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2024年 第57卷 第11期    刊出日期：2024-11-28

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储能用锂离子电池本体安全关键技术

储能电站锂离子电池本体安全关键技术及新技术应用情况

夏向阳, 谭欣欣, 单周平, 李辉, 徐志强, 吴晋波, 岳家辉, 陈贵全

2024, 57(11):  1-17.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202405062

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“双碳”目标的提出和能源电力低碳转型的持续推进，以新能源为主体的新型电力系统面临着规模化安全高效储能等能源问题的重要挑战。在这一背景下，储能电站作为能源系统中关键的组成部分，其安全管理尤为重要，直接关系到整个电力系统的稳定运行和可持续发展。针对锂离子电池本体安全管理的研究现状展开深入分析，首先，系统回顾了当前广泛应用的各类电池健康评估方法，并详细总结了数据驱动方法中健康因子的选择；其次，从基于数据碎片评估电池状态、电池边缘平台构建与储能电站智慧巡检3个方面出发，探讨了现有电池状态评估技术的最新研究热点，指出储能安全评估未来的发展方向和关键挑战；最后，总结储能电站的安全控制技术，针对计及电池参数变化的系统稳定性与储能系统多目标控制问题提出了相关见解。

基于物理信息与深度神经网络的锂离子电池温度预测

陈来恩, 曾小勇, 曾子豪, 成采辰, 孙耀科

2024, 57(11):  18-25.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202403004

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准确预测锂离子电池的温度是电池管理系统的关键技术。针对锂离子电池的动态以及时序依赖特性，构建了一种深度神经网络用于锂离子电池的温度预测。该模型可以提取数据的潜在高维特征并适当降维以减少模型复杂度，同时通过长短期记忆单元层捕获温度的长期依赖关系。此外，通过锂离子电池的开路电压、端电压以及电流实时计算产热率，从而为深度神经网络提供额外的物理信息输入。结果表明，该方法相比于其他方法具有更好的温度预测性能。

电网

基于VMD和Duffing振子算法的配电网差动保护

张健宝, 王磊, 江伟建

2024, 57(11):  26-35.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307005

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配电网经消弧线圈接地，发生单相接地故障时，存在着故障特征弱、不明显的特点，很难准确找到故障线路，近年来随着通信等相关技术的发展，差动保护成本不断降低，使得配网差动保护的实现成为可能。提出变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）和Duffing振子系统相结合的选线方法，VMD获取暂态零序电流的高频分量，将线路两侧高频零序电流相位差加入Duffing系统中，通过分析线路两侧高频分量相位差和Duffing系统状态的联系，构造了基于动态时间弯曲（dynamic time warping，DTW）描述系统状态变化的区内区外故障判据，实现故障准确定位，最后通过数值仿真证明该选线方法在不同过渡电阻、有分布式电源等情况下能够快速、准确定位线路上发生单相接地故障的区段，验证了该方法的有效性。所提故障区段定位算法可以有效提取故障特征，提高了保护的可靠性和选线的准确率。

考虑动态时间锚点和典型特征约束的年日均负荷曲线预测

李丹, 贺帅, 颜伟, 胡越, 方泽仁, 梁云嫣

2024, 57(11):  36-47.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202308114

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基于负荷趋势性、周期性和受日历特征影响的特点，考虑动态时间锚点和典型特征约束，实现年日均负荷曲线精确预测。首先，根据历史和预测年的日历关联关系建立动态时间锚点矩阵，结合标幺化和周期平滑处理后的历史年日均负荷形状因子曲线，提出DTA-Soft-DBA方法以获得预测年的日均负荷形状因子预测曲线；然后，进行反标幺化和反周期平滑处理，并结合电力电量特征预测值进行典型特征约束修正，获得年日均负荷预测曲线。基于某地区的算例结果表明，所提方法具有更高的预测精度，其结果与典型特征预测值相吻合，符合年内时序变化规律，能有效整合具有不同日历特征的历史样本时序共性规律。

电磁-机电暂态混合仿真在多能源系统动态建模中的应用研究

王占博, 张思瑞, 姜铭渝, 夏越, 高胜强, 卜帅羽

2024, 57(11):  48-61.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305091

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热力网络是多能源系统的重要组成部分。电网和热网建模机理和时间尺度存在较大差异，传统电力系统暂态仿真程序难以直接应用于电-热多能源系统动态仿真。根据电-热类比方法，采用基本电气元件构建了热力管道热路和水路等效电路模型。同时，基于查表法构建了计及设备运行特性的空气源热泵等效电路模型。为提高仿真效率，进一步提出了基于电磁-机电暂态建模框架的电-热多能源系统动态仿真方法。电网采用机电暂态建模，热网采用电磁暂态建模，空气源热泵模型作为接口模型，完成电网模型和热网模型之间的数据交互。电网模型与热网模型均采用毫秒级及以上仿真步长，实现了高效的多能源系统动态仿真。最后通过算例分析验证了所提模型和仿真方法的有效性。

含LCC/MMC交直流混联系统的状态估计及不良数据检测

赵化时, 黄耀辉, 宋智强, 许建中, 郑可欣, 梁康康

2024, 57(11):  62-69.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307020

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基于调度系统导出的通用信息模型（common information model，CIM）中的XML和E文档，从数据生成的角度出发，首先将导出文档转化为状态估计原始输入数据，考虑交流系统与电网换相换流器（line commutated converter，LCC）、模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）以及LCC与MMC间的相互影响，采用统一迭代法对500 kV子网络进行交直流状态估计建模；其次，在原始量测数据的基础上施加高斯噪声，借助最大化残差检验方法以进行不良数据的检测与辨识；最后，通过仿真数据验证了交直流状态估计模型及不良数据检测与辨识的有效性。

基于虚拟振荡器控制的储能变流器控制策略研究

夏向阳, 蒋戴宇, 曾小勇, 龚芬, 吴小忠, 华夏, 罗彦鹏, 石超

2024, 57(11):  70-77.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202308073

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针对传统储能变流器控制方法存在的同步速度较慢、有功功率跟踪效果欠佳的问题，提出了一种基于虚拟振荡器控制的储能变流器控制策略。该策略基于虚拟振荡器控制，采用优化惯性权重和学习因子的改进粒子群算法整定控制器参数，避免了有功和无功功率的测量，具有比传统下垂控制更好的动态响应。最后，针对储能系统中2台并联储能变流器在负荷突变情况下进行了相应控制，仿真结果表明，所提新型控制方法具有更快的同步速度和更好的有功功率跟踪性能。

标准数字化应用框架设计及其设备侧领域实践

贺馨仪, 董明, 孙歆, 颜拥, 姚影

2024, 57(11):  78-87.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202406047

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为了满足对电力标准文献的深度挖掘和知识规则构建的需求，提出了一种电力标准数字化方案，该方案以条件事理图谱为基础，为电力行业的高效、智能化发展提供了新的解决方案。首先为实现电力标准文献的精细化知识抽取，结合了规则和语义角色标注技术，提取出关键知识三元组，在知识融合阶段，采用词语相似度方法整合知识，提高图谱准确性；其次，建立了针对电力领域的改进标准知识图谱，更全面地表达了电力标准中的知识和规则；最后，结合Cypher查询语言和产生式规则，实现电力设备的辅助知识问答和状态评估任务，大大增强了图谱的实用性。

中国西电东送40年发展成效与政策建议

梁双, 王涉, 徐辉

2024, 57(11):  88-93.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202406048

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西电东送是国家西部大开发的标志性工程，是促进区域协调发展、实现电力资源优化配置的重要举措。经过40年发展，中国西电东送已形成“北、中、南”3个通道输电格局，外送能力持续提升，发展成效十分显著。全面总结了西电东送在保障电力供应、推动低碳转型、带动产业升级、促进经济发展等方面取得的突出成效，系统性分析了西电东送持续推进中面临的多重挑战，并从通道规划、电源协同、运行安全、市场机制等方面提出了对策建议，推动西电东送高质量发展。

新能源

新能源入市风险下计及影响层的现货限价自适模型

齐屹, 张静, 刘菁, 魏胜楠, 王雁凌, 丁肇豪

2024, 57(11):  94-101.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312065

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在现货市场起步阶段，普遍采用扁平化限价标准以防范极端价格风险，而随着新型电力系统建设提速推动新能源规模化入市，现货价格受间歇性出力的影响面愈加扩大，新能源入市风险增加，限价设计须进一步考虑常规机组收益、新能源装机比例以及负荷需求量等。因此，综合考虑与现货价格有强联动的影响因素，选取主要因子构成限价影响层，并在改进传统价格管制模型的基础上引入影响因子及系列模型的自适系数，提出新能源入市风险下计及多因子影响层的现货市场限价自适模型，仿真结果表明：模型能够实现不同需求场景下对现货价格的动态跟踪以保障系统安全稳定。

基于安全稳定运行驱动的“光储直柔”系统容量配置

袁慧宏, 翁时乐, 陈梁金, 朱奕弢, 张黎军, 齐蓓

2024, 57(11):  102-107.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202405013

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“光储直柔”是新型电力系统实现建筑零碳电力的重要支撑。在系统设计初期，为规避关键设备初期投资成本过高，从综合考虑系统经济、低碳和安全的运行调控视角，提出一种基于改进能量谷优化算法的适用于民用建筑“光储直柔”系统关键设备容量配置设计的方法。仿真结果表明：所提方法配置结果更优、收敛速度更快，可为民用建筑系统设备容量选择提供参考。

光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频策略

张江丰, 柯松, 陈文进, 王天宇, 郑可轲, 杨军

2024, 57(11):  108-118.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305054

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采用自备用控制的光伏电站能够为电网提供调频能力，但现有的自备用控制难以评估最大功率，调频经济性需要量化，且无法提供虚拟惯量，光伏电站调频效果有待提高。针对此问题，提出光伏电站自备用可调的虚拟同步调频控制策略。首先，基于光伏运行P-V特性，提出光伏最大功率估算策略以及变步长电压控制策略，实现光伏自备用控制；其次，基于虚拟同步控制策略和光伏电站架构，引入频率反馈控制环，提出光伏自备用可调的虚拟同步控制策略，光伏电站在提供频率响应功率的同时，以虚拟惯量的形式支撑电网的频率稳定。此外，并联在光伏直流侧的储能，可以保证在光伏自备用率动态调整过程中直流侧母线电压的稳定。进一步分析了最大功率估算算法误差对虚拟同步调频控制策略的影响，以及虚拟同步控制参数变化对调频效果的影响。最后，通过Simulink仿真验证了所提控制策略的有效性，为光伏并网调控提供理论支撑。

基于NGO-VMD的混合储能功率分配策略

王海燕, 钱林宇

2024, 57(11):  119-128.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202308010

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为解决风电场并网时的功率波动影响电网稳定性的问题，提出一种基于北方苍鹰（northern goshawk optimization，NGO）算法优化变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）参数的混合储能功率分配策略。首先，按照风电场并网技术规范，采用自适应平均滤波法对风力发电功率进行滤波，并由滤波后的并网功率计算出波动功率。然后，采用NGO优化VMD算法中分解模态数K值和二次惩罚因子α值的最优值组合，将波动功率信号经VMD分解后实现在锂电池和超级电容器的功率分配，最后，采用双重模糊控制对混合储能系统（hybrid energy storage system，HESS）的荷电状态（state of charge，SOC）进行优化，完成HESS功率的二次分配。仿真结果表明，该控制策略不仅能够满足风电并网最大功率波动要求，还可以保持SOC维持在合理范围，实现HESS长期安全运行。

高比例新能源电力系统调节资源灵活性不足风险分析

许竞, 赵铁军, 高小刚, 叶鞠, 孙玲玲

2024, 57(11):  129-138.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202401117

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高比例新能源接入电力系统带来了显著的波动性和不确定性，电力系统面临灵活性不足的运行风险。不确定状态下灵活性不足风险评判对控制电力系统运行风险水平、评价规划方案的性能优劣具有重要意义。研究新能源电力系统调节资源灵活性不足风险量化评估方法，提出了新能源电力系统调节资源灵活性不足风险评价指标体系。首先，基于核密度估计与序优化理论，提出源荷不确定性数据驱动建模方法；为提高电力系统源荷样本数据的充裕度，提出基于云模型的电力系统小概率风险样本集重构方法，实现训练样本的无成本、灵活获取；然后，从爬坡能力和调节深度两方面提出新能源电力系统调节资源灵活性不足的风险量化评估方法。最后，算例分析验证了所提方法的有效性和可行性。

基于5G通信的有源配电网新能源送出线路纵联保护

李铁成, 范辉, 张卫明, 王献志, 张艺宏, 戴志辉

2024, 57(11):  139-150.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307031

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传统纵联差动保护在新能源场站接入后会出现可靠性降低甚至拒动的问题。为此，首先提出了秩差累加积波形相似度算法并分析了其抗干扰特性，该算法通过计算两组数据的最大不匹配程度来度量两波形的相似度，显著减弱了异常数据对波形相似度判断的影响。在此基础上，利用送出线路两侧暂态电流时域波形特征的差异，提出了基于5G通信技术纵联保护新原理并构建了完整的保护方案。最后，通过PSCAD/EMTDC验证了所提保护方案的性能。仿真结果表明，所提方案不受新能源类型的限制，适用于各类新能源场站，具有良好的抗延时防误动、抗噪声及异常数据的能力；在新能源弱出力及断路器重合于永久性故障情况下也具备良好的动作性能。

技术经济

考虑可调节负荷减碳降碳价值的需求响应运行决策模型

张晓萱, 薛松, 许野, 许轶, 丁泽宇, 孙庆凯

2024, 57(11):  151-160.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202406091

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需求响应是重要的可调节负荷资源之一，对于新型电力系统的减碳和新能源消纳具有重要促进作用。将碳流理论、智能优化算法和多属性评判方法融入需求响应可调节负荷运行策略决策过程中，构建以用户用电成本最小化为目标函数、涵盖电力供需平衡和机组出力限制等约束条件的需求响应策略优化模型，利用遗传算法确定利于实现优化目标的优势种群的各个染色体，结合各个染色体的经济效益、新能源消纳量和用户碳排放强度的计算结果，组合运用改进的熵权法和权重加和法对所有染色体进行综合评估和排序，得到确保系统经济效益、新能源消纳和减碳效果全局最佳的需求响应策略，最大限度地提高可调节负荷资源的价值。最后，通过算例验证了方法的可行性和有效性。

基于多智能体深度确定策略梯度算法的火力发电商竞价策略

张兴平, 王腾, 张馨月, 张浩楠

2024, 57(11):  161-172.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309119

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火电是新型电力系统的重要支撑，研究火力发电商的竞价策略以及不同出清机制的影响，对保障其低碳高效运营具有重要意义。构建基于多智能体深度确定策略梯度算法的竞价策略模型，分析不同火力发电商组合的竞价差异化策略，优化多主体报价报量策略，探究边际统一出清、按报价支付出清和随机匹配出清3种典型出清机制的市场影响。结果表明，该策略模型可引导火力发电商采取合理的竞价方式以提高市场效率；在新能源渗透率较低时，不同出清机制对各类型机组的影响有所不同；随着新能源渗透率的提高，采用按报价支付出清机制可以兼顾经济和环境效益；当新能源渗透率达到较高水平时，采用随机匹配出清机制可有效应对市场波动风险。

基于双重差分模型的分时电价机制对用电成本的影响分析

李骏龙, 尤培培, 张超, 方鲁睿, 张文哲

2024, 57(11):  173-182.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311104

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建立合理的分时电价机制是以度电价格信号激励用户提供负荷灵活性的重要手段，也是直接影响用户电力成本的关键政策。近年来，随着新型电力系统加快建设，中国各地区相继优化调整了分时电价政策。在梳理分时电价政策最新调整情况的基础上，构建了基于双重差分法计算分时电价对用户度电成本净影响的模型，并对双重差分法得到的政策效果系数进行解耦，通过多元回归模型得到分时电价机制对度电成本的作用机理。基于2022年与2023年7月多地区已执行和未执行分时电价的不同电力用户的真实度电成本数据，分析了分时电价对各地区、各类别、各电压等级用户的政策效果与基本规律，验证了系数解耦回归模型的准确性。最后，基于该系数解耦回归模型，分析了不同价比关系下分时电价政策对商业用户度电成本的影响，并发现适当的尖峰、峰段电价的价比关系可以实现度电成本的最小化。

信息与通信

基于业务差异化传输需求下的电力通信网路由算法

薛松萍, 高德荃, 赵子岩, 林彧茜, 广泽晶, 张大卫

2024, 57(11):  183-190.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202405020

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电力通信网负责传递控制指令、收集状态数据，对保障电网的稳定运作至关重要。针对电力通信网络中多约束条件下的智能路由问题，提出了一种结合消息传递神经网络（message passing neural network，MPNN）与深度强化学习算法的智能路由算法。通过Tensor flow框架实现，在Open AI Gym构建的模拟环境进行验证。算法在超过8000次的训练迭代后呈现出显著的性能提升，表现出了较传统最短路径和负载均衡算法更优越的路由选择能力。同时，在新拓扑图的泛化测试和链路故障模拟实验中，也显示出较强的适应性和鲁棒性。

面向强干扰电力物联网的低功耗数据回传方法

吴赞红

2024, 57(11):  191-198.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307015

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电网场景中设备繁多，电磁环境复杂，对传感器节点无线数据回传造成了时变宽带强干扰。针对此问题，提出了面向强干扰电力物联网的低功耗回传方法。通过同步调度、分布式实时窄带干扰监测、最优信道数据上传等步骤，大大降低了强干扰环境下的数据碰撞概率，提高了通信容量，同时保证了系统整体的低功耗特性。仿真结果表明：该方法的吞吐量相对于传统方法提升2倍以上，功耗下降50%以上。整体而言，该方法极大提升了通信容量，降低了系统功耗。