Abstract:

根据间接碳排放“谁引起，谁承担”的原则，若由风电与负荷波动引起系统总碳排放量变化，则应由其自身承担此部分碳责任或者享有此部分减碳收益。因此，文中提出一种考虑风电与负荷波动性的碳排放责任核算分摊模型。首先，基于煤耗曲线计算煤电机组时变碳排放强度。其次，构建考虑煤电机组深度调峰的日前调度模型。然后，构造无调峰需求的替代场景以等效风电的能源价值及负荷总用电量需求，构造风电与负荷有调峰需求的波动场景以折算边际波动碳排放；求解相应调度模型后，得到各场景的总碳排放量。最后，应用碳排放流理论，按一定比例在发用电侧双向分摊替代场景下的碳排放责任，并采用Shapley值在风电场与负荷之间分摊波动碳排放量。算例分析表明，所提方法能够明确碳排放责任主体，有效折算并分摊风电与负荷波动引起的碳排放量变化，同时减轻调峰机组的碳排放压力；在未来碳市场逐步完善时，可调动调峰机组调峰的积极性，且不会对风电场造成过重的“碳负担”。

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针对高比例新能源送端电网功率备用少、高频控制困难等问题，文中提出一种基于风电机组超速减载与直流频率限制控制器（frequency limit controller, FLC）的送端电网频率协同控制策略。首先，建立计及风电机组及直流参与电网频率控制的单机等值模型，时域解析计算表征频率稳定性的动态响应指标；其次，以频率动态响应综合最优为目标，对风电机组超速减载控制的虚拟惯量系数、下垂控制系数以及直流FLC中的控制参数进行优化整定；然后，针对不同大小的扰动功率，设计不同的频率协同控制策略；最后，验证频率控制策略的有效性。算例分析结果表明，文中策略能够充分挖掘风电机组调频潜力，有效降低送端电网在非正常运行状态下的频率偏差，提高送端电网的频率稳定性。

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在“双碳”背景下，为应对源荷不确定性、电网灵活调节能力不足等问题，文中建立一种计及多主体交互和多能响应的综合能源系统经济优化调度模型，以实现综合能源系统经济低碳运行。基于模型预测控制方法，在多时间尺度下考虑绿证-奖惩阶梯式碳交易机制，建立以综合能源系统运营商日净收益最大为目标的优化模型。将非线性模型转化为混合整数线性规划模型并拓展到日内和实时阶段，运用MATLAB平台调用Gurobi求解。同时采用拉丁超立方抽样法和Kantorovich场景削减法处理新能源出力的不确定性。设置不同模型进行对比分析，结果表明，所提策略下综合能源系统运营商和需求响应聚合商的预期日运行利润明确，能够有效促进新能源消纳、降低碳排放、提升运营商收益。如模型（1）的净利润相比模型（2）增加3382.97元，碳交易支出下降约17.2%；实时阶段求解时间缩短，负荷需求高峰时段的收益更高。多时间尺度调度可应对新能源和负荷预测误差，基于模型预测控制的调度策略有助于挖掘需求响应资源。考虑绿证-奖惩阶梯式碳交易机制及综合需求响应的优化调度可兼顾经济性和低碳性，能够有效平抑源荷波动，提高各主体效益。

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在小电阻接地系统中，发生单相故障后，保护装置会立即跳闸。精准的故障定位能够减少巡线时间，从而提高供电可靠性。然而，对时误差和线路参数不准确会降低故障测距精度。针对此问题，文中提出一种基于零序电压分布的故障测距方法。首先，根据零序电流的分布，推导故障线路上零序电压幅值、相位的分布方程。在此基础上，提出相应的测距方法。当故障点上游无冗余量测信息时，利用线路首末端的量测信息及实测线路参数建立测距方程，求解初始故障距离，并在疑似故障区域内进行搜索以确定精确故障位置。当上游存在冗余量测信息时，从相量角度出发，建立幅值、相位双约束的测距模型，并采用改进的粒子群算法求解故障距离与线路实际参数。此外，从函数拟合的角度，进一步提出利用分支线路的量测信息确定零序电压幅值分布方程，从而求解故障距离。仿真结果表明，所提测距算法不受对时误差的干扰，且在上游存在冗余量测信息的情况下，能够有效克服线路参数不准确对测距精度造成的不利影响。

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引入边缘智能技术，将部分电力业务下沉至台区侧，是分布式智能电网建设中低压配电网层面的有效技术路径。文中提出一种面向电力业务的配用电边缘智能体，并基于此提出一种光储台区三相自治优化方法。首先，给出配用电边缘智能体定义并设计其体系架构，采用领域驱动方法构建业务模型，设计事件驱动式状态服务机制；其次，针对台区突出的三相不对称性，利用凸松弛推导改进的三相配电网支路潮流模型；最后，基于改进潮流模型建立台区三相光储协同多目标优化模型，并结合边缘智能体状态服务机制进行业务动态处理，从而实现边缘侧本地化状态感知、事件识别、优化调控与反馈闭环的自治管理。基于21节点台区算例与工程实践进行分析，结果表明，所设计的边缘智能体能有效处理业务需求，所提模型及优化策略具备工程应用的精确性与控制有效性。

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针对中点钳位型（neutral point clamped, NPC）三电平并网逆变器直流侧中点电位不平衡、传统虚拟空间矢量脉宽调制（virtual space vector pulse width modulation, VSVPWM）在高调制度下中点电位控制能力弱的问题，文中提出一种针对高调制度下实现中点电位快速均衡的VSVPWM策略。根据NPC型逆变器中点电位不平衡机理，得到中点电流可有效调节中点电位。为使虚拟中矢量作用时产生的中点电流能及时调节中点电位，在60°坐标系下重构含控制因子的虚拟中矢量，依据中点电位偏差及变化率设计模糊自适应规则动态调整控制因子，实现虚拟中矢量的优化重构，在高调制度下实现中点电位的快速均衡。同时，在控制因子取边界值时，通过减少分区进一步减少计算量。仿真及实验结果表明，该调制策略可以改善高调制度下中点电位控制效果，具有良好的动态性能，可以明显提高输出电能质量。

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在电网领域，避雷线（overhead ground wire, OGW）主要用于保护输电线路免受雷击损害。雷电弧根在OGW上发生跳跃，可能形成多个雷击点，导致OGW多股绞线同时断裂，显著增加OGW的断线风险。目前针对雷电击中OGW后雷电弧根跳跃物理过程的研究尚属空白。为此，文中基于场路耦合的仿真方法，对雷电弧根跳跃的原理和影响因素进行分析，为今后评估OGW因雷电弧根跳跃引发的断线事故提供重要数据支持。首先，文中对雷电弧根跳跃的物理过程进行剖析，并分别分析风力和电磁力2种主要作用力对应的3种作用效果对弧根运动的影响。然后，基于目前链式模型的研究，提出一种基于场路耦合的雷电弧根跳跃模型。最后，通过仿真确定了雷电弧根跳跃的发生条件，并对雷电流脉冲分量幅值、持续分量幅值、每次回击持续时间、风速、空气边界层厚度等影响因素进行量化分析。结果表明，雷电弧根跳跃过程建立在弧根滑行现象的基础之上；在一次雷电弧根滑行和跳跃的连续过程中，弧根跳跃距离最少为0.2 m，为滑行距离的2倍以上；含有持续分量的多重回击雷在雷击时间超过0.12 s时，可能导致弧根跳跃。在其他条件保持不变时，雷电流脉冲分量幅值与弧根跳跃距离大致呈正相关，而持续分量幅值与跳跃距离呈反相关；空气边界层厚度是影响跳跃的重要因素，仅当边界层厚度为4~8 cm时，弧根才会发生跳跃，且跳跃距离随边界层厚度增加而减小。文中得出的雷电弧根跳跃仿真结果及影响因素分析结论，为理解OGW因雷击导致的断线机制提供了新的思路，对提升电力系统输电安全性具有重要参考价值。

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针对光纤电流互感器（fiber optic current transformer, FOCT）系统动态响应和信噪比受系统参数耦合影响的问题，文中提出一种多目标参数寻优下的FOCT优化设计方法，以实现互感器性能的综合提升。首先，分析FOCT动态响应和信噪比，研究系统参数对阶跃响应指标和信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）的影响规律，从而确定优化参数；然后，基于多目标粒子群优化（multi-objective particle swarm optimization, MOPSO）算法，开展以阶跃响应和超调量为双目标的前向增益寻优，并以前向增益为约束，利用粒子群优化（particle swarm optimization, PSO）算法进行SNR目标下的系统参数寻优，确定阶跃响应和SNR同步优化的互感器系统参数组合；最后，根据该参数组合设计互感器样机，并开展SNR和阶跃响应测试，对比验证优化前后的FOCT性能。结果表明：经参数优化的FOCT阶跃响应上升时间小于50 μs，在10 A电流下互感器SNR为21.5 dB，且满足0.2S级准确度要求。

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基于风机叶片雷击上行先导起始的物理机制，文中提出下行先导头部临界距离的概念，通过求解该临界距离，可有效判定大气条件波动和地形特征差异下风机的引雷能力。分析表明，当空气压强降低、温度上升、湿度下降时，风机引雷能力将出现不同程度的弱化，而高气压、低温、高湿的共同作用，将导致风机引雷能力显著增强。与此同时，在所设的典型地形特征中，平原地区的风机引雷能力较弱，而位于对称峰顶或单一斜坡处的风机引雷能力较强。地面倾角及斜坡对背景电场的畸变是影响对称峰顶和单一斜坡下风机引雷能力的关键因素。此外，结合复杂地形特征进一步分析发现，当风机位于具有较大地面倾角的对称峰顶或不对称峰顶时，其引雷能力大幅增强。上述关于风机引雷能力的分析结果已得到有效验证。相关结论为研究复杂环境下风机的引雷能力特性及制定相应的防雷策略，提供了必要的基础和有益参考。

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空调负荷（air conditioning loads, ACLs）作为一种柔性负荷资源，在新型电力系统功率调节中具有重要作用。针对ACLs参与电网调度前需要精准评估其可调节能力，以及响应结束后负荷反弹易对电网造成冲击的问题，文中提出一种ACLs的反弹平抑调控方法，并基于该方法下聚合功率曲线呈现的时变互补特性，构建ACLs可调节能力评估模型。首先，基于状态队列模型分析传统控制方法引发反弹效应的机理；然后，提出一种可有效平抑反弹的ACLs调控方法，通过恢复结束时刻的温度相对位置实现反弹平抑；最后，基于该反弹平抑策略建立时变互补组合模型，从持续时间和功率变化两个指标对空调群可调节能力进行评估与挖掘。仿真结果表明：所提反弹平抑调控方法相较于另外两种方法，能够更好地维持空调群温度多样性并实现反弹平抑；所提可调节能力评估方法在10 min及以上的响应时长下，仍具有较为可观的可调节功率。

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文中面向含可再生能源多微网集群协同运行的互济调度中存在的隐私保护与收益可接受、难兼顾问题，提出一种两阶段闭环框架下的协同调度与收益二次分配方法。第1阶段在电热耦合、储能与需求响应约束下最小化群体运行成本并确定交互功率。第2阶段以孤岛最优成本为破裂点，在个体理性与预算闭合约束下依次完成逐时清算与日终二次分配，实现可对账、可兑现的结算闭环。然后， 构建基于交替方向乘子法（alternating direction method of multipliers, ADMM）的分层分布式求解框架，仅交换边界功率与价格信号。算例结果表明，文中所提方法在基准工况及可再生出力扰动场景下均能稳定收敛，结算后系统总成本较孤岛基准降低19.41%，各微网净成本均不高于破裂点，预算对账误差为$ {10}^{-5} $量级，验证了所提方法的可行性与稳健性。

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随着新型电力系统“双高”特征日益凸显，电网电压控制面临源荷强不确定性、控制维数激增等难题，以及毫秒级实时响应的严苛工程要求。传统解析法与启发式算法受限于物理模型依赖和在线计算效率，难以满足电网实际运行需求。深度强化学习（deep reinforcement learning, DRL）凭借其无模型数据驱动、高维感知与毫秒级在线决策的优势，为突破上述瓶颈提供了有效途径。文中系统综述了DRL在新型电力系统电压控制领域的最新研究进展与关键技术。首先，分析新型电力系统电压控制面临的新挑战以及DRL的契合优势，并简述其底层马尔可夫决策过程理论框架；其次，在此基础上重点从协同决策架构设计、物理安全边界保障、运行拓扑自适应机制以及异构资源跨时间尺度协调4个关键技术维度，深度剖析现有研究的解决思路与技术局限；最后，总结当前研究在黑箱特性、理想化仿真脱节等方面面临的核心矛盾，并展望构建高保真验证平台与可证明安全控制策略等未来发展方向，可为该技术在新型电力系统中的工程落地提供理论参考。

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新型电力系统中新能源波动将对电压造成不可忽视的影响，对电压稳定分析和控制性能提出了更高要求，为此提出一种基于潮流灵敏度的静态电压稳定裕度和电压补偿分析方法。首先，进行潮流灵敏度分析并结合参数化潮流方程，建立表征静态电压稳定临界点处状态的方程。其次，根据潮流雅克比行列式的连续性，利用抛物线法和二分法求解考虑系统运行电压约束的静态电压稳定裕度。最后，根据新能源波动对电力系统电压的影响，结合潮流灵敏度，分析静态电压稳定临界点处无功补偿对电压变化的弥补作用，建立综合考虑有功功率调节和无功补偿的经济性电压补偿方法。仿真结果表明，所提静态电压稳定裕度分析方法相比现有方法计算效率更高，当新能源波动较大时结合有功功率调节可显著减小无功补偿配置容量。所提方法可适应新型电力系统新能源波动情况下超短期时间尺度静态电压稳定分析的需要，实现更经济的电压调节。

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高速铁路的牵引回流系统由钢轨、保护线（protective wire, PW）、贯通地线、变电所地网等多导体组成，各回路的阻抗参数难以准确计算。针对现有高速铁路牵引回流系统中各通道回流占比计算所存在的缺陷，提出一种符合高速铁路实际情况的牵引回流占比修正公式。首先，基于多导线理论，计算得到牵引网及回流系统的电阻、电抗矩阵。然后，利用Simulink仿真平台建立高速铁路的牵引供电系统模型，通过仿真得到正常条件下牵引回流各通路的电流占比，并分析牵引变电所地网阻抗、回流供电线阻抗、贯通地线阻抗等因素对变电所地网回流比例的影响。结果表明：钢轨、PW与贯通地线的回流之和占总回流比例约为69%，变电所地网回流占比约为31%。在影响牵引变电所地网回流占比的各种因素中，变电所地网阻抗的影响最大。最后，提出降低变电所地网回流占比的工程建议措施，在牵引变电所接地网、贯通地线无法改变的情况下，缩短钢轨、PW和贯通地线的回流电缆长度是降低地网回流占比的最佳方案。