投资成本

2016年2月，国家发展改革委《关子“十三五”期间实施新一轮农村电网改造升级工程的意见》中明确指出，到2020年，全国农村地区基本实现稳定可靠的供电服务全覆盖，供电能力和服务水平明显提升，农村电网供电可靠率达到99.8%，“十三五”规划纲要明确提出要实施农网改造升级的重大工程，南方电网公司“十三五”期间将投资1300亿元用于农村电网改造升级，国家电网新一轮农网改造总投资超5200亿。 随着配电网的快速发展，规模的日趋扩大，供电区域内种植树木的不断增加，严重的腐蚀、乌害请多因素的影响，运行中不可避免地出现人为或自然的故障，如遭受外力的破坏、相间短路、断线等故障越来越频繁，影响了配电网的安全运行。目前配电网架空线路绝缘化改造较为广泛的方式为更换绝缘导线，更换绝缘导线不仅需要架设新的杆塔，还需要较长的停电时间，工程量大，投资成本高，施工不便，特别是山区、丘陵地区、丛林区施工难度尤为困难，跨江、跨河、山谷等特殊地形无法更换绝缘导线。架空线路绝缘包覆机器人可以在原架设的线路上，将绝缘涂料均匀包覆在架空裸导线上，实现配电网裸导线绝缘化改造，大幅度缩短停电时间，降低施工成本，节约人力物力。

近年来，随着光伏，储能等分布式电源设备价格的大幅度下降，分布式电源已经成为保障配网可靠性的重要手段。以云南地区为例，部分电网末梢地区，供电半径大，远超设计标准，地形复杂，架设配网线路困难。为保证村村通电的号召，架设配网线路，一方面投资成本大，末端用户用电量少，经济性不合理，另一方面线路维护成本高，且末端存在低电压等现象，资产利用率低下的问题。因此，利用分布式或微网技术，为线路末端地区进行供电，可以有效提升线路的可靠性，更能够降低配网线路改造的成本。报告对于利用分布式技术对于配网进行支撑提出了解决思路及面临问题。

随着能源耦合的发展及我国碳市场的不断完善，传统电力需求响应已不满足双碳背景下多能耦合的综合能源系统(integrated energy system, IES)发展现状。为提高IES的综合需求响应(integrated demand response, IDR)能力，建立了考虑碳市场与电−氢储能的园区−用户双层模型。其中上层模型为考虑电−氢储能投资成本、碳市场履约成本及电/气/热多能耦合的IES模型；下层为包含可转移、可削减电热负荷的用户模型。然后引入运营商作为园区管理者，以运营商净收益最大、用户成本最小为目标函数，构建了运营商−用户主从博弈框架。最后算例仿真分析了碳市场环境下园区的需求响应效果，以及园区碳排放强度对IES系统碳排放的影响，并配置了不同情况下园区的电−氢储能，结果验证了所建双层模型及其互动方法的有效性。

随着高比例新能源新型电力系统的灵活性需求增加，制定灵活性资源市场运营机制实时平衡大规模新能源出力波动性和不确定性十分重要。为此，文中提出一种基于按需比例分配机制的风光火氢协同规划方法。首先，制定风/光场站和氢储能系统的三阶段协调运行策略，根据按需比例分配机制进行风/光场站间功率交易，协调风电场和光伏电站的收益和支出，由火电和氢储能系统提供运行灵活性，采用固定利润比例模型保证氢储能系统的收益稳定性；然后，综合考虑投资决策和运行模拟，将功率交易成本和灵活性资源调节成本纳入优化目标，建立以风光为主体电源，以火电和氢储能为辅助电源的多时间尺度协调规划模型；最后，以中国东北某省级电网为算例进行分析。结果表明，采用文中所提方法进行电源规划可以兼顾经济性和环保性，降低灵活性资源需求和投资成本，提高风/光场站的功率利用率。

项目研究成果具有完全自主知识产权，共申请发明专利30项，获授权16项，发表论文19篇，获软著3项。相关科技成果经中国电机工程学会鉴定为国际领先水平，项目研究成果获多项电力系统内一等奖。 项目实现了以标准带动应用，以应用催生市场，从市场创造需求，由需求引导技术创新与进步的完备“垂直域”生态圈，项目实施后在电力系统全面推广应用，指导变电站网络规划设计、工程建设、设备选型、运行维护、质量监督等工作，推动自主可控交换芯片及交换机产品研制及应用，近3年相关产品产生经济效益超13亿元，利润超2.5亿元，实现变电站网络设备100%国产化，相比进口设备节约投资成本约40亿元。

充分利用可再生能源是我国实现助力“双碳”目标的重要保障，然而，由于集中式光伏处于沙漠地区，光伏电能输送成为制约光伏发展的瓶颈问题。运输电池技术作为输送电能途径可为现有沙漠电能输送提供新的选择。首先，从沙漠集中式光伏输电方式的角度，重点讨论了现有的沙漠光伏输电的实际运行情况，分析了电池运输技术的工作原理；然后，整理了传统沙漠光伏输电和运输电池技术在投资成本、输电容量及应对沙漠气候能力等方面的差异；最后，论述了运输电池技术具有建设成本低、应对沙漠气候能力强等优势，以及存在的局限性。

虚拟电厂通过先进的通信、计量、控制等技术聚合不同的灵活性资源，实现资源综合协调优化控制，是提高电网安全水平、降低用户用能成本、促进新能源消纳的重要措施。而基于云服务的计算框架将虚拟电厂优化调度的求解转移至云端服务器完成，在降低本地计算压力和计算资源投资成本的同时也带来了新的隐私安全问题。为了应对云计算过程中云端服务器与园区之间信息交互存在的隐私泄漏风险，文章研究并提出了面向云服务的虚拟电厂优化调度过程中基线计算环节的信息伪装机制，利用基于线性映射的信息伪装算法将原优化问题的参数及变量信息进行伪装，在有效保证云端模型求解正确性的同时，可靠地保护园区数据隐私。通过对算例优化结果以及信息伪装特性的分析验证了所提模型和方法的有效性。

台风会对配电网系统造成严重影响，制定架空线路的防风加固规划方案至关重要。为提高配电网抵御自然灾害的韧性，提出一种计及台风灾害全过程模拟的配电网差异化加固规划韧性提升方法，通过模拟台风登陆至消亡时刻全过程实时风况信息，对各线路实施差异化加固。首先，利用狄利克雷过程混合模型(dirichlet process mixture model, DPMM)聚类算法提取典型台风登陆场景，结合风暴轨迹模型和Batts风场模型模拟实时台风移动路径和台风风场，计算配电网线路实时故障概率。然后，结合台风场景模拟结果和不同设计风速标准下的差异化的架空线路故障率，建立以多等级线路加固年投资成本、台风过境过程中失负荷成本、停电损失和维修成本最小为目标的双层随机规划模型，并利用Benders分解算法进行求解。最后，以改进IEEE33节点系统为例，对所提方法有效性进行了验证。

高渗透率可再生能源并网加剧了配电网运行的波动性和不确定性。为提高配电网灵活性和抗干扰能力，提出了含高渗透率可再生能源的配电网灵活性供需协同规划方法。根据系统运行灵活性供需关系，定义灵活性评价指标。进而提出配电网灵活性供需协同规划策略，建立考虑季节特性的配电网灵活性资源双层优化配置模型。上层以投资成本和灵活性不足率最小为目标，制定灵活性资源配置方案。下层考虑需求侧对季节性电价激励的响应程度进行有功-无功联合优化，实现对配电网日内多场景时序运行的最优调度。为求解该双层混合整数非线性规划模型，采用二阶锥松弛对潮流方程进行凸优化，进而利用KKT条件将双层模型转化为单层混合整数二阶锥规划模型进行求解。算例仿真结果表明，该方法有效提升了配电网运行灵活性和稳定性，为分布式可再生能源规模化并网等相关工程提供决策参考。

交通运输产生的碳排放是城市碳排放的主要来源之一，而城市充电站规划中较少考虑交通碳排放因素。对此，提出了一种考虑低碳交通约束的电动汽车充电站优化配置方法。首先，基于充电站候选点划分区域碳排放测算网格，在此基础上考虑充电站位置、容量等因素的影响并建立网格化交通碳排放模型；然后，建立综合考虑碳排放量、交通能源结构、交通电力能源清洁度以及充电站使用率四个因素的低碳交通指标体系，量化分析充电站规划方案对交通碳排放的影响；之后，以低碳交通指标为约束条件，兼顾经济性和节能减排，建立考虑交通碳排放因素的双目标优化配置模型；最后，通过某地区案例对所提方法进行仿真验证，结果表明，考虑低碳交通约束的优化配置方法可以在不增加投资成本的同时有效降低城市各区域交通碳排放水平。