能作用的量化指标，分析未来天然气发电在清洁电量供应、电力平衡、调峰平衡中的功能作用。天然气发电未来仍须适度发展，新增布局仍主要集中在东南沿海，中西部逐渐增加，未来重点须加强天然气产运储销统筹协调、完善天然气和气电价格机制、加快攻关核心技术，切实发挥天然气发电在新型电力系统构建过程中的积极作用。

基于混沌粒子群的双馈风电机组LVRT实测建模及暂态参数辨识

李丹, 秦世耀, 李少林, 贺敬

2024, 57(8):  75-84.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310040

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高准确度仿真模型是进行大规模风电并网暂态稳定分析的基础，然而双馈风电机组（DFIG）控制策略与参数属于技术秘密难以获取，模型仿真准确性难以保证。针对DFIG故障暂态精确建模难题，提出了基于实测数据的DFIG建模及参数辨识方法。首先，基于电力系统综合稳定程序（PSASP）中DFIG模型及控制结构，建立低电压穿越（LVRT）控制数学模型并分析故障暂态过程，明确LVRT暂态控制核心参数。其次，基于DFIG的LVRT部分现场实测工况数据，利用混沌粒子群算法实现了DFIG故障暂态控制参数辨识。最后，基于剩余实测工况数据进行辨识参数准确性分析与校验，仿真验证了所提参数辨识方法的有效性及准确性。所提方法辨识结果泛化能力强、准确度高，具有较高的工程应用价值。

应对岸上故障的海上风电多端柔直系统协调控制策略

赵平, 贾浩森, 高亨孝, 李振兴

2024, 57(8):  85-95.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202308031

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针对海上风电多端柔直系统岸上交流电网故障时的盈余功率问题，提出一种采用能量控制的多个海上换流站与风电机组的协调控制策略。在故障期间，部分海上换流站先启动能量控制，根据直流电压的变化抬升能量参考值，吸收直流系统中的盈余功率。剩余海上换流站对直流电压进行预测，当直流电压预测值超过限值后，剩余海上换流站启动能量控制吸收盈余功率。海上换流站在吸收盈余功率的同时对风电机组采用降压控制，根据换流站储能的增加情况降低风机侧交流电压参考值。风电机组网侧换流器根据交流电压的变化调节d轴电流参考值，减少输送到多端柔直系统的有功功率，避免多端柔直系统的直流电压越限。最后，在PSCAD/EMTDC中对不同类型的故障进行仿真，验证了所提协调控制策略的有效性。

分布式光伏波动事件多级区间滚动预警方法

周才期, 刘静利, 孙鹏凯, 张玉敏

2024, 57(8):  96-107.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202402058

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大范围极端天气影响下的分布式光伏波动事件对电力系统功率平衡问题影响显著，可能引起弃光、切负荷等风险事故。为此，提出了基于区间分析理论的分布式光伏波动事件多级区间滚动预警方法，以针对分布式光伏波动事件可能的危害程度进行滚动预警。首先，明晰电力系统应对分布式光伏波动的功率调控机理，并制定预警等级，确定不同功率控制手段能够应对的分布式光伏波动幅度区间，即不同预警等级对应的预警界限；然后，依据分布式光伏波动的概率密度，通过对各预警区间内的概率密度积分，计算各预警等级的概率；最后，分析不同时间尺度下光伏波动预测精度的差异水平，通过定时滚动预警校正结果，实现分布式光伏波动事件多级区间滚动预警。算例结果表明，该方法能够在确定各预警区间界限的同时，决策电力系统在不同系统运行状态和光伏波动事件下的预警结果，且与蒙特卡洛法预警结果的均方根误差仅为1.6718%，进而验证了该方法的有效性和适用性。

计及多层级配电网的分布式新能源最大消纳空间分解测算

孙东磊, 孙毅, 刘蕊, 孙鹏凯, 张玉敏

2024, 57(8):  108-116.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202404020

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分布式新能源以“点多面广”的特征并入各级配电网，电网呈现新能源多层级接入、一体化消纳的特征。为促进新能源的充分消纳与高效利用，提出了一种多层级配电网新能源最大消纳空间测算模型，并将分布式新能源最大消纳空间测算问题转换为各层级配电网新能源最大消纳空间测算子问题，实现了各层级配电网分布式新能源最大消纳空间的精确测算。首先，以多层级配电网新能源接入量最大为目标函数，基于Distflow潮流模型建立多层级配电网分布式新能源消纳空间测算模型；然后，针对模型非凸以及求解效率低等问题，基于二阶锥松弛将模型转化为混合整数二阶锥规划模型，采用交替方向乘子法（alternating direction method of multipliers，ADMM），将多层级配电网新能源消纳空间测算问题转化为各级配电网新能源最大消纳空间子问题，将消纳空间模型转化为多层级配电网分布式新能源最大消纳空间分解测算模型；最后，以IEEE 6、7、9、10、12、15测试系统为例，验证该方法的有效性。

电网

高比例分布式电源配电网中低压柔性互联协调规划

彭寒梅, 尹棠, 肖千皓, 谭貌, 苏永新, 李辉

2024, 57(8):  117-129.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309007

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柔性互联技术是解决高比例分布式电源（distributed generation，DG）配电网面临诸多问题的有效手段之一。提出了一种基于多层优化的配电网中压与低压柔性互联协调规划方法。首先，建立基于电力电子柔性互联设备（flexible interconnected devices，FID）的中低压柔性互联配电网潮流模型。然后，构建三层协调规划模型，上层以低压FID年运行成本及台区变压器负载率的年方差最小为目标，中层以中压FID年运行成本及从上级电网年购电成本最小为目标，分别决策低压和中压FID的安装位置与容量，下层以各场景的从上级电网购电成本最小为目标优化系统运行，并采用自适应粒子群优化和二阶锥规划相结合的混合算法求解。最后，采用含高比例DG的IEEE 33节点配电网进行算例分析，通过柔性互联规划系统的年综合运行成本降低了19.01%，台区变压器负载率的年方差减少了82.59%，验证了所提规划模型的有效性。

虚拟电厂网络安全风险评估指标体系构建及量化计算

杨珂, 王栋, 李达, 张王俊, 向尕, 李军

2024, 57(8):  130-137.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311036

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提出了静态与动态风险评估相结合的多维动态网络安全风险评估指标体系。基于虚拟电厂的特点进行网络安全风险分析，构筑多维静态风险评估指标。基于攻击路径演化机理，对信息侧、物理侧和信息-物理侧进行数据采集，构筑动态风险评估指标。提出指标量化计算方法。通过仿真实验验证本文所提的指标体系及量化计算方法能够有效评估安全性，识别风险隐患，提出有效的加固措施。

考虑海量分布式能源接入的配电网分布式无功控制策略

翟苏巍, 李银银, 杜凡, 李文云, 潘凯岩, 梁峻恺

2024, 57(8):  138-144.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202403107

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针对非常规安全风险对新型电力系统造成的影响，提出了考虑源荷不确定性的新型电力系统双层协同无功控制策略。以配电网网络损耗最小为目标，考虑多种调节设备约束，建立配电网无功优化模型。构建配电网分布式无功优化求解框架，外层采用自适应超松弛惩罚参数交替方向乘子法（alternating direction method of multipliers，ADMM）进行全局更新迭代求解，内层采用列与约束生成算法（column-and-constraint generation，C&CG）对各区域两阶段分布鲁棒无功优化模型求解。所提策略能有效改进分布式无功优化模型求解效率，降低网络损耗，提高新型电力系统的稳定性。

考虑TCPS考核约束的AGC机组动态优化模型

陈胜, 张洪略, 夏天, 杨雪, 张文军, 颜伟

2024, 57(8):  145-151.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202304103

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近年来电网开始采用控制性能标准变式（transformational control performance standard，TCPS）考核各区域的自动发电控制（automatic generation control，AGC）水平，然而现有研究仅考虑了控制性能标准（control performance standard，CPS）的考核。鉴于此，提出了一种考虑TCPS的AGC机组动态优化模型，该模型以二次调频综合调整费用最小为目标，以系统功率平衡和TCPS考核为约束。针对新模型中TCPS考核约束的分段函数进行线性化，实现了模型的高效求解。基于修改的IEEE算例、工程中的AGC滞后控制策略和CPS标准，仿真验证了模型的有效性。

基于二维混沌映射正余弦算法的智能变电站虚回路自动连接技术

金国锋, 杨世峰, 刘玲玲, 王凯, 王强, 王磊

2024, 57(8):  152-158.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202403026

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提出一种基于二维混沌正余弦算法的虚回路自动连接技术，首先采用Jaro-Winkler距离构建了涉及距离权重向量的虚端子匹配模型，然后在虚连接历史数据的基础上利用二维混沌正余弦算法求解最优距离权重向量，最后以蒙东某66 kV变电站为例，采用所提方法进行虚端子匹配。结果表明：相比现有技术该方法所得虚端子连接结果更准确且匹配效率更高。

基于关联规则与重构误差的二次系统故障检测方法

王阳, 马伟东, 刘洎溟, 王博石, 姚凯, 韩伟, 余娟

2024, 57(8):  159-167.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202308131

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二次系统是否可靠直接关系整个变电站乃至系统能否安全可靠运行。随着高比例新能源并网，如何有效检测二次系统故障愈发重要。针对现有逻辑回路的故障方法对数据完备性要求较高而难以实际应用，现有二次设备的故障检测方法难以辨识正常数据和故障数据的微小差异导致计算精度无法保障的问题，提出基于关联规则与重构误差的二次系统故障检测方法。首先，利用Apriori算法求出故障报警信息与逻辑回路中故障装置的关联规则，实现逻辑回路故障快速诊断；然后，利用正常二次设备的运行数据训练个体判别器，通过衡量待判别数据的重构误差来判别二次设备运行状态，并利用集成学习模型量化设备当前故障检测概率；最后，对集成学习模型进行集成优化，以提高二次设备异常预警的可信度。利用河南省某变电站实际运行数据集进行仿真测试，验证了所提方法的有效性和准确性。

新型电力系统中主控型安全稳定服务质量的在线评估

李碧君, 李威, 董希建

2024, 57(8):  168-181.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202401131

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在新型电力系统背景下，安全稳定运行对主控型系统安全稳定服务有更大程度的依赖。服务响应的事前-事后全过程评估是实现主控型系统安全稳定服务质量有效管控不可或缺的技术基础。针对主控型系统安全服务质量评估的共性问题，分析了主控型系统安全稳定服务的特征、质量评估的内涵及要素，包括服务响应前的服务装备质量评估和服务资源质量评估，以及服务响应后的服务响应质量评估；阐述了系统安全稳定服务质量评估中的评估依据（服务质量特性预期）、评估指标体系、评估方法和基础数据要求；初步提出了包括收集厂站基础数据、确定质量要素特性评估准则、质量要素特性指标评估、稳定服务质量指标评估和稳定服务质量评级等环节的在线评估框架。对众多类型的系统安全稳定服务实现关键环节完整和功能信息齐全的质量评估，具有普适性的参考价值。

基于PSD-BPA数据的ADPSS大电网电磁暂态转换建模方法与软件实现

徐树文, 卓谷颖, 李壮, 刘敏, 穆清

2024, 57(8):  182-189.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309070

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随着新能源、直流、柔性交流输电系统等电力电子类设备入网规模越来越大，新型大电网的运行特性发生巨大改变，电磁暂态精细化仿真成为未来电力系统仿真的重要手段。但电磁暂态建模困难严重制约了电磁暂态仿真的工程应用，针对这一难题，提出了一种基于BPA数据快速生成ADPSS电磁暂态模型的技术解决方案，研发了相应转换建模软件，通过分组建模控制、映射建模、用户自定义建模、拓扑优化布局等技术手段，实现BPA数据到ADPSS模型的快速自动化转换建模。基于BPA区域电网数据，利用该软件完成了算例规模超过5000个三相节点的某省级电网的全电磁暂态建模，建模效率得到很大提升，校核结果验证了转换建模软件的有效性。

基于特征构建的区域电力负荷增长归因及量化分析方法

邱敏, 周颖, 赵伟博, 王阳, 陈宋宋, 郭耀扬, 赵波

2024, 57(8):  190-205.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310056

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电力负荷由于受到气温、经济、特殊事件等多种因素及多因素耦合影响，增长成因量化分析困难。同时，目前对于电力负荷研究多集中于预测方面，对负荷增长原因分析较少。通过研究电力负荷数据特征构建方法，提出一种电力负荷增长归因分析方法。首先，构建气象相关性指标、基于经济发展的自然负荷增长指标、基于电力电量修正的产业结构变化指标以及事件趋势一致性评价指标；在此基础上，分别提取气象负荷、自然经济负荷、业扩负荷、随机负荷，利用贡献率量化各因素对负荷增长的影响程度。最后，利用西北某2省的电力电量数据进行验证，结果显示所提方法能够很好地量化负荷增长的原因。

基于Light-Resnet卷积神经网络的电力设备监测数值识别算法

孔志恒, 谭冲, 唐培耀, 胡成博, 郑敏

2024, 57(8):  206-213.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310020

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在智能电网中，精确监测输电、配电及供电关键设备的运行状态对在线运维至关重要。面对人工抄录和巡检的低效，以及监测装置数字化升级的复杂安装、高成本和长周期等挑战，结合图像采集装置与图像处理技术，根据计算资源合理分配任务，开发了一种基于Light-Resnet数值识别算法，该算法通过D-Add损失函数优化网络训练过程，实现电力设备监测数据的远程读取。实验表明：Light-Resnet以6090的参数量在MNIST数据集获得了98.8%的严格准确率，结合边端协同机制，终端侧能耗降低了20.73%。这一算法不仅证明了自身在资源受限环境下的适应性和高效性，同时D-Add损失函数的设计也显著提升了网络的准确度。

综合能源系统优化调度

含电转气和碳捕集耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度

王辉, 周珂锐, 吴作辉, 邹智超, 李欣

2024, 57(8):  214-226.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312011

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为提升综合能源系统（integrated energy system，IES）的可再生能源消纳以及低碳经济效益，提出含电转气（power-to-gas，P2G）和碳捕集（carbon capture system，CCS）耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先，建立基于阶梯型碳交易机制的含P2G和CCS耦合模型，并构建多能量转换设备和储能设备组成的电-热-冷综合能源系统；其次，基于多时间尺度的优化调度策略，以购能成本、运维成本、碳交易成本、弃风光成本为目标函数建立日前-日内滚动-实时调整3个阶段的优化调度模型；最后，以四川某工业园区为例进行仿真，结果证明本文提出的模型有效提高了综合能源系统的低碳经济效益、能源利用率和系统稳定性。

考虑富氧燃烧碳捕集技术和源荷双侧响应的综合能源系统优化调度

杨海柱, 白亚楠, 张鹏, 李忠文

2024, 57(8):  227-240.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311046

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为降低燃气轮机的碳排放水平和提高灵活性，提出了计及富氧燃烧碳捕集技术和源荷双侧响应的综合能源系统低碳经济优化策略。首先，研究了富氧燃烧技术的运行原理及其能流特性，并构建空分制氧设备和碳捕集设备的耦合模型；其次，引入可调的热电比作为供给侧响应策略，需求侧对于电力、热能以及气负荷的特性进行综合权衡，借助能源价格的引导，并考虑其相互之间的可替代属性形成需求侧响应机制；最后，通过计及气负荷碳排放的阶梯式碳交易约束碳排放，以系统运行成本为目标优化各时段机组出力。设置多场景进行仿真分析，结果表明富氧燃烧碳捕集技术能够有效减少系统的碳排放量，源荷双侧响应能够灵活调节供给侧与需求侧的供能关系，并有效减少系统运行成本。