2024年, 第44卷, 第5期　刊出日期：2024-10-30

  

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  近场热离子和热光伏能量转换器及其混合系统研究进展

  李林, 吴小虎, 于坤

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 1-14. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-05-0001-14

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  热离子转换器和热光伏转换器是两种主要的固态热电转换器，它们可以在极端温度下工作，具有潜在的高效率，并且兼容超高温热能存储。两者都依赖高度非等温间隙基本能量载流子的转移，热离子转换器中为电子，热光伏转换器中为光子。由于受到斯特藩玻尔兹曼定律、空间电荷效应等的限制，两种转换器的性能无法进一步提升。当发射极与吸收极之间的距离与热辐射特征波长相当或更小时，由于倏逝波产生的光子隧穿效应以及空间电荷效应的消除，两种转换器的性能出现显著增强。因此，在余热回收和可再生能源利用等领域具有重要意义。文中综述了国内外学者在两种固态热电转换器及其混合系统方面的研究进展，总结并分析了未来可能的发展方向和主要挑战。
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  ＣＣＵＳ投资效益研究进展:技术、经济与政策的综述

  周小琳 刘亚雯 韩洁平

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 15-23. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-05-0015-09

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  碳捕集、利用与封存（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS）技术在全球应对气候变化和实现碳中和目标中具有重要意义，但由于投资效益低，其大规模商业化应用受到了限制。为此，文中系统梳理了国内外关于CCUS投资效益的研究进展，综合分析了技术创新、经济成本和政策支持对投资效益的影响，并评估了全球不同区域在政策、技术和经济效益上的差异。研究发现，虽然CCUS技术具有显著的潜力，但经济可行性和政策激励不足依然是推广的主要障碍。通过总结现有研究中的不足和挑战，文中为未来研究方向提供了指导，并为CCUS技术的商业化和政策制定提供了理论依据和实践参考。
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  基于Evolutionary Bagging集成学习的超短期风功率预测

  康英哲, 田宇航, 梁世昌, 唐振浩

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 24-32. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-05-0024-10

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  为实现风电功率的高精度超短期预测，文中基于Wasserstein距离和随机森林（Random Forest,RF）进行跨域特征选择，并将其与进化Bagging集成学习（Evolutionary Bagging,EvoBagging）相结合，提出了一种超短期风电功率预测的新方法。首先，将局部离群因子（Local Outlier Factor,LOF）算法用于异常值检测，并使用最近邻插值法（K-Nearest Neighbors Interpolation,K-NNI）替换原始数据中的异常值点；其次，对异常值处理后的数据使用经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）算法分解并进行统计学计算以构建重构数据，使用Wasserstein距离和RF跨域特征选择对重构数据进行特征降维；最后，结合各个模型的优势提高模型的预测精度，构建以深度置信网路（Deep Belief Network,DBN）、深度神经网络（Deep Neural Networks,DNN）、轻量级梯度提升机（Light Gradient Boosting Machine,LGBM）、极限梯度提升算法（eXtreme Gradient Boosting,XGBoost）为基学习器的EvoBagging集成学习超短期风功率预测模型。经验证该模型对比单一模型预测误差平均减少5%，能够对超短期风功率实现高精度预测。
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  新型跨季节分区储热水池储/释热性能研究

  赵宏鹏, 刘永旭, 姜铁骝, 杨光, 李盼, 胡鹏飞, 李琪, 刘忠彦

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 33-41. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-05-0033-09

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  规模化跨季节储热技术能够有效解决新能源供热冬夏热量不平衡的难题。文中提出了一种将储热水体分格储存控制的新型跨季节分区储热水池，运用数值模拟方法对两种不同储/释热模式下储热水池的散热效果和全年热效率进行了计算和对比分析。研究结果表明：两种储/放热模式下，该储热水池都能够保持较高的全年热效率。模式2采用“后储先放”的策略，虽然放弃了各别分区的热效率，但保证了至少一半分区都在较高的热利用率下工作，储热水池整体全年的热效率能达到88.25%。模式1的储热水池全年的热效率为87.55%，虽略差于模式2，但能保证整个供暖季热水的温度的稳定。
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  基于串联电压补偿控制的低电压治理方法研究

  王诗清, 陈刚, 刘一涛

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 42-49. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-05-0042-08

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  为解决现有针对农村电网末端低电压所设计的串联电压补偿装置经济性较差问题，设计了一种基于串联电压补偿控制的低电压治理方法。在考虑了负荷电压的静态特性的影响下，将线路有功损耗和各节点平均电压偏差两指标进行归一化加权作为目标函数，提出了选取补偿装置的位置和容量优化配置方法。选取某地区实际电网末端低电压线进行仿真测试，结果表明该方法可有效解决农网末端的低电压问题。
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  面向园区最优用能的分布式光伏及储能容量配置方法

  林沛昕

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 50-56. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-05-0050-07

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  “双碳”背景下，园区用能呈现清洁低碳的趋势，分布式光伏和储能规模化发展能够优化园区用能结构和成本。如何优化资源配置，实现园区经济绿色用能，是当前研究热点。文中将重点研究园区内分布式光伏和储能容量优化配置需求，从用能成本角度出发研究了分布式光伏和储能的优化配置方法，以年度用能成本最低、电网变异系数最小为目标，采用改进自适应权重粒子群算法建立双层优化模型，提出面向园区最优用能的分布式光伏及储能容量配置方法。选取某园区用能场景开展实例应用，验证模型选取和优化算法的可行性和有效性。
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  基于并网逆变器控制的配网电能质量治理模型

  杨婧暄, 张驰

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 57-62. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-05-0057-06

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  随着分布式电源广域多点接入配网，导致配网电能质量问题凸显。分布式电源通过并网逆变器接入配网，对并网逆变器的优化控制可提升电能质量的源端改善效果，并可以充分挖掘逆变器剩余容量的调控潜力，因此文中提出基于分布式电源并网逆变器控制的配网电能质量多目标优化模型。首先，分析分布式电源逆变器在保证发电质量的同时，其可调容量的量化模型；然后，根据配网分区电能质量评估结果，建立并网逆变器控制参数优化模型，提出基于逆变器控制的电能质量多目标优化方法；最后，通过仿真算例验证所提方法的有效性。结果表明，采用文中所提方法，配网谐波和不平衡得到了明显抑制，补偿效果明显，是未来新型配电网电能质量优化的有效手段。
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  基于关键响应特征的新能源电力系统频率稳定特性解析与评估

  张泽栋, 刘铖, 姜明磊, 周书宇, 张宇驰

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 63-72. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-05-0063-10

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  新能源高比例并网导致电力系统惯量降低、电网频率时空分布特性愈加复杂，亟待明晰新场景下电网频率稳定判别。首先，通过对新场景特性的分析，选取能够反映频率时序特征的变量；然后，运用皮尔逊相关性分析和特征层次聚类降维，筛选出与频率高度相关且易于测量的变量，作为关键响应特征量；其次，根据这些关键特征量与频率的响应特征关联曲线，研究其在系统稳定和失稳状态下的变化规律，并构建频率判据。该判据不仅能够判定系统是否稳定，还可以识别故障机组；最后，通过某实际电网算例验证该方法的有效性。
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  数据驱动的新能源电力系统静态电压安全评估方法研究

  乔鑫悦, 王丽馨

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 73-79. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-05-0073-07

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  针对大规模新能源接入后电力系统电压安全问题突出、快速评估困难的问题，文中以电力系统广域相量测量系统（Wide Area Measurement System, WAMS）为数据平台，在具有完备数学基础的无功电压灵敏度及分叉理论的基础上，建立了基于自然摄动的电力系统静态电压评估指标体系，根据WAMS获取的自然激励下的同步无功及电压响应数据，采用最小二乘法拟合计算无功电压灵敏度，并引入加权平均值算法对一段时间内的灵敏度结果进行统计，以提高拟合后的无功电压灵敏度准确性和可靠性。在DIGSILENT/Power Factory仿真平台上搭建了含风电场的IEEE 10机39节点系统，利用时域仿真生成同步响应数据，对比不同运行情况下的灵敏度拟合结果与实际无功裕度，验证了文中静态电压安全评估方法的有效性。
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  面向分层分级碳排放核算的输电导线低碳优化策略

  许成昊, 朱文卫, 潘柏崇, 车伟娴, 龙彦良, 王殿彬, 关文旭

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 80-86. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-05-0080-07

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  为探讨输电节能导线的新建与改造策略，通过对比分析铝包钢芯（高导）铝绞线、铝合金芯（高导）铝绞线、中强度铝合金绞线、钢芯高导铝绞线及铝合金芯型铝绞线五种导线在实际工程中的应用，结合导线节能原理，评估了不同电压等级（±800kV直流、500kV交流、220kV交流、110kV交流）下的输电导线投资运行成本及其节能效果。研究结果显示，铝合金芯型铝绞线在经济性上表现最优，能够在较短时间内通过节能收益覆盖改造成本与新建成本。进一步分析表明，线路长度、年度利用小时数及碳价格是影响成本收益平衡点的关键因素。因此，采用铝合金芯型铝绞线进行输电节能改造，不仅能有效减少电能损失和碳排放，还能带来显著的经济收益，促进输电系统的可持续发展。
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  基于数据挖掘技术的电动汽车充电安全监测与故障预警方法研究

  顾兵, 李泽昊, 王小林, 赵梓潼, 金圣权

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 87-93. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-05-0087-07

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  在实现碳达峰与碳中和的目标过程中，为实现环境友好型、能源节约型发展，电动汽车开始登上舞台。伴随市场上电动汽车保有量快速增长，由电动汽车所引发的安全问题也开始逐渐显露。电动汽车的自燃和火灾事故屡见不鲜，无论是对于汽车生产厂商、消费者、还是充电设备的经营者都造成了严重的经济损失，甚至会造成生命危险。电动汽车的充电安全问题已然开始制约着电动汽车行业的发展。文中从恒压恒流充电方法出发，通过对电动汽车充电故障原因的分析，提出了基于高斯分布的离散点检测数据挖掘预警方法。离群点检测法的特点是可以从一组数据集中有效的判别出具有差异显著的数据。电动汽车充电过程中会产生大量数据，通过获取正常充电下的数据，得到正常充电状态的高斯分布模型，运用离群点检测法，判断电动汽车充电是否处于危险状态，并及时对充电故障进行预警。实现对电动汽车充电过程实时监测与预警，实验证明了离群点检测法对于电动汽车充电安全预警具有良好的可行性与准确性。
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  基于改进经验小波变换与双端行波判据的低压直流电缆故障定位方法

  董墨庭, 刘鸿鹏, 张书鑫

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 94-100. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-05-0094-07

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  为提高低压直流电缆故障定位精度，文中提出了一种改进的经验小波变换（Improved Empirical Wavelet Transform,IEWT）与改进双端行波故障判据结合的方法。该方法首先利用双端行波法获取电缆两端的电流信号；然后利用IEWT将电流信号分解为各级本征模态函数（Intrinsic Mode Function,IMF）并重构，对分解后的IMF分量进行筛选以有效避免模态混叠现象的出现；最后利用峭度规则检测筛选得到的IMF分量，并通过改进的双端行波故障判据计算确定故障点的位置。仿真结果表明，该方法具有较高的定位精度和可靠性，能够满足工程实践的要求。
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  考虑灵活性资源互济的虚拟电厂集群优化调度策略

  王琦, 董洪达, 贺子谦, 聂凡杰, 刘晓军

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 101-111. https://doi.org/10.19718/j.issn.1005-2992.2024-05-0101-11

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  针对虚拟电厂集群（Virtual Power Plant Cluster,VPPC）运行过程中灵活性资源利用率低下所引起的系统运行灵活性不足问题，文中提出考虑灵活性资源互济的虚拟电厂集群优化调度策略。首先，基于VPPC与电力现货交易市场之间的交易关系，构建计及灵活性资源互济的VPPC交易模式。在此交易模式下，进一步分析源-荷不确定性场景下VPPC运行灵活性供需关系，并建立VPPC灵活性互济服务费用结算模型；其次，深入研究参与灵活性互济服务对下层各虚拟电厂间能量互动及上层集群经济运行的影响，构建了兼顾多主体利益的主从博弈双层优化模型，并采用基于Kriging元模型的主从博弈均衡算法模拟各虚拟电厂运行情况、制定虚拟电厂集群能量互济价格；最后，通过算例分析验证所提方案不仅能够使集群运营商赚取互济服务盈利，还降低了各虚拟电厂运行成本，大幅提高了系统整体的运行灵活性。
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  支撑新能源电力系统电压稳定的分布式调相机优化配置研究

  王凯平, 姜明磊, 孙圣轩, 朱蒙, 佘新, 郑慧聪, 冯帆

  东北电力大学学报. 2024, 44(5): 112-120. https://doi.org/10.19718/i.issn.1005-2992.2024-05-0112-09

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  高比例新能源电源并网会导致电力系统电压具有波动性和随机性，从而使系统电压稳定性降低。新能源场站中，分布式同步调相机作为一种关键的无功补偿装置，对于增强系统电压稳定性具有显著作用。但是在当前的新能源电力系统中，如何以经济合理且可靠的方式配置这些分布式调相机，尚需深入探索。为此，文中提出了一种注重电压稳定性约束的新型分布式调相机选址与定容方法。首先，通过评估系统的静态电压稳定指标来指导调相机的最佳安装位置选择，确保所选位置能够最有效地提升系统电压支撑能力；其次，在选址确定的基础上，以最小化投资成本和最大化系统运行可靠性为目标，合理规划调相机的容量配置；最后，通过实际算例分析验证，这种方法不仅经济高效，而且为新能源电力系统的稳定运行提供了有力保障。