中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊
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ISSN 1000-7229 CN 11-2583/TM
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建立一套科学、系统、合理的电网运行指标体系是评估和控制电网运行的迫切需求。针对如何建立符合当前输电网运行需求的指标体系进行初步探讨，以期能有效评估输电网状态并提供辅助决策信息。明确了输电网运行指标体系的构建目的，阐述了指标体系的主要架构和实现思路。输电网运行指标体系是从结果和原因2个层面评估输电网运行，不仅反映了输电网当前运行状态是否满意，同时探究输电网不满意状态出现的原因。结果评估分析了输电网的主要利益相关者的需求，从外部需求和内部需求的满足程度2个方面进行评估。原因评估基于分解和转化的方法进行，给出各结果评估指标对应的分解指标，构建与结果评估指标对应的决策链，并提出决策评估方法，以发现输电网运行的薄弱环节。随后，给出指标体系中指标选择的原则和方法。基于上述架构建立的指标体系层次性强，指标关联关系明确，与调度中心的主要业务紧密联系，对于调度人员及系统最终做出的控制决策具有一定的指导作用。
输电网运行状态是否满意，体现于输电网运行是否能够满足其利益相关者的需求；输电网运行评估指标集即评估输电网利益相关者的需求满足程度。其中，外部需求指的是输电网运行的外部利益相关者（即发电企业、配电网企业、互联输电网企业）对输电网运行的需求。深入分析了输电网运行的外部需求，将其概括为：输电网在特定的时间，向特定的节点，以特定的质量标准，提供或接纳特定数量的电能。不同类型外部节点具有不同的需求，详细研究了节点在质量和数量2个方面的具体需求，并阐述了外部需求满足程度的评估方法。针对具体的外部需求，选取了科学、合理的指标评估在单时间断面和统计周期时间内的需求满足程度，从而构建了输电网运行评估指标体系的外部需求评估指标集。
与交流配电网相比较，直流配电网具有线路损耗小、电能质量好、可靠性高，以及适于各类分布式电源和直流负载接入等优点。首先对分布式电源和电动汽车充放电站接入直流配电网进行研究，接着提出了适用于分布式电源和电动汽车充放电站接入的直流配电网双层环状拓扑，最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件对各种分布式电源和上述拓扑进行仿真建模。仿真结果说明：当分布式电源的发电量随着外界环境的改变而发生变化时，直流配电网中的直流电压和直流负载的功率不会随之大幅波动，同时直流配电网能和交流系统进行能量传递，并在一定条件下调节交流系统的潮流，充分证明提出的拓扑的可行性和有效性。
智能变电站的无功控制需要实现实时就地平衡。传统变电站通常配置电容器组进行无功补偿，而随柔性交流输电技术的发展，动态无功补偿装置逐步应用于智能变电站无功补偿中，但很少有考虑两者的协调配置。针对以上情况，提出电容器组与静止无功补偿器（static var compensator， SVC）协调配合进行智能变电站的无功优化配置。在原最优覆盖思想仅考虑电容器的等容分组配置的基础上，增加SVC进行组合配置，在分析等容分组与几种典型不等容分组情况后，建立统一的无功失配面积最小及投资成本最优的多目标优化数学模型，并转换为年损耗最小的单一目标函数作为变电站无功配置的评价函数，用遗传算法进行寻优，获得SVC与等容及不等容分组的电容器组优化配置方案，进行对比，得到最优方案。最后采用某智能变电站无功负荷数据验证了该配置方法的有效性及实用性。
为综合分析新能源发电并网对我国能源结构与电源结构的影响，将最小化发电成本与污染物排放量作为规划目标函数，建立了新能源与能源结构优化模型。该模型选取一次能源消费量和年新增发电装机量为决策变量，从能源供需平衡、能源消费量、电力供需平衡、电力消费与需求量、装机容量与增长率等多方面入手构建约束条件。通过测算参考情景、能源安全情景和低碳发展情景下我国最优能源结构与新能源发展规模、装机容量和建设时序，对比分析了不同情景下的发电成本效益，并对一次能源消费总量和非化石能源消费比例进行了敏感性分析。分析结果显示，在污染税、碳税的支持下，新能源开发利用规模越大，资源环境效益越大，系统运行成本及能源对外依存度越低。此外，减少化石能源的消费比重，有利于降低能源系统运行成本。
光伏发电系统的出力具有强烈的波动性，为了减轻其对电网的冲击，有必要进行光伏出力预测。提出了一种基于灰色关联度分析（gray relational analysis, GRA）和最小二乘支持向量机（ least square support vector machine , LSSVM）方法对光伏出力进行预测，该方法是传统直接预测和间接预测方法的结合，分析了辐照度、天气类型等对光伏输出功率的影响。通过GRA选择训练样本，使样本更全面地反映预测日的天气属性；然后运用LSSVM提前24 h预测输出功率，利用天津市太阳能光电建筑示范项目的实测数据对该预测模型进行了测试与评估，算例结果表明，所提出的GRA-LSSVM的预测方法具有较高的预测精度。
针对分布式电源优化选址问题，现有方法一般都简化处理全年风光资源和负荷数据，且算例规模较小，不能完全满足实际应用要求。提出了计及全年风光资源和负荷数据的大规模多馈线配电网分布式电源选址方法。首先，建立计及全年风光资源的大规模多馈线配电网分布式电源优化选址模型，然后基于遗传算法给出优化模型的求解策略，最后采用实际大规模多馈线配电网算例进行验证。结果表明，由于考虑到风机位置会受到全年负荷及风能资源时序特性的影响，因此风机位置优化后的网损更低；采用大规模多馈线整体优化的方案后，采用该方法计算的网损结果也明显优于单馈线范围内的优化结果。
低碳电力发展的内在要求及智能电网建设的全面推进有利于推动分布式发电规模化发展，然而在分布式发电项目市场化推进过程中将面临多方面的不确定性因素。为明确分布式发电投资面临的风险，服务于分布式发电相关保障策略的制定，从政策法规、市场环境、相关利益者、技术设备、运营管理等5个方面详细分析了分布式发电项目投资的风险，并提出了风险评价体系及风险应对策略，最后从外部监管、市场运营、相关利益者等几个方面分别探讨并提出分布式发电商业投资的保障机制建议。
CO2矿化封存是一种有效的温室气体减排途径，适合于缺少地质储层条件的地区。为了克服传统矿化工艺流程复杂、条件苛刻，且矿化原料价格昂贵等缺点，提出了以廉价的电厂粉煤灰为原料、利用可循环使用的NH4HSO4为溶出剂的CO2矿化封存工艺。该工艺大大降低了矿化溶解的反应温度条件，在有效溶出Ca、Mg等金属元素用于CO2矿化封存的同时，能产生含Al、Fe元素的高附加值产品。通过考察粉煤灰成分、溶剂浓度、固液比等工艺参数对粉煤灰金属元素溶出的影响，得出了温和条件下粉煤灰中金属元素的溶出规律。实验结果表明：在100 ℃、溶出剂浓度为3.5 mol/L、固液比为25 g/L、反应时间为2 h条件下，具有最大的Ca、Mg溶出率，分别为37%和72%；乌海乌云热电厂的灰样具有最高的含钙量，较其余灰样具有较大的矿化潜力。
对于传输距离较长的特高压输电系统，系统的输电能力主要受小扰动稳定的限制。大电源特高压外送系统具有传输距离长、送电功率大等特点，其输送能力的问题一直备受关注。基于送端机组特性并将受端系统等效为负荷的单机系统，对系统的等效阻尼系数进行了详细的理论推导，从发电机组以及系统网络这2个方面出发，具体讨论了机、网侧各参数对系统阻尼系数的影响方式。通过在PSASP仿真软件上搭建的实际特高压大电源外送系统的仿真表明：机、网侧参数均能在一定程度上影响阻尼系数，从而对特高压系统输送能力产生影响，验证了理论推导的正确性，为提高特高压输电系统的输送能力提供了理论依据和策略，该结论具有一定的工程应用价值。
准确评估高压直流输电线路的反击和绕击耐雷性能，对线路的设计和施工具有重要的意义。基于杆塔的多波阻抗模型，采用相交法作为绝缘子闪络的判据，采用改进的电气几何模型（electric geometry method，EGM）作为绕击跳闸率的计算方法，研究了3种不同塔型的±800 kV与±500 kV同塔双回直流输电线路的反击、绕击耐雷性能及其影响因素。结果表明：线路反击性能随杆塔高度的降低、接地电阻的减小而增强；线路绕击耐雷性能随地面倾角的减小、保护角的减小和杆塔高度的降低而增强；杆塔的塔型和导线排列方式会影响防雷性能，并通过对比得到最佳布置方案，同时给出相应的建议。
随着用电负荷密度逐步增大及大量分布式电源的接入，目前配电网面临着供电能力不足的问题。直流配电网供电容量、线路损耗、各类电源与负荷接入适应性等方面与交流配电网络均有差别。通过对交流供电线路供电能力的分析，推导出直流供电线路在不同约束条件下的供电能力的计算模型，并在假设的不同电压等级及典型负荷分布形式下，分别对常用导线进行了负荷矩与供电距离的比较。由分析可知在计算供电线路供电能力时电压约束和线路损耗约束在交、直流系统中所起作用不同，提出交、直流配电网络线路供电能力计算选取依据，为今后的研究提供参考。
电容换相换流器（capacitor commutated converter，CCC）是通过对传统直流输电系统主回路结构进行改造，串入适当的电容，补偿换流器吸收的无功功率，使得实际的换相电压在幅值和相位上发生变化，从而减少了换流器无功功率的吸收，降低了逆变侧发生换相失败的概率，提高了直流系统运行的稳定性。但是，在拥有上述优点的同时，CCC直流系统也有其固有的缺陷，为此首先对整流侧、逆变侧基于CCC的高压直流输电系统机理、稳态特性进行了研究，并基于电磁暂态仿真软件（PSCAD）建立的模型进行了仿真验证，将结果与传统直流输电系统进行了对比；重点分析了CCC直流输电系统抵御换相失败特性、逆变侧单相短路故障后的恢复特性和持续故障机理，研究了串联电容大小对恢复过程的影响。研究结果对于进一步优化CCC直流输电系统的动态特性及推广CCC直流输电技术具有重要意义。
在覆冰分裂导线舞动过程中，导线的扭转振动与横向振动耦合，产生非稳态运动。基于输电导线节段模型的耦合运动，推导输电导线的非稳态空气动力表达式，并对该表达式进行数值模拟，得到的非稳态空气动力参数用已有的风洞数据进行验证。非稳态空气动力参数模拟是对某些较难测试的风洞试验的一个有益的理论补充。
继频率法、舞动系数法之后，提出了基于气象地理法的输电线路舞动分布图绘制方法。在统计和分析输电线路历年来发生导线覆冰舞动情况的基础上，通过总结气象、地形特征规律，建立覆冰舞动的气象模型和地理模型；结合运行经验，提出舞动区域的分区、分级标准；建立舞动分布图绘制方法标准技术体系。最后，以某省为例采用气象地理法绘制了舞动分布图，并检验其与实际舞动情况的吻合程度，得出了该方法合理、正确的结论。
随着电网建设的发展，深化纤维增强聚合物（fiber reinforced polymer，FRP）复合材料在输电线路上的应用与研究十分必要。在前期绝缘横担研究的基础上，完成了110 kV不挂绝缘子复合材料绝缘横担的设计和制造工作，并实现安全挂网运行。测试结果证明，该横担改变了传统横担需要悬挂绝缘子的特点，降低了风偏闪络的风险；改善了硅橡胶伞裙绝缘横担不可走人，易受虫鸟侵蚀的缺点；同时又不像瓷绝缘横担那样容易脆裂受损。因此，这种新型复合横担更具研究前景。
随着电网的发展，电力系统在高一级电压网络尚未满足供电可靠性要求的情况下，为了合理利用现有资源获取最大网络传输功率，以及满足用户对用电的要求，形成了高低压电磁环网。通过分析冀北电网的具体结构和电磁环网运行存在的问题，提出唐山、承德、秦皇岛（简称“唐承秦”）地区的分区供电方案。“唐承秦”地区存在较多的500/220 kV电磁环网结构，加之地区负荷较重，考虑到安全供电，“唐承秦”地区有必要实行分区供电运行。结合冀北地区500 kV和220 kV发输变电工程的建设项目，将唐山电网分为5个220 kV供电区域的分区供电方案。通过计算和分析电网的电力平衡关系、短路电流、可靠性并进行稳定校核，证明分区供电方案的可行性，以期为冀北电网及其他地区分区供电的研究工作提供参考。
±800 kV楚穗直流换流站与±500 kV兴安直流换流站所共用的鱼龙岭接地极其中一回线路检修，另一回线路单极大地回路运行时，极地附近10 km范围内的电位分布决定了检修线路的检修措施；利用CDEGS软件计算了接地极附近电位分布，并与该极址投运前系统调试期间的测量结果进行了对比。结果表明：单回线路检修，另一回线路单极大地回路运行时，接地极内外环上方呈地表电位峰值，且接地极内环上方地电位高于外环，接地极外环地电位衰减迅速；跨步电压也在极环处达到峰值，但小于设计值，接触电压按标准采取措施后可满足限值要求；实测结果与计算结果基本一致；因土壤电阻率较低使得跨步电压偏高的部分区域，检修作业时应采取相应的防护措施。
大容量同步电机直接启动时，启动电流很大，会引起电网电压急剧下降。为此，采用自耦变压器降压启动方式启动大型同步电机。建立了含大容量电机的系统潮流计算模型，分析了大容量电机启动方式对110 kV电网和用户变电站供电系统电压的影响。利用动态仿真软件，针对不同系统容量及电机采取不同启动方式进行了电压降落及启动过程的仿真。理论计算与仿真结果表明，大容量同步电机启动时需避开系统小运行方式，验证了自耦变压器降压启动对减小系统压降的可行性。同时，仿真模型可用来确定电机启动时系统的运行方式及降压启动时自耦变压器的抽头。为保证电网电压质量，与直接启动方式相比，大容量电机启动应该采用自耦变压器的降压启动方式，且需选择合适的降压抽头。
基于单台风机动态模型组成的整风场传统动态模型是一个高阶模型，难以进行功率传输数据的处理和无功补偿容量的计算,为此提出了一种新型的适用于无功补偿的海上风电场等值建模方案。根据国家标准GB/T 19963—2011《风电场接入电力系统技术规定》的要求，结合海上风电系统的运行特点，将风电机组等效为电流可控的恒压功率源，考虑变压器的无功损耗是关于视在功率的线性系统对多机系统中变压器做叠加等值，根据实际风电场与等效风电场的功率传输特性相同的原则将集电系统等值为单条支路，建立适用于无功补偿方案设计的海上风电场的等值模型，并对一个具体的海上风电场进行PSCAD仿真分析，结果表明所建立的海上风电场等值模型是可行的，与传统海上风电场动态模型相比，该等值建模方案简单实用，适用于海上风电场无功补偿。
利用西沙永兴岛地面气象站1973—2011年风速观测资料，结合威布尔统计分布和典型风机风速功率曲线，估算了西沙代表年的风速、风功率密度、典型风机的利用小时数和年发电量数据。还结合1973—2011年的日极值风速数据，利用跨阈法（peak over threshold，POT）和广义Pareto极值分布模型计算了当地“五十年一遇”最大风速。分析结果表明，尽管永兴岛地处深海，但其10 m高度风功率密度不如预期，典型年风能密度不足100 W/m2，且多集中在下半年热带气旋较多时段。此外，永兴岛“五十年一遇”最大风速达42.2 m/s，显著高于陆地基准风速27 m/s，需根据IEC标准选取较高型号的风机分型。
采用石蜡作为蓄热换热介质，将新型平板热管作为换热元件以强化换热，并在平板热管两侧平面添加纵向翅片，设计了一套热管式相变储热换热器实验装置，对相变蓄热换热器的蓄、放热特性进行了实验研究。测定了石蜡的温度分布随时间变化的规律；改变充、放热流体工况，分析了不同流量和流体温度对蓄放热过程的影响。通过分析发现，新型平板微热管阵列在相变蓄热器的蓄放热过程很好地发挥了强化传热元件的作用，蓄热过程中，传热流体温度越高，相变材料的熔化速率也越大；放热过程中，相同的流体温度下，随着流体流速的增大，蓄热器的放热速率逐渐增加。实验结果表明，新型平板热管蓄热器蓄放热效果良好。
风力发电与反渗透海水淡化相结合是海水淡化发展的新思路。根据传统方法设计的海水淡化系统只能在电源稳定的情况下定负荷运行，无法根据能源供给情况进行系统设计。鉴于此，提出了一种基于风电的反渗透海水淡化建模方法。该方法建立了反渗透海水淡化渗透模型，可根据能源供给情况进行海水淡化系统运行参数的计算。在相同工况下，通过与传统设计方法的计算结果进行对比，本文方法计算精度与其相当，可用于风电海水淡化系统设计。
对于常规冷却塔，塔筒喉部以上及喉部以下分别采用1个指数变厚参数，即可确定塔筒壁厚。然而超大塔、间冷塔塔筒下环梁的壁厚比常规塔要大很多，指数变厚方法难以适应这些塔筒壁厚定位设计的需要。为了解决该问题，提出了塔筒壁厚定位计算的改进方法，对喉部以下的区域进行分段处理，增加1个指数变厚参数。在满足塔筒稳定性的条件下，改进方法能够有效减少冷却塔塔筒的混凝土用量。
燃煤电厂湿法脱硫机组烟囱的腐蚀环境属于强腐蚀等级，近年来，涂层类防腐、砌块类防腐在不同程度上存在耐腐蚀性能较差、使用寿命短的问题。为了解决上述问题，实现可靠性与经济性兼备的目标，研发了烟囱钢内筒整体内衬杂化聚合结构层防腐系统。应用杂化聚合结构层新材料，基于粘接强度试验、差示扫描量热法热分析等试验确定了材料性能，结合“三线四孔”制杂喷工艺在钢内筒上进行整体喷铸，形成了耐高温、耐腐蚀、耐老化的、牢固的、完全履盖筒壁的防腐层，提高了防腐性能。工业应用与科技鉴定结果表明:该系统的防腐性能可靠，技术整体上达到了国内领先水平。杂化聚合结构层适用于新烟囱钢内筒防腐与旧烟囱钢内筒的防腐改造，且可配套防腐在线监测系统，实现全寿命周期管理。
