在“双碳”目标下，山东省将进一步加快能源转型步伐，建设新型电力系统。然而，在山东省新能源快速发展的同时，新能源消纳问题日益凸显。以山东电网为分析对象，开展新能源消纳关键措施研究。分析了山东新能源消纳现状，总结了新能源消纳问题的机理，在此基础上归纳影响新能源消纳的关键因素。针对这些关键因素，系统性地提出了促进新能源消纳的各项措施。以山东电网2025年规划数据为基础场景，利用时序生产模拟方法对这些措施进行量化分析，为合理制定新能源消纳措施提供决策支撑。

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化石能源非能利用的消费量和碳排放量呈现逐年上升态势，对全球2 ℃温控目标的影响逐步显现。首先，分析了全球化石能源非能利用的基本原理、现状和趋势、关键技术，以及基于基本化工品的化石能源非能利用消费量和过程碳排放核算方法。结果表明，化石能源非能利用具有一定的固碳作用，化石原料中50%～70%的碳元素将长期存储在塑料等终端化工产品中，但是化工产品废弃物管理不善将导致这些存储的碳元素外泄。其次，设计了基准情景和低碳情景，并运用对数回归拟合法对基本化工品和化石能源非能利用的需求量进行预测。结果显示，基准情景下，2050年基本化工产品需求将超过10亿t。最后，建立了化石原料需求预测的成本最小化模型。结果显示，基准情景下，2050年化石能源非能利用需求将超过20亿tce，2017—2050年的年均增长率为1.4%。低碳情景下，2050年化石能源非能利用需求相对于基准情景下降23%，天然气将加速成为主要的化石能源原料，以氢能和生物质为原料的低碳化工技术迅速发展。

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天然气压力能是一种新兴清洁能源，对其进行高效利用是节约能源、降低碳排放的有效手段。目前，天然气压力能回收利用中存在用能模式单一、评估指标片面以及评估方法缺乏等问题，导致天然气压力能利用率低，运行效益和系统不足无法被准确评估，行业发展受阻。首先，提出了天然气压力能综合利用方案，使用透平膨胀机回收压力能发电，降压过程中产生的冷能用于制冰，并加入太阳能热水系统提高出站气温度，提高能源利用效率。其次，基于分析模型并考虑经济性和环保性构建了压力能利用系统运行效益评估指标体系，对系统的运行状态进行全面、综合的评估。然后，建立了层次分析法-反熵权法综合评价模型，解决了指标之间相互影响、含义交叉的问题，提高了指标权重的判断精度。最后，通过对案例调压站评估可得，该调压站在运行中主要存在装置故障率高、系统稳定性差以及经济效益不显著等问题，评估结果验证了评估方法的有效性，为压力能利用系统的运行优化提供了理论支撑。

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海上风电经长距离高压交流海底电缆接入电网，海底电缆容升效应显著，容易引起工频过电压，同时电力电子器件和线路电容引起的谐波谐振问题也严重影响着电网电能质量，因此进行海上风电场无功配置时应充分考虑过电压和谐波谐振问题。针对上述问题，建立了海上风电场谐波模型，对海上风电场的谐波模态阻抗进行扫描，继而分析海上风电场的谐振特性；然后研究了海上风电场无功特性，计算各种发电出力水平和并网点电压下的风电场无功缺额；接着以降低综合成本为目标，以静态电压稳定裕度、最小补偿容量、谐波谐振及过电压为约束，进行海上风电场无功优化配置；最后通过Matlab/Simulink仿真验证所提方法的有效性。

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张北可再生能源柔性直流电网工程投运以来，交直流系统中数次出现次、超同步振荡问题。对2022年某日振荡发生时现场录波采集到的交直流振荡波形数据进行分析，录波数据分析表明，交流侧的次同步（43.75 Hz）、超同步（56.25 Hz）振荡，在dq坐标系下均表现为6.25 Hz振荡，同时在直流电压和直流电流中也出现了6.25 Hz的振荡频率。初步判断振荡发生的原因是：风电场功率快速变化时，站间骤然变化的直流电压引起了直流电流发生振荡，直流电流通过直流通路造成MMC子模块电容电压产生振荡，最终通过MMC基本运行原理耦合到了交流系统。最后，通过电磁暂态仿真对风电柔直汇集系统次、超同步振荡产生原因进验证。

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级联H桥型电力电子变压器（power electronic transformer with cascaded H-bridge，CHB-PET）是柔性变电站的重要组成设备之一，在直流配电网中具有重要作用。当CHB-PET低压直流侧发生双极短路故障后，故障电流上升速度快且幅值较高，易导致电力电子器件迅速闭锁，使低压直流电网保护难以准确获取故障信息。针对CHB-PET低压侧多分支直流配电网，提出一种基于PET分步闭锁的故障穿越策略。当检测到PET低压侧直流系统故障后，首先闭锁PET输入级及隔离级的低压H桥换流器，延迟3 ms后再闭锁隔离级的高压H桥换流器，分步闭锁可为PET低压侧多分支线路保护提供短时故障信息，进而可利用分支线路两端电流极性特征识别区内外故障，定位故障分支线路。最后，通过PSCAD/EMTDC仿真实验，验证了适用于直流配电网故障选线的电力电子变压器分步闭锁方案的可行性和有效性。

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为提升远海风电对称双极柔性直流送端交流系统单相接地故障和两相短路故障工况（第一类故障）下的功率输送能力，以及三相接地故障工况（第二类故障）的交流电压稳定性，提出海上换流站协调控制策略。首先分析了第一类故障的过电压和极间环流产生机理，以及第二类故障的交流电压失稳机理。在此基础上，提出了功率平衡控制策略和输出有功电流策略。第一类故障下定电压控制极采用限压策略，功率平衡控制策略抑制极间环流，增大定电压控制极的功率，减少了交流电压控制器响应时间，提升了功率输送能力。第二类故障工况下，定电压控制极切换为交流电流控制模式，定功率控制极的输出有功电流策略抑制电压相量幅值和相位变化，解决了交流电压失稳的问题。最后，基于PSCAD/EMTDC搭建远海风电柔性直流送出系统仿真模型，仿真结果验证了所提控制策略有效性。

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针对特高压直流闭锁等原因造成的受端电网频率严重跌落问题，提出一种储能紧急频率控制策略。首先，建立储能参与紧急频率控制的数学模型。其次，对于大功率缺额后发电机组惯性响应不足问题，提出了改进的频率变化率（rate of change of frequency，RoCoF）下垂控制策略以提高储能的惯量支撑，根据储能比例分配系数实时调节储能虚拟惯性及下垂控制出力；惯性响应阶段以RoCoF下垂控制为主、虚拟惯性控制为辅，抑制系统频率变化率；结合频率调节需求和储能系统出力特点提出不同区域的调频策略，并通过模糊控制量化处理区域控制偏差及荷电状态不确定性，提高储能系统频率控制的精度。最后，以某电网实际算例仿真验证了所提方法的有效性和工程实用性。

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针对单体电池串联成组使用时出现不一致性的问题，提出了一种基于双向DC-DC变换器的串联电池组主动均衡电路。使用双向DC-DC变换器将单体电池中的高能量输送到能量低的单体电池中，无需额外的存储组件来存储和传送能量，减少了能量损失，提高了均衡效率。根据电池开路电压（open circuit voltage，OCV）与荷电状态（state of charge，SOC）之间近似分段线性的关系，采用以电压和SOC双变量作为均衡策略，通过相互实时修正电压均衡和SOC均衡，使得电池组间能量动态趋于一致。最后通过搭建由4节单体电池组成的均衡电路实验平台，对提出的均衡电路和均衡控制策略进行有效性验证。

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大容量试验是检验电力装备性能，保障装备安全可靠运行的重要环节。现有的大容量试验回路主要依靠人工操作，存在流程复杂、效率低且易出错的问题。针对大容量试验回路智能化控制的难题，研究建立了冲击发电机单电机短路模型和双电机并联短路模型，分析了发电机短路特性，结合典型大容量试验回路设计了一键顺控方案，提出试验回路一键顺控操作流程。通过对发电机短路模型和大容量试验回路系统的仿真，验证了所建发电机短路模型的正确性及大容量短路试验一键顺控方案的合理性。

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