计及碳配额与电量协同的双链耦合交易模型

电力系统低碳转型要求“多线出击”,仅依靠消纳高比例新能源难度日益增大，只有做到电、碳多元发展，才能实现全链条优化。在综合考虑碳配额与电量之间的关联度、匹配度和相对自由度等协同关系的基础上，研究“源网荷”各环节的各主体参与碳配额和电量的协同交易模式，构建碳配额与电量的双因素交易场景模型；结合具备弱中心化、分布式交易等特征的区块链技术与电碳市场构建的天然吻合性，研究碳配额交易链与电量交易链的耦合交易模型；以源端火力发电厂和清洁能源电厂为例，提出了双链下省级区域内各电厂间碳配额和发电量指标的交易模型架构。通过智能合约，将基于粒子群算法的多目标搜索优化算法进行程序化的脚本运行，实现对发电量指标交易模型的仿真和验证，同时对碳配额交易模型进行可行性分析，证实了所提交易方案的适应性和有效性，为电碳市场的构建提供参考。     

基于双碳目标的智慧能源体系构建

习近平总书记关于“碳达峰、碳中和”系列重要部署为推动气候环境治理和可持续发展擘画出宏伟蓝图、指明了道路方向。阐述了在未来40年先后实现碳达峰、碳中和目标过程中我国能源行业面临的艰巨任务,分析了“双碳”目标下能源转型的主要短板弱项,从智慧能源体系的演进路线、主要特征和对能源转型的支撑作用3个方面介绍了“双碳”目标下能源转型的路径措施,建议将着力构建支撑“双碳”目标的智慧能源体系作为能源转型的重要方向,并提出了具有操作性的实施路径。     

虚拟电厂关键技术及参与电力市场模式设计研究

为应对环境污染的持续加剧和化石燃料的日益短缺,推进落实“双碳”目标、构建现代能源供应体系,以风电、光伏等可再生能源在系统中的并网比例不断提升,给新型电力系统建设带来了挑战。然而,可再生能源发电具有间歇性和波动性,且接入位置分散,增加了电力系统安全稳定运行的难度。虚拟电厂的提出为解决可再生能源、保障能源安全、维持电力系统稳定问题提供了新思路。本文阐述了虚拟电厂的基本架构,并从市场运营技术、协调优化运行技术、物联网技术等3个角度分析了虚拟电厂的关键技术。并从平台层级、多流合一等角度介绍了虚拟电厂市场交易结构,并分析了虚拟电厂参与辅助服务、中长期、现货等多级市场模式,为我国虚拟电厂参与电力市场的建设与发展提供借鉴。     

新形势下智慧“能源 + 双碳”服务平台的建设与应用

为顺应国家能源革命和“双碳”战略目标,积极响应关于建立完善绿色低碳技术评估、交易体系和科技创新服务平台的整体要求,开展了新形势政策下的智慧“能源+双碳”服务平台的研究与开发。以区域智慧能源服务平台为研究基础,依托能源大数据应用,从政府、企业、交易市场三方视角,聚焦碳资产全过程管理,开展智慧“能源+双碳”服务平台的建设工作。平台通过汇聚海量能源信息,结合大数据、人工智能等先进技术,研究碳核算方法、计算方法及预测方法并形成标准算法模型,构建碳监测体系、碳评估体系、碳排放预测体系,构建“双碳”能源数智产品,为政府提供“碳监测”辅助能碳管理、为企业提供“碳分析”指导节能降碳、为交易市场提供“碳核证”优化资源配置,推动社会经济的绿色高质量发展。     

考虑氢能绿证的电-氢综合能源系统机会约束优化调度

随着“双碳”目标的提出，氢能产业迎来重要的发展阶段，氢能生产、运输、存储的关键技术不断突破，电力网络和输氢网络之间有望呈现深度耦合。基于输氢网络的详细模型，提出了一种电力系统和输氢系统联合优化调度模型。考虑电制氢的绿证效益，构建计及绿证交易的电-氢综合能源系统日前调度模型；在确定性模型的基础上，采用机会约束处理风电波动带来的不确定性，构建电-氢综合能源系统的机会约束优化调度模型；通过算例测试验证所提模型的有效性，研究绿证价格和机会约束对调度结果的影响，并分析电制氢机组参与平抑波动的情况。     

电-碳-配额制耦合交易综述与展望

近年来，面对全球气候问题及传统化石能源匮乏带来的挑战，各国陆续提出节能减排和鼓励可再生能源发展的战略目标。碳市场、可再生能源配额制是实现碳减排和促进可再生能源消纳的重要市场手段。作为CO₂排放主要责任主体，电力系统低碳绿色转型是助力“碳达峰、碳中和”目标的关键环节，电-碳-配额制耦合将有利于更大程度上促进CO₂减排与可再生能源消纳。首先，分析了电力市场与碳市场、电力市场与可再生能源配额制之间的交互机理；其次，从交易机制设计、交易优化、市场交易技术等角度归纳电-碳-配额制耦合交易的研究现状；再次，阐述了碳市场及配额制的国内外实施现状与机制，反映各国减排政策环境；最后，梳理了当前国内电-碳-配额制耦合机制建设面临的挑战和堵点，对电力市场、碳市场与配额制协同发展提出展望，以期为我国耦合交易机制建设提供参考，助力“双碳”目标的实现。     

面向能源互联网数字孪生的电力物联网关键技术及展望

随着“碳达峰、碳中和”目标与以新能源为主体的新型电力系统的提出,能源技术与数字技术进一步深度融合,电网加速向能源互联网演进。构建能源互联网及其数字孪生系统对电力物联网技术提出了更高要求,也极大拓展了电力物联网的内涵和外延。该文主要围绕如何构建面向能源互联网数字孪生系统的电力物联网,分析其面临的两大科学问题：物理数字融合建模与电网资源协同互动,提出电力物联网体系架构和安全防御机制,研究“端–边–管–云–智”等多层级的关键支撑技术,包括精准感知与高效通信、高并发接入与海量数据管理、融合建模与趋优进化等技术,最后从设备、电网与用户三方面展望电力物联网支撑下的电网业务智能化典型应用。     

新型电力系统电-碳-绿证市场协同运行的区块链关键技术

新型电力系统是构建新型能源体系和实现“双碳”目标的基础支撑,电力市场、碳市场、绿证市场协同运行是实现新型电力系统市场化运行的必然路径。为此,提出了电-碳-绿证市场协同运行的区块链关键技术体系。首先,提炼了电-碳-绿证市场协同运行的体系架构,从产品、主体、政策3个角度分析了市场间的协同运作情况。其次,构建了基于区块链技术的市场运行体系：建立了一个统一的积分认证机制来衔接电-碳-绿证市场之间的交易标的物;结合区块链技术的智能合约确保交易的透明和可靠性;将共识机制结合积分认证应用于协同市场,确保参与方之间的一致性以及协同性;通过跟踪电力的来源去向,构建了电-碳-绿证溯源模型来确保电力数据的准确性。最后,提出建设电-碳-绿证体系建议,聚焦于政策、技术、试点三方面为新型电力系统市场化运行提供辅助决策。     

国际电工委员会《以新能源为主体的零碳电力系统》白皮书解读

构建以新能源为主体的零碳电力系统是助力全电社会转型、实现全球清洁低碳能源体系的重要手段,也是实现“双碳”目标的重要支撑。文中对国际电工委员会出版的《以新能源为主体的零碳电力系统》白皮书进行解读。首先,介绍了白皮书发布背景,阐述了零碳电力系统所需的关键技术及面临的挑战;其次,总结了零碳电力系统领域标准化框架;最后,对零碳电力系统中涌现的新技术标准方向进行了讨论。构建体系化的零碳电力系统国际标准将为电力系统安全运行提供有力支撑。     

特约主编寄语

<正>当前,气候变化形势日趋严峻、环保约束刚性不断增强,世界能源格局正发生深刻变化。2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会上宣布中国的二氧化碳排放“力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。双碳目标下,我国减排任务艰巨,必须构建清洁、低碳、安全、高效的新型能源体系,加快向以可再生能源为中心的能源系统转型,加速能源系统深度脱碳进程。在此背景下,亟需开展低碳综合能源系统关键技术研究与实践,为当前及未来发展低碳综合能源系统提供理论支撑和技术参考。     

泛在电力物联网在智能配电系统应用综述及展望

构建泛在电力物联网作为支撑建设坚强智能电网以及能源互联网的重要内容，对保障电网弹性安全运行、实现异质能源友好接入、服务用户精细化用能具有重要意义。配电网作为电力系统连接产－销两端关键中间环节，依靠泛在电力物联网技术将全面提升其深度感知与精细控制能力，促使配电网由传统的“源→荷”单向供能模式向“源荷”双向能量流动模式转变，并赋予配电网能源数据共享、服务提供的新型角色。文章从泛在电力物联网基本概念、体系架构、典型功能、关键技术，以及泛在电力物联网在配电系统中的典型应用等方面进行综述，并对泛在电力物联网未来的发展和挑战进行讨论。     

基于LPWAN的泛在电力物联网

高比例的可再生能源接入、电力市场化改革和"互联网+"智慧能源的快速发展需要大量的数据支撑,并实现物理、商业、信息的广泛互联、智能互动。关键步骤之一是建立泛在电力物联网(Ubiquitous Power Internet of Things,UPIoT),实现电力系统中人与物、物与物、人与人之间随时随地通信。首先介绍了UPIoT的发展背景与基本概念、主要的低功耗广域网络(Low Power Wide Area Network, LPWAN)技术,然后以LoRa物联网解决方案为例介绍了基于LPWAN的UPIoT的体系架构及性能。最后探讨了UPIoT的应用前景,并指出了UPIoT需重点研究和解决的两个特殊问题,即:低压电力线载波通信(PLC)和强电磁干扰环境下的信号处理。     

用电信息采集系统窄带物联网可行性研究

窄带物联网(NB-IoT)是新型的物联网技术,具有广覆盖、低功耗、低速率、大连接的特点,有望应用于包括用电信息采集业务在内的多种电力业务场景。根据用电信息采集系统基础架构与现行的用电信息采集通信技术,结合窄带物联网在燃气表与水表的试点性能测试,深入分析了窄带物联网在用电信息采集系统中应用的可行性及应用方式,得出了用电信息采集系统中适用于窄带物联网的部署场景与方式。同时提出了一种针对窄带物联网的性能监测方法,监测指标包含接收灵敏度、同频干扰与临频干扰,为未来窄带物联网通信设备性能监测设备开发提供了依据。     

智能变电站自动化与保护核心IEC标准的进展与分析

近年来,对智能变电站深入研究、推广应用促进了国内外各项技术的标准化进程。基于泛在电力物联网标准体系的研究背景,首先综述了智能变电站自动化与保护技术国内外标准化工作现状;其次阐述了IEC框架下变电站自动化与保护技术的标准构成,详述并分析了其3个核心标准的体系架构及关键技术的进展,其中,IEC 61850包括配置语言、信息模型、服务映射、网络通信,IEC 60255包括保护开入/开出数字化、传输时延、同步相量测量,IEC 61869包括总体技术要求、中压低功率互感器、数字接口与合并单元。最后从体系架构、信息模型继承、功能标准制定、全维度信息安全、国内外标准一体化研制等5个方面提出了相关建议。     

吉瓦级电化学储能电站信息架构与安防体系综述

信息架构与安防体系是吉瓦级电化学储能电站安全稳定运行的根本保障.文中针对吉瓦级储能电站的信息架构与安防体系,总结了现有技术的不足并提出展望.首先,研究了吉瓦级储能电站的通信结构以及电站监测数据的特性.其次,对现有的储能电站状态评估方法进行对比分析,探讨吉瓦级储能电站状态评估技术,研究电站故障预警以及消防技术.最后,对吉瓦级储能电站信息架构与安防体系的技术发展方向提出建议.     

规模化分布式能源参与大电网安全稳定控制的机制初探

碳达峰、碳中和目标驱动能源结构转型,规模化分布式能源(DER)并网将成为一个突出问题.为保障大电网安全稳定运行、支撑可再生能源可持续消纳,探索DER参与大电网安全稳定控制的形式,提出基于虚拟电厂(VPP)的交互机制.首先,分析双碳目标下电力系统的衍变过程,剖析其安全稳定运行所面临的挑战.其次,阐述VPP的定义、组成结构和功能特征,揭示其整合海量异构型DER以与大电网友好交互的内涵.然后,构建基于多代理技术的VPP分层调控架构,提出其内部运行及参与大电网安全稳定控制的机制.最后指出,VPP是新型电力系统消纳高比例可再生能源的新型技术形态,该领域有若干技术问题需要重点关注.     

考虑多维性能衰减的储能电池系统运行可靠性评估方法

储能电池系统的发展是推进“双碳”目标的关键所在，伴随而来的却是储能电站的安全隐患，亟需对储能电池系统的可靠性进行准确评估。为此，提出考虑多维性能衰减的储能电池运行可靠性评估方法。首先，提出了基于高斯过程的储能电池性能衰减过程电压特征量分布计算方法，计算充放电循环过程中电压特征量的概率分布，为刻画电池性能衰减提供了重要维度。然后，提出了基于多维通用生成函数的储能电池系统运行可靠性评估方法，通过电压特征量和容量的概率分布计算储能电池单体的可靠性。进而定义可考虑储能电池拓扑连接情况的串并联关系函数，计算储能电池系统整体的可靠性。最后，基于NASA储能电池数据的算例仿真表明所提方法能够实现储能电池系统可靠性的精准评估。     

考虑CVaR的“新能源+储能”电厂日前市场投标策略

双碳背景下我国正积极构建以新能源为主体的新型电力系统，大力推进电力市场化改革。大量新能源电厂无序上网将会对电力系统的安全稳定运行带来巨大压力，也不利于其作为独立主体参与市场化竞争。将“新能源+储能”电厂作为价格接受者，以“报量不报价”的形式参与电力现货交易。采用随机优化方法构建新能源出力场景、日前及实时出清电价场景，采用K-medoids方法将数量众多的场景转化为数量有限的概率化确定性场景。以日前收益最大为目标，考虑条件风险价值并计及不平衡惩罚费用，建立“新能源+储能”电厂参与日前市场的最优投标策略模型并求解。最后，以某风电厂的历史出力数据以及现货市场电价数据开展数值仿真，仿真结果验证了所建投标策略模型的有效性。     

考虑阶梯型碳交易的风光储联合系统分布鲁棒优化调度

在“双碳”目标下，风、光等清洁能源的渗透率将不断提高，针对其发电具有不确定性给电力系统带来的调度难题，提出了风光储联合系统的两阶段分布鲁棒优化调度模型。为了减少系统的碳排放量，引入了阶梯型碳交易。模型中，第一阶段根据预测信息使系统的运行成本最低，第二阶段使用基于数据驱动的Wasserstein距离来构建出力误差的模糊集。并使用仿射策略对模型进行调整，使系统在满足模糊集中最恶劣分布的情况下，使调整成本最小。最后，使用了强对偶原理把模型转化为等效混合整数线性优化模型。通过算例分析及对比，验证了考虑阶梯型碳交易可以显著减少对传统机组的使用，以及分布鲁棒优化模型的适用性和优越性。