“双碳”目标下我国电力系统灵活性资源发展策略研究

大力发展新能源是实现“双碳”目标的重要途径,但新能源的随机性、波动性和间歇性特点给电力系统供需平衡及稳定性带来严峻挑战,亟需发展多元灵活性资源来保障系统的安全稳定运行。本文综述了我国碳中和目标下电力需求及电源结构发展路线的相关研究情况,深入分析了不同风光发电量比例下电力系统对灵活性调节的不同需求,并从高峰能力(充足性)、爬坡灵活性、稳定性、惯性4个方面阐述了未来所需要的“源网荷储”各类灵活性资源特性;结合国际经验,提出了保障安全、低碳发展、经济最优的灵活性资源发展原则,并在分析我国灵活性资源发展存在问题的基础上,提出了与我国电力行业减排目标和中长期电力结构变化趋势相一致的灵活性资源发展路线;最后从电源、电网、负荷、储能、市场机制5个方面提出了发展灵活性资源的重点举措。

棒电极直径和端部形状对短空气间隙交流击穿电压的影响研究

空气间隙交流击穿特性试验常采用棒棒、棒板电极作为试验电极,目前棒电极直径、棒端部形状对空气间隙交流击穿电压的影响尚不清晰。为此,用直径2 cm、1 cm的圆棒和直径1 cm的尖棒搭建棒棒、棒板电极,开展5~40 cm短空气间隙下的交流击穿试验,研究棒电极直径和端部形状对空气间隙交流击穿电压的影响。结果表明:在试验棒电极直径和端部形状范围内,空气间隙距离5~20 cm时,各棒棒或棒板电极空气间隙击穿电压相对偏差在5.93%~33%之间,随着空气间隙距离增大,棒电极直径和端部形状对棒棒、棒板空气间隙击穿电压的影响逐渐减弱;空气间隙距离大于20 cm时,各棒棒或棒板电极空气间隙击穿电压相对偏差均小于5%。研究认为,空气间隙距离超过20 cm时,棒电极直径和端部形状对棒棒、棒板空气间隙击穿电压无影响。

碳边境调节机制下近零碳制造体系建设研究

在国家“双碳”战略目标、欧盟碳排放交易体系改革的双重驱动下,我国制造业实施节能、减污、降碳协同增效,尽快实现低碳和零碳转型,成为关注焦点和发展亟需。本文重点探讨了欧盟碳边境调节机制(CBAM)对我国制造业的影响,基于此梳理了近零碳制造体系的概念特征,从关键技术、计量基础、市场驱动力等主要维度出发,详细阐述了近零碳制造体系的核心内容。分别从产品制造、电力供应两方面,提炼了近零碳制造体系的技术发展方向,建议形成“源网荷”碳计量系统以细化碳排放责任;借鉴国外碳市场发展经验并分析我国碳市场发展格局,在理论层面探讨了未来我国碳市场构建路径以促进近零碳制造体系发展。提出的近零碳制造体系实践方案,可为深化“双碳”背景下我国制造业高质量发展、开展CBAM背景下我国制造业低碳转型建设研究提供先导性和基础性参考。

电力人工智能的演变与展望——从专业智能走向通用智能

新型电力系统快速发展背景下,海量多源异构信息与多类型业务深度耦合,电力系统运行面临着强复杂性、随机性等挑战。同时,加快构建灵活智能的新型电力系统是能源发展的重要战略,亟须形成具备智慧性、自适应性、安全性的电力人工智能技术体系,推动新型电力系统智能化转型发展。文中对电力人工智能技术的演变过程与研究现状进行回顾总结;分析了以预训练多模态大模型为基础的新一代电力人工智能(AI EPS)的技术框架、原理与关键技术方法;提出了电力大模型技术在电力系统感知预测、调控决策与运行规划等场景的应用方案;阐述了基于电力大模型的电力人工智能面临的技术难点与应用瓶颈。最后,对电力通用人工智能技术应用进行了总结与展望。

复合绝缘子交流盐雾闪络的可见光判据研究

绝缘子闪络事故一旦发生,严重危害电网安全运行。为探索放电检测和电弧发展成闪络预警的新方法,采用图像处理技术研究复合绝缘子交流盐雾闪络过程中不同阶段的电弧演化特性,提出复合绝缘子表面放电和电弧发展成闪络的可见光判据。首先进行10 kV复合绝缘子交流盐雾闪络试验,拍摄黑暗背景和明亮背景下的电弧演化视频,接着分析并发现局部电弧发展阶段和临闪阶段的电弧熄灭重燃特征差异,最后提出用放电像素数作为可见光图像放电程度评估参数,并通过图像处理技术提取不同背景下各阶段电弧演化过程的放电像素数时间序列。结果表明,放电像素数能准确反映绝缘子表面放电状态,放电像素数时间序列与各阶段电弧熄灭重燃规律高度匹配,可将放电像素数不为0和放电像素数时间序列谷值不为0分别作为复合绝缘子表面放电和盐雾闪络的可见光判据。

小型化GIS隔板绝缘子电场优化设计

为解决小型化SF_(6)气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear,GIS)沿面闪络频发的问题,以交流220 kV GIS隔板绝缘子为研究对象,基于电场设计准则、沿面闪络事故原因分析和电场的有限元分析计算结果,提出小型化GIS隔板绝缘子的电场设计中场强控制的关键点。研究发现:①目前GIS绝缘件的电场设计准则没有考虑两因素对沿面绝缘的影响,一是SF_(6)气体中沿面闪络电压比气体间隙击穿电压分散性大,二是特快速瞬态过电压对附着金属微粒盆式绝缘子沿面的绝缘威胁比标准雷电过电压大;②为提高盆式绝缘子的沿面绝缘强度,不仅要优化电场分布使得放电不沿面发展,还要降低微粒积聚区域的电场强度提升沿面的金属微粒容错性;③盆式绝缘子具有较好的金属微粒容错性,更适用于金属微粒较多的开关气室,相比之下,平盘绝缘子更适用于金属微粒相对较少的母线气室;④在沿面电场强度校核中,盆式绝缘子需重点关注绝缘子凹面电场强度最大值,平盘绝缘子则需关注沿面接地端电场强度最大值;⑤在内绝缘校核方面,2种绝缘子均需要关注内嵌电极表面电场强度的控制。

GIS密封圈老化诊断与寿命预测方法研究现状

作为气体绝缘输变电设备技术领域中的重要部分,现有的气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metalenclosed switchgear,GIS)密封圈老化诊断和寿命预测方法已不能满足当代电力工业关键零件可靠性的需求,新形势下也迫切需要以新的框架来回顾该领域的研究现状,启发新的研究思路。该文首先分析GIS密封圈压缩老化因子、热老化因子和化学老化因子的水平、分布及作用。在此基础上,回顾GIS密封圈加速老化试验从试样的热空气老化,逐步发展到充入SF6气体的完整O形圈老化等多因子老化试验的过程。然后,综述GIS密封圈机械性能表征、理化特征及气体泄漏特征3个主要方面,特别指出在大气/绝缘气体异相介质作用下GIS密封圈具有明显的非均相老化特征。最后,回溯硫化橡胶密封圈寿命预测方法在数学模型和失效判据两方面的研究成果。该文可为学术和工程研究提供一定基础性参考。

多级多分支配电线路雷击故障定位方法

针对监测终端受多级多分支配电线路负荷小,无法布置在线路末端导致监测范围小的问题,以及雷击次级分支时缺乏有效识别方法的现状,提出一种适用于多级多分支配电线路的雷击故障定位方法。首先通过电流极性判断矩阵识别监测区段内外故障,并针对区段外故障采用改进型双端行波定位方法进行故障定位。然后,针对监测区段内故障,基于改进型双端行波原理形成故障支路判断矩阵实现一级多分支线路的故障定位,而针对多级多分支线路,需要先采用矩阵变换将多级多分支变换为一级多分支线路。最后,PSCAD/EMTDC仿真结果表明,该方法可以有效定位监测区段外故障,并能有效定位多级多分支配电线路中次级线路雷击故障,扩大分布式监测系统的监测范围,对于示范线路目前的布点方案,将监测范围扩大了57.46%。

冰风荷载作用下架空线路脱冰跳跃风险评估方法

本文提出了一种用于评估架空线路在冰风荷载作用下脱冰风险的方法。通过仿真获取不同脱冰模式下的竖向冰跳高度、横向摆幅和端部动态张力的变化数据,进而计算输电线路相间最小间隙、冲击倍数、悬垂线夹最大不平衡张力及耐张绝缘子串的安全系数。结合这些参数,定量分析了放电、断线、线夹损害和绝缘子串损坏的风险,并输出了综合风险评估结果。此外,本研究引入阶跃函数来模拟脱冰和风荷载,提出了计算脱冰线路最小相间隙的新方法。以中国南方某110kV架空线路为例,验证了该方法的有效性。结果显示,C相导线脱冰导致张力大幅下降,竖向跳跃高度和横向摆幅分别达1.84m和11.6m,耐张串和悬垂线夹的不平衡张力分别高达44kN和85kN,暴露出电气和力学方面的风险。该评估与实际事故相符,证明了方法的准确性。

分层集群的新型电力系统运行与控制

新型电力系统的发展必将导致电力系统形态的重大调整。随着可再生能源渗透率的不断提升、电力电子设备的广泛应用,未来电力系统容纳的电源与负荷种类将不断攀升,运行与控制的复杂度也将急剧升高。首先,描述将大规模电力系统划分为多层级的含分布式资源集群的小规模电力系统的新形态。各个资源集群皆具有电力供给、消纳及功率交换的能力,并尽量实现集群内的发用功率平衡和自治优化运行。其次,提出分层集群的新型电力系统的3层网络(能量网络、信息网络、价值网络)架构及整体研究思路。在能量网络层面,提出分层集群的新型电力系统的技术特征和形态结构,并介绍我国当前的相关政策支持;在信息网络层面,在介绍新型电力系统分布式感知和信息融合问题后,重点探讨集群智能与协同控制理论、技术在新型电力系统(特别是频率控制)中的应用;在价值网络层面,介绍分布式资源端对端交易、虚拟电厂等新型交易机制和商业模式等。最后,从复杂系理论和多学科交叉研究的角度探讨新型电力系统的前沿研究方向。

换流站交流滤波器避雷器压敏电阻冲击老化特性及应用研究

某±800和±500 kV换流站中的交流滤波器(AC filter,ACF)断路器频繁投入及合闸相角过大等因素,使得ACF避雷器频繁遭受冲击电流作用,而频繁的高幅值冲击电流可能加速ACF避雷器内部氧化锌(ZnO)压敏电阻老化进而威胁换流站的安全稳定运行。因此,该文首先结合实测及仿真提出应用于ACF避雷器全新ZnO压敏电阻冲击老化试验中的冲击电流波形和幅值;其次,开展负极性15/35μs不同幅值冲击电流下全新ZnO压敏电阻样品的加速老化试验,观测了样品微观结构、直流U-I特性和运行电压下泄漏电流及其阻性分量等;最后,基于上述试验结果及退运ACF避雷器拆解实验,该文提出了ACF避雷器从工艺到运维的系统性建议:压敏电阻应降低孔隙率以及尽量使孔隙分布均匀,在预防性试验中应考虑外施直流电压极性问题,以及可采用泄漏电流阻性电流二次谐波特性作为承受单极性冲击的ACF避雷器在线监测中的老化准则。

面向高比例可再生能源消纳的电力市场建设及研究进展

完善的电力市场可在电力资源配置方面发挥决定性作用,是保证各类市场主体开展活跃的供需互动、促进可再生能源消纳的关键机制;针对性开展电力市场中影响可再生能源消纳因素的综合性分析,也是相关应用研究亟需。本文重点考虑全时间尺度下促进可再生能源消纳相关的交易机制,概述了国外典型电力市场结构及运行情况,梳理了相应电力市场结构及机制中促进可再生能源消纳的关键影响因素;围绕可再生能源消纳的多维关键影响因素,深入分析了我国各类市场结构和不同机制的建设现状,归纳出促进可再生能源消纳电力市场建设面临的挑战。从电力市场与碳市场、绿证市场耦合机制,可再生能源参与的中长期、现货交易及其衔接机制,面向高比例可再生能源的辅助服务市场,面向高比例可再生能源消纳的需求侧响应机制等方面,梳理了我国相关电力市场的学术研究进展。研究建议,实施多市场协同运作、中长期及现货交易衔接、辅助服务市场建设、需求响应机制建设等重点举措,支持面向高比例可再生能源消纳的电力市场建设。

面向新型电力系统的微型电场传感技术

高度数字化是新型电力系统的重要特征,需要构建广域、分布式电网深度全景信息实时采集的传感网络作为其支撑。电场信息是电力系统中的基础物理量。电场测量可以应用于电压反演、设备监测、雷电预警、电磁环境监测等应用场景。传统电场测量方法,如场磨式电场测量仪等,往往体积大、成本高,无法适用于电场测量节点的灵活与广域布置。微型电场传感器是一类基于微加工工艺制备的小尺寸、高性能电场测量设备,对于电场测量的数字化、小型化、灵活化需求具有关键意义。该文介绍不同原理微型电场传感器的发展现状,同时列举微型电场传感器的典型应用场景,并对电场传感器发展所面临的挑战进行总结与展望,指出新型电力系统中电场测量面临的挑战与未来发展趋势。

不同拓扑柔性直流配电系统过电流理论计算方法适用范围

柔性直流配电系统是接入新能源、促进分布式能源发展的重要技术手段,其过电流计算是限流方案设计、设备选型、保护策略等的研究基础。具有普适性的精确理论计算方法可以简化和指导过电流的大量电磁暂态仿真。因此,文中开展了放射状和环状柔性直流配电系统极间短路故障下典型过电流理论计算方法的误差原因、影响因素和适用范围的系统性分析。首先,分别分析放射状柔性直流配电系统中过电流的解析计算方法和环状柔性直流配电系统中过电流的数值计算方法,提出了理论计算方法产生误差的根本原因是线路模型误差和公共线路耦合等。然后,在不同拓扑结构下,分析限流电抗器、线路型式及线路长度等因素对过电流理论计算误差的影响。最后,针对不同工况,提出了不同拓扑结构的柔性直流配电系统过电流理论计算方法的适用范围。

SF_(6)废气无害化降解研究综述

在“双碳”背景下,SF_(6)无害化降解是实现故障、退役气体回收减排的有效途径。该文总结热(催化)降解、光催化降解与等离子体降解3种主流方法及新兴降解技术的研究进展,并且从降解速率、能量效率以及产物调控3个角度剖析各类技术的内在缺陷与工业化应用潜力,讨论SF_(6)降解产物的理化性质及其回收处理方法。综述研究表明,已有的降解技术难以满足我国电力工业中复杂多样的降解需求,在降解指标平衡、降解需求差异化响应、降解产物回收与经济性、处理标准与评估机制以及行业指导政策等方面仍存在诸多问题。在未来,多手段协同降解方法、反应器设计与处理流程优化以及SF_(6)降解反应机理的研究将是潜在的发展方向。

含高比例气象敏感可再生能源电网日前调度时间颗粒度优化

调度计划的时间颗粒度指调度计划中每个时段长度.随着气象敏感可再生能源占比的提高,调度时段内电网净负荷的波动性显著增强,造成系统爬坡能力不足、频率异常等风险.因此,不同可再生能源渗透率下时间颗粒度的设置成为当前迫切需要解决的问题.提出基于全局灵敏度的日前调度时间颗粒度优化方法,采用Sobol′方法和多项式混沌展开的全局灵敏度方法量化不同时间颗粒度下净负荷波动性、不确定性对优化调度影响,在精细化程度和负荷预测准确率之间取得一种平衡,选择合适的时间颗粒度使优化调度效果最优.分析和仿真结果表明:时间颗粒度的选择主要由净负荷波动率决定,依据净负荷波动率选择合适时间颗粒度,使得不平衡功率最小化,可达到提升优化调度效果和降低调度成本的目的.

界面缺陷加速高温硫化硅橡胶在酸热环境下的老化开裂研究

高温硫化(high temperature vulcanized,HTV)硅橡胶(silicone rubber, SIR)具备优良的憎水性和抗污闪性能,并作为复合绝缘子的护套被广泛用于输电线路的绝缘装置。护套与芯棒间的界面状态是决定复合绝缘子长时间稳定运行的重要因素,而界面缺陷会严重影响复合绝缘子运行的可靠性。为此设计了含不同尺寸界面缺陷的HTV硅橡胶–环氧玻纤试样板,分别在80℃水、硫酸和硝酸溶液下进行人工老化。结果表明:经80℃硝酸溶液处理4 d后,含界面缺陷的试样表面出现大量裂纹,且随着老化时间增长其表面裂纹逐渐扩大。而无缺陷试样在相同老化条件下8 d后表面仍保持光滑。结合微观形貌结果与理化性能检测分析,裂纹是由缺陷试样的界面应力引起的。此外,经过80℃硝酸溶液处理后,含缺陷试样的拉伸性能和介电性能相比于无缺陷试样均显著下降。80℃硝酸溶液处理8 d后,试样抗拉强度和断裂应变分别从4.58 MPa和470%下降到2.07 MPa和130%。同时由于裂纹加速水分入侵导致缺陷试样在102~104Hz的频率范围内出现了新的介电损耗峰。该研究通过对含人工界面缺陷的HTV硅橡胶进行酸热老化,探究了在酸热应力下,界面缺陷加速HTV硅橡胶的老化开裂机理,可为今后研究复合绝缘子护套的开裂机理及相应的老化特性提供理论支持。

排管集群敷设电缆热评估模型优化研究

针对IEC 60287方法在计算排管集群敷设电缆导体温度时计算精度不足的现象,开展排管集群敷设电缆的热评估模型优化研究。首先,针对管道内有填充介质的单根排管敷设电缆,提出基于形状因子法的填充层热阻计算方法。然后,结合排管集群敷设电缆的散热特征,建立以不同负荷为输入量的排管集群敷设电缆导体温度表征函数,实现对不同负荷情况下排管集群电缆导体温度的准确求解。随后,通过搭建实验平台和基于实验条件的有限元仿真模型,验证优化模型计算排管集群敷设电缆导体温度的准确性。最后,基于仿真结果和优化模型评估不同填充介质和不同管道材质对排管集群敷设电缆载流能力的影响。所提出的考虑电缆间互热效应的热评估优化模型能够更准确地模拟排管集群敷设电缆的热行为,并且填补了IEC计算标准对于管道内有填充介质情况下排管敷设电缆导体温度计算的空白,在计算不同填充介质和不同管道材质下的排管集群电缆载流能力时都有较高的精确度。

智能电网与能源网融合的模式及其发展前景

互联网技术与新能源技术将推动新一轮能源革命,智能电网与能源网的融合在"互联网+"的推动下催生了新一代绿色高效的能源利用体系。文中提出了智能电网与能源网可能发展的3种不同的融合模式:智能电网2.0、互联能源网和互联网+能源网,阐述了不同融合模式的形态特征,分析了不同融合模式的形成约束条件与应用场景。最后指出,不同的融合模式是智能电网与能源网融合在不同时间阶段或不同地区发展的主要代表性形态,分布格局存在时空差异性,并受到相关支撑技术发展、不同地域环境资源的差异、宏观政策导向等因素制约。

纤维素气凝胶骨架负载SiC提升环氧复合材料非线性电导特性与热力学特性

掺杂SiC颗粒的聚合物材料可以表现出优异的非线性电导特性,并广泛应用于电场梯度材料。然而,由于非线性复合材料中填料含量较高,优异的非线性电导特性以牺牲机械特性为代价。因此,如何在极低SiC填充量下实现非线性电导特性和机械特性的协同优化对实际工程应用而言尤为重要。该文首先利用硅烷偶联剂对SiC进行表面改性,然后在纤维素气凝胶骨架上成功实现自组装,并通过真空辅助浸渍法制备了非线性电导环氧复合材料,实现了其导热性能、机械性能和非线性电导特性的协同提升。研究结果表明:该复合材料在极低SiC填充量下(体积分数4.47%)表现出优异的非线性电导特性,且不同SiC体积分数下纤维素气凝胶骨架负载的SiC/环氧复合材料可以大大拓宽开关场阈值的范围。在体积分数10.58%下,该复合材料阈值场强为2.49 kV/mm,非线性系数为4.54。同时,导热特性和动态热机械特性测试表明,由于相互连接的3D结构,新型复合材料储能模量提高约100%,交联密度高达15.9×10^(–3 )mol/cm^(3),热导率提升至0.69 W/(m·K)。该方法为制备具有优异热力学性能的电场梯度复合材料提供了新的思路。