随着全球对可持续能源需求的增加，能源存储技术成为实现绿色能源转型的关键。超级电容器作为一种重要的电化学储能器件，凭借其优异的快速充放电能力、较高的功率密度和长循环寿命，在消费类电子、电网调频、轨道交通、电动公交、军事和航空航天等领域展现出广泛应用前景。本文主要综述了超级电容器的三种基本类型：双电层超级电容器、赝电容超级电容器和混合型超级电容器，分析了它们的储能机理及电极材料，重点介绍了锂离子电容器的发展及其分类。此外本文还介绍了超级电容器的新型器件及应用；对比锂离子电池，分析了锂离子电容器在安全特性方面的显著优势。

熔盐储热利用液态盐温度升高吸热和温度降低放热实现热量的储存和释放。储热使用的熔盐一般是两种以上无机盐按照一定比例混合形成的共晶混合盐，具有液体温域宽、温差大、储热密度大和寿命长的优势。熔盐储热一般用双罐液体显热储热方案，具有储热释热换热器/电加热器进出口参数恒定、取热流体出口温度与热盐罐温度接近、控制简单等优势，在光热发电、火电厂储热调峰、熔盐直接/热泵储热发电、熔盐储热供热供汽、压缩空气储能压缩热储存等领域具有广阔的应用场景，是一种低成本、大容量和长寿命的长时储能技术。熔盐储热的关键技术与难点是低熔点、高分解温度、低腐蚀、低成本、热稳定好的混合熔盐及其复合储热材料的研发、大进出口温差熔盐换热器和高电压熔盐电加热器的研发、熔盐储热耦合新型能源系统的集成调控和优化。目前，全球已有三十多座集成大容量储热的光热电站投入商业化运行（总装机容量超过了300万kW），最长的熔盐储热光热电站已经成功运行18年，近几年在中国，华能魏家峁、国信靖江、华能海门、华能德州等相继建成了一批火电厂熔盐储热调峰示范工程。同时也在河北、北京、浙江等地相继建成了数座熔盐储热供热供汽示范工程，辽河油田建成了电热熔盐储能注汽试验站。目前，北京工业大学已经成功开发了熔点在100~160 ℃、分解温度在560~740 ℃的系列低熔点、宽液体温域混合熔盐优化配方，并已在熔盐传热储热工程中得到了规模化长时间使用。浙江绿储、华源前线等公司相继研发成功了高电压熔盐电加热器。

太阳能热发电具有大规模、低成本和高安全的长时储能电站功能，后端采用汽轮发电机组发电，能够发挥煤电机组对电网的支撑调节作用，具备作为绿色低碳基础保供电源的潜力，是实现新能源安全可靠替代传统能源的有效手段，是增强电力供应的安全性和灵活性的有效支撑。为使社会全面了解太阳能热发电技术和产业现状，促进太阳能热发电行业进一步发展，本文对2025年我国太阳能热发电行业发展情况进行了梳理，包括太阳能热发电技术概述、市场发展情况、太阳能热发电示范项目运行情况、产业链情况、太阳能热发电技术研发情况、太阳能热发电技术经济性、太阳能热发电的碳减排，最后提出了太阳能热发电发展建议。

构建以新能源为主体的新型电力系统，是实现国家“双碳”能源战略目标的基础。大型抽水蓄能电站（界定为总装机容量≥1 200 MW）作为新型电力系统消纳新能源重要单元，迎来前所未有的迅速发展，抽水蓄能技术的角色发生重大转变，技术参数也向着大容量、高水头、宽负荷等高参数发展。本文首先简要介绍了抽水蓄能电站的基本原理，并重点分析了国内外大型抽水蓄能电站（总装机≥1 200 MW）的发展现状与挑战；然后，聚焦于高参数抽水蓄能机组（界定为单机容量≥300 MW或水头>700 m或负荷变幅>40%），探讨了其（机组级）关键技术（如超高水头水力设计、大容量结构强度、宽变幅控制策略）的研究进展，分析了现阶段研究不足和存在的需要攻克的关键技术问题；最后，结合我国当前现状，提出了涵盖大型电站系统集成与高参数机组核心技术的重点研发方向，以及大型抽水蓄能电站关键技术快速发展的建议，为我国抽水蓄能技术发展提供理论指导，助力国家双碳目标实施。

20世纪80年代，瑞典在国际能源署框架下率先建成兆瓦级跨季节储热系统，使该技术风靡全球。实证表明，跨季节储热可消除大型太阳能供热系统的源-荷失配，提高太阳能保证率与供热稳定性，并将热价降至与燃煤接近。对中国而言，该技术对缓解能源供需矛盾、提升可再生能源利用效率具有战略意义。2017 年以来，中国跨季节储热进入快速成长期：一批高水平应用基础研究和技术示范相继落地，推动储热成本下降较快。本文系统梳理 40 余年发展脉络：首先解析“集热-储热-释热”能量链；继而归纳显热、潜热与热化学三种储热方式，并详述关键材料，特别是防渗材料、储热体、换热器、系统集成与智能调控技术；最后对一些代表性项目进行介绍分析。展望未来，长寿命低成本太阳能跨季节储热将在北方城镇清洁供暖、工业园区供热及农业烘干领域实现千万平方米级应用，为中国“双碳”目标提供范式。

基于固体重物的重力储能技术因其不依赖水资源、站址和重物资源丰富、效率高、零自放电率等优势有望成为未来缺水地区重要的储能技术之一，可以很好地满足新能源电力系统对储能技术的需求。但由于固体重物的离散性和不可流动性，重物装卸和加减速过程中会出现功率波动，会同时对机械传动和电网系统造成一定影响，另外，当前重载升降机械在功率、效率和稳定性方面尚难以满足储能系统需求，本文首先介绍了固体重力储能技术的原理和分类，并凝练出需要解决的共性关键科学和技术问题，进一步分别针对竖井和地面构筑物、山体斜坡三种重力储能型式，介绍了重载提升、自动接驳和水平转移、并网及功率平滑等核心关键技术的国内外研究现状和工程应用现状，最后对不同重力储能技术的未来发展趋势进行了展望。

随着海上风电、潮汐能发电等海上新能源的快速发展，适用于海上新能源送出场景的新型储能技术需求亦变得愈发迫切。其中，水下压缩空气储能因其具有清洁环保、安全高效等特点，受到广泛关注。为此，本文首先介绍了水下压缩空气储能系统的基本原理与技术特征；其次，分类梳理了目前国内外水下压缩空气储能系统的代表性示范工程及发展现状；之后，总结归纳了水下压缩空气储能技术面临的技术瓶颈与挑战，主要包括水下储气、储热以及锚固辅助运行等技术；最后，探讨了水下压缩空气储能领域需要重点关注的研究方向和关键技术。本文旨在为水下能源储存领域的研究提供参考与借鉴，促进海上可再生能源与储能技术协同发展。

二氧化碳储能技术作为高效、稳定、灵活、经济的新型储能技术，为我国新型能源系统建设提供有力保障，具有广阔的发展前景。本文首先介绍了二氧化碳储能的总体研究进展，之后说明了气液互转二氧化碳储能系统的基本原理及优势、工程应用和系统拓展思路，最后对二氧化碳储能技术的发展前景进行了展望，为后续进一步研究二氧化碳储能技术提供了思路和参考。

飞轮储能技术作为一种高效、长寿命的物理储能方式，能够有效应对新能源（如风能和太阳能）带来的电网波动性问题，是现代能源转型的重要组成部分。然而，飞轮储能的广泛应用面临着成本较高和转子疲劳寿命等技术挑战。本文综述了飞轮储能技术的发展和应用情况，重点分析了飞轮转子的设计优化与疲劳寿命分析。为了提高储能密度和降低成本，研究者在转子形状和结构优化方面做了大量工作，包括不同类型的圆盘型和圆柱型结构设计。转子在高速运转过程中频繁地充放电，导致应力变化，进而影响其疲劳寿命，因此，转子的疲劳寿命预测也是技术研究的重点。传统的基于应力应变的疲劳寿命预测方法在复杂加载和多轴疲劳条件下存在一定局限性，而近年来基于能量法、临界平面法以及神经网络等新型预测方法显示出了更强的适应性和精准性，尤其将传统方法与人工智能技术相结合的方式，极大提高了疲劳寿命的预测精度。综上所述，飞轮储能技术在材料、结构优化和疲劳寿命预测领域取得了显著进展，但仍需解决成本控制和长寿命设计等问题，以促进其在大规模能源存储和电网调频等应用中的广泛推广。

超导材料具有零电阻、抗磁性、电子隧穿效应等优良特性，用其作为电机转子或定子线圈材料可制成高温超导(HTS)电机。HTS电机凭借其高效率、低损耗及高功率密度技术优势，在大型风力发电机组、海上船舶电力驱动、电动航空推进系统等兆瓦级功率装备领域展现出重要的工程应用价值。本文首先概述了HTS电机的应用情况，包括HTS电动机、HTS发电机、HTS直线电机、特殊结构HTS电机以及HTS同步调相机，并介绍了国内外在HTS电机上的研究进展。其次，详述和总结HTS电机的关键技术，包括高温超导材料、低温冷却技术和失超保护。最后探讨了HTS电机在电机结构、超导材料、冷却技术、失超保护机制等方面的优化途径。

抽水蓄能是综合性能最优的规模化长时储能系统，将为以新能源为主体的新型电力系统提供重要支撑。然而，我国抽水蓄能站点资源严重不足，远远满足不了实际需求。同时，新能源的季节性出力波动较大，与电力负荷的季节性变化不匹配，对规模化跨季节储能的发展提出了更高的需求。鉴于此，近年来国内外开展了新型抽水蓄能系统的研究，致力于通过拓展抽水蓄能的资源和模式来解决上述问题。本文将新型抽水蓄能系统进行了定义和分类，并综述了新型抽水蓄能系统的研究和发展现状。

针对构网型静止无功发生器(SVG)采用虚拟阻抗与虚拟导纳控制时的异同，基于谐波状态空间方法建立SVG阻抗模型，分析其小信号稳定性，并通过仿真平台完成扫频验证。通过推导内环传递函数分析两种控制的相似等效条件，同时从小信号稳定性方面分析两种控制下构网型SVG的阻抗差异，以及对不同电网强度的适应性。最后，基于稳定性分析结果设计虚拟阻抗和虚拟导纳的取值。基于两种控制的差异，进一步对虚拟阻抗控制进行优化，提高虚拟阻抗控制在强电网下的稳定性。最后，基于RTLAB平台搭建硬件在环实验，验证本文理论分析和优化方法有效性。

温度对动力电池性能有着显著影响，其最佳工作温度区间为20~50 ℃。为了有效控制电池温升并预防热失控，基于储热技术的被动式电池热管理系统被证明为一种有效手段。然而，传统的无机或有机储热材料常因热导率较低而受限，因此提升其导热性能变得尤为重要。本文综述了利用碳纳米管、碳纤维、石墨烯以及膨胀石墨等材料增强储热材料热导率的研究进展。其中，膨胀石墨对有机物储热材料具有很好的吸附性能，并经过亲水改性后能显著地提升对水合无机盐储热材料的吸附能力，进而制备出膨胀石墨复合储热材料粉体。通过压缩处理，在这些复合材料内部能形成连续的碳材料导热通道，使得其复合储热材料的热导率相较于初始的有机物或无机物储热材料提升了10倍以上，远高于碳纳米管、碳纤维和石墨烯等碳基复合储热材料。通过在有机物/膨胀石墨基复合储热材料中引入天然橡胶形成柔性绝缘网络，可制备出膨胀石墨-天然橡胶双网络封装结构的柔性复合相变储热材料，这种材料能有效控制电池的温升并提高电池之间的温差一致性。水合无机盐/膨胀石墨复合储热材料不仅具备相变储热能力，还兼具化学储热功能，储热密度比相变储热提高了一个数量级，为抑制电池热失控提供了新的解决方案。展望未来，需要进一步研发兼具相变储热及化学储热功能的新型柔性储热材料，以满足电池在全温域范围内的热管理需求。

双碳战略下可再生能源高比例接入配电系统，同时带来电压越限、谐波超标、三相不平衡等电能质量问题。电力电子变换器构网技术使变换器具备主动调节能力，为解决电能质量问题提供了可行技术手段。本文聚焦高比例可再生能源构网变换器的电能质量提升技术及其调节能力评估等相关领域的研究进展。首先，从单体控制策略与集群运行技术两个层次阐述并分析了适用于电能质量提升的构网控制策略。接着，对构网变换器调节能力评估方法进行了阐述，梳理了可再生能源构网的惯量调节等评估方法。进而，归纳并总结了构网型变换器针对不同电能质量问题的解决方案。最后，对高渗透率配电网中构网变换器未来发展方向做出了展望。为高比例可再生能源系统电能质量提升提供理论支撑。

传统定值参数的虚拟同步发电机(VSG)控制策略在面对电网频率扰动和有功出力参考值扰动情况时，难以保持长期稳定运行。针对这个问题，本文提出了一种优化VSG多参数的自适应控制策略。该策略通过构建VSG数学模型及其自适应控制模型，采用指数型函数优化VSG的惯量和阻尼系数，并在此基础上引入双曲正弦(tanh)函数优化有功下垂系数控制，将其与角频率振荡过程进行综合考虑，实现了VSG多参数自适应优化控制。最后通过仿真分析与硬件在环仿真(HIL)实验证明本文所提策略能够提高对电网频率的支撑作用，增强系统稳定运行的能力。

为促进海上油气田的低碳转型，利用海洋新能源成为海上油气平台供能的重要发展方向。风力发电因其资源丰富、发电效率高等优点受到广泛关注。但风电的波动性和间歇性易引起系统频率波动，尤其在燃气轮机逐步退出的情况下，海上油气田电网的惯量和频率响应资源减少，大扰动下频率安全问题更加突出。针对高比例风电并入海上油气田电网的频率稳定和风电消纳问题，本文提出了一种构网/跟网型储能协同配置方法。分析了含构网型储能的系统频率响应特性，建立构网型储能、跟网型储能、燃气透平发电机组和风电机组模型，以日均成本最小为目标建立储能协同配置优化模型，考虑系统运行约束和以风电出力波动为扰动功率下的频率约束，采用凸包松弛法实现约束线性化，高效求解得到储能配置方案，并对配置结果开展储能衰减验证。算例分析表明，本文所提方法实现了构网型储能和跟网型储能的协同配置，显著提高了频率稳定性和风能消纳，降低了系统成本。

户用全钒液流电池储能系统在光-储一体应用中，由于间歇性供电、热备用和多重应用等操作下系统平均效率较低，能耗分布不均衡，能量损失经济性评估难度大。本文提出户用全钒液流电池能量损失动态评估方法，包含流动阻力、电池极化、离子交叉、支路电流和辅助热管理等损耗计算方法，并以10 kW全钒液流电池设备为测试研究对象，分析光伏接入的恒压、恒功率充放电模式下，多次充放电实验的电池各能量损耗参数随时间分布，建立损失评估的能量损失率与充电状态（SOC）/放电状态（SOD）的概率分布函数，评估户用系统长周期充放电循环过程中能量损失区间。结果表明，户用系统能量损失在26.6%~40.2%之间随SOC线性变化，长周期运行，流动阻力损耗占6%~7%区间，在SOC=25%附近损耗值最大；电池极化损耗占8%~9%区间，在SOC=85%附近值最大；离子交叉损耗占1%~2%区间，在充放电末期SOC=75%附近损耗值最大；支路损耗占4%~5%区间，在SOC=85%附近损耗值最大；夏季高温环境辅助热管理设备损耗占5%~6%区间，在SOC=25%附近损耗值最大。本文为分布式光储充场景全钒液流电池储能系统运行优化提供实验指导，实验数据为系统参数设计改进提供有效支持。

梅花触头电接触失效引起的过热故障是开关柜中的常见故障。传统的温度检测技术难以深入设备内部直接观察和测量开关柜梅花触头热点温度，利用机械接触压力预测梅花触头热点温度具有重要意义。本文通过梅花触头接触压力计算接触电阻，从而构建压力-电磁-热流多物理场耦合仿真模型，进而分析故障电流、环境温度和接触压力对梅花触头温升的影响；最后合理设计正交试验生成开关柜梅花触头样本数据库，利用多物理场耦合仿真数据作为训练样本建立支持向量回归模型对梅花触头热点温度进行预测。研究成果可为KYN型开关柜内的断路器梅花触头热点温度的准确预测和设备的智能运维提供理论依据和技术支撑。

机器人关节电机运行于高过载工况时，绕组端部短时高温升会危害电机绕组绝缘，对永磁电机运行性能及可靠性带来隐患。本文针对一台带有绕组端部环氧灌封结构的永磁电机在高过载工况下的瞬态短时高温升，提出了一种基于集总参数热网络（LPTN）法的瞬态等效热网络建模方法。该方法考虑了环氧比热容随时间的变化，并计及了各个节点的等效热容，采用有限差分法推导了瞬态温度迭代计算公式。采用所提出的模型及计算方法，针对样机4倍过载短时运行工况，分别计算了自然对流及绕组端部环氧灌封两种冷却方式下的瞬时温升特性，与计算流体力学（CFD）方法的仿真结果进行了对比验证；此外，采用所建立的模型分析了环氧热导率、过载时长占比对温度特性的影响。最终通过样机过载温升实验，证明了所提出瞬态热网络建模方法的合理性和瞬态温度计算方法的准确性。

不对称故障中构网型变流器面临暂态稳定与电能质量的矛盾，目前主要采用的基于指令切换的穿越方法难以解决功率二倍频抑制与电流不对称度削弱的问题，为此本文提出了一种多目标优化控制方法。首先，通过分析功率环控制参数改造机制，明确故障下指令与控制量合理设计是平稳穿越的关键；其次，综合修正对称故障下变流器的有功功率指令、电压指令及阻尼参数以提升它的暂态稳定性；然后，分析不对称故障对变流器暂态特性的影响，并基于对称穿越方法，通过检测负序分量额外投入角频率偏差积分反馈实现不对称故障的平滑穿越，同时采用模糊控制选择负序环节的电流指令实现二倍频抑制和电流不对称平衡的多目标策略设计。最后，仿真验证了该方法可提升故障穿越性能和兼顾电能质量的灵活度。

当前新能源发电系统普遍存在的波动性和低惯量特征导致电力系统频率稳定性下降，目前常用的直流电容惯性同步控制由于缺少阻尼环节在系统扰动的情况下易发生系统振荡。对此，本文提出一种适用于柔直受端构网型换流器的前馈阻尼策略，通过引入受端直流侧电压偏差以及阻尼系数组成前馈阻尼，补偿控制中缺少的阻尼环节；通过对比分析有无阻尼的构网型换流器小信号模型的惯量、同步系数及阻尼环节，证明了该策略能够为系统提供阻尼，前馈阻尼数学模型在物理意义上与同步机一致，弥补了已有研究方法在物理意义可解释性上的不足，便于参数匹配，适用于全频段，提高了模型的适应性。搭建了柔直并网系统仿真模型和实验平台，结果表明所提前馈阻尼控制策略能够在不同扰动情况下有效抑制系统振荡。

变压器作为电力系统的核心设备，温升是其健康状态的重要表征，变压器内部温度监测对电网的安全稳定运行具有重要意义。针对变压器内部难以布置分布式传感器进行温度直接监测的问题，本文提出一种基于变压器表面温度多点逆变换映射计算内部温度的推演方法。该方法直接构建变压器内外温度映射的矩阵逆问题模型，通过变压器电磁热流耦合有限元仿真数据进行逆矩阵求解，进而结合外表测点温度数据实现内部温度推演。本文通过多物理场仿真和搭建的D-800/35缩比变压器模型对多点逆变换模型进行有效性验证。结果表明，在较少的变压器表面测点温度输入下，该方法对变压器内部温度推演平均误差小于1 K，具有较高的精度和较低的计算复杂度，且对变压器内部温度推演速度快、无需传感侵入，可为变压器的温度监测和故障诊断提供理论支持和技术支撑。

针对直流受端系统网络强度的量化分析，本文通过对受端系统戴维南等效电路的推导，得到了短路比（SCR）关于网络结构参数的计算式。对戴维南等效电路功率传输进行分析，说明了SCR的取值与等值阻抗角、并网点电压和戴维南等值内电势间的相位差相关，讨论了一些极限情况下临界SCR的取值。构建了相角差指标评估受端电网的电压支撑能力，给出了相位差指标对受端系统网络强度进行划分的标准。分析了相位差指标与系统发电机内电势相位间的关系。通过算例对相位差指标评估受端系统网络强度的有效性进行了验证。

针对密度峰值聚类因截断距离人工设定导致的稳定性与检测精度不足问题，本文提出基于改进灰狼优化和密度峰值聚类的异常检测方法。通过改进混沌映射均匀初始化灰狼种群，设计非线性衰减收敛因子以动态平衡全局搜索与局部开发，并以戴维斯-波尔丁指数作为适应度函数自动优化截断距离实现参数自适应。对多个区域用电量数据进行实例分析并与主流的异常检测算法进行对比实验，结果表明受试者工作特征曲线下面积(AUC)较主流算法提升明显，验证了所提方法在检测精度与稳定性方面的显著优势。

为提升电力系统的供电质量和稳定运行能力，通常采用附加阻尼的方法抑制系统产生的谐波谐振。相较于无源阻尼，有源阻尼策略同样具有良好的谐波抑制效果，且具有低损耗、易实现等优点，近些年受到了广泛应用。但传统有源阻尼策略多采用固定控制参数设计，系统仍有可能在工况发生较大变化时产生谐波谐振问题。针对这一问题，本文基于混合补偿系统中由谐波补偿和谐振抑制构成的复合控制策略，提出了一种自适应附加有源阻尼复合控制策略。首先建立了混合补偿系统并联谐振等效模型，并分析了传统复合控制策略存在的不足；然后，在此基础上，利用二阶广义积分器-锁频环(SOGI-FLL)提取公共耦合点(PCC)谐波电压，通过谐波含量限制的方法来自适应调节谐振抑制控制器参数，设计实现了供电系统中的谐波谐振抑制；最后，通过仿真实验验证了所提方法的可行性和有效性。

为提升光伏功率预测的准确度和可靠性，本文提出一种基于改进灰狼优化算法（LGWO）、变分模态分解法（VMD）、粒子群优化算法（PSO）、长短期记忆网络（LSTM）组成的短期光伏辐照度预测模型。首先，通过LGWO对VMD关键分解参数K和α1进行优化构建参数优化模型，然后利用LSTM对VMD优化后分解的各模态参数进行预测。同时利用改进的PSO以均方根误差为目标函数，优化LSTM隐藏层数量、LSTM迭代次数、LSTM学习率等神经网络参数，最终实现模型预测准确性与可靠性的提升。最后，对甘肃地区某光伏场站出力建模并进行预测分析，结果表明对比传统的LSTM预测模型，本文算法对预测的准确度有较大提升。

针对台区传统电压调控速度慢、效率低的现实难题，提出了以电压越限、波动与不平衡综合治理为目标的多时间尺度电压反馈校正控制及其优化策略。首先建立了基于电压灵敏度的台区可调资源优先级评价机制，对电抗器组、储能以及柔性互联装置的电压灵敏度进行推导分析，并考虑多维权重特征，对可调资源的调节优先级进行综合评价。在此基础上，面向台区关键节点，结合所提多场景设备调节方案，从数据输入、电压预测和指令输出三个模块分析了多时间尺度电压反馈校正控制策略。进一步考虑到测量误差及未知扰动的影响，基于最优预测窗口的设计，提出了相应优化策略。

谐波电流会显著增加变压器绕组的谐波损耗和温升，因此量化分析谐波电流对变压器温度分布和热老化寿命的影响对于准确构建变压器寿命计算模型至关重要。本文开展了计及谐波电流影响的变压器绕组温度分布及油纸绝缘热老化寿命分析研究。首先，构建110 kV交流油浸式变压器电-磁-热-流场仿真模型，仿真分析变压器绕组在不同负载电流和谐波电流作用下的温度分布特性；其次，研究构建计及谐波电流影响的绕组热点温度量化计算模型，并开展试验验证；最后，研究提出计及谐波电流影响的油纸绝缘热老化寿命改进模型，量化分析谐波电流对油纸绝缘热老化寿命的影响程度。结果表明：绕组热点温度随负载率增大呈指数规律上升，随入口流速增大呈指数规律下降；工频电流作用下绕组温度仿真计算值与实测值误差百分比最大为1.06%，谐波电流作用下的热点温度仿真值与模型计算值最大相对误差为0.855%；绕组热老化寿命随着谐波电流频率和含量的增大呈指数形式下降,当250 Hz谐波电流含量从5%增大到30%时，绕组油纸绝缘热老化寿命减少百分比增至97.02%。本文为解决谐波影响下变压器温升检测和老化寿命评估提供科学依据。

特约主编肖立业研究员致开篇词：

以光伏和风电为主的可再生能源替代化石能源，是实现国家能源独立和“碳中和”目标的必由之路。2021年10月24日，《中共中央  国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出：到2060年，我国绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立，非化石能源消费比重达到80%以上。综合多方面的分析和预测，到2060年，我国电力总装机将达到100~110亿kW；其中，火电（含煤电、气电、生物质/垃圾焚烧发电）12~15亿kW、水电约6亿kW、核电约2亿kW、太阳能热发电1~2亿kW、风电15~20亿kW、光伏装机60~65亿kW，总发电量将达到22~23万亿kW·h，电力占能源生产的比重将超过80%，而最大电力负荷（储能系统用电除外）将达到约30亿kW。

   风电和光伏出力具有随机性、波动性和季节性的特点，光伏发电的出力还具有昼夜周期性。根据中国电力科学研究院郭剑波院士提供的数据，各省、各区和国家电网公司经营范围内，风电光伏某天最小日平均出力水平分别为3.6%、8.0%和10.7%；3天内最小日平均出力水平分别为5.9%、9.1%、11.6%。这就是说，即使考虑较大范围内的风光时空互补性，其最小置信容量也只有装机容量的10%左右，即2060年我国全国范围内风电光伏总的最小日平均出力仅为7.5~8.0亿kW。与此同时，风电和光伏的出力还具有强烈的短时不稳定性。例如，在出现快速云层遮挡时，某些光伏电站的出力可以在1 min内下降90%；风力观测数据表明，单个站点的风功率1  min内的波动值最大可达20%、10 min内的波动最大值达到了100%。此外，由于风电和光伏装机都是通过电力电子装置并网，因而不具备同步惯量。由此可见，以新能源为主体的新型电力系统中，新能源资源的不确定性、低惯量或无惯量支撑将对电网的电力平衡与灵活调节（调频或调峰）和安全运行带来巨大挑战。

   采用直流电网模式，虽然可以避免频率稳定性问题，但以新能源为主的直流电网的电压稳定性问题将成为新的挑战，且在无储能支撑情况下，直流电网内的潮流分布波动频繁，加之电力电子装置的频繁控制和快速响应，可能导致系统出现新的电磁振荡现象。此外，将交流系统全部改造为直流系统的代价也很大。因此，未来电力系统仍将以交流同步电网为主，直流电网虽有可能因地制宜地存在于电网之中，但仍将需要交流电网作为基础与支撑。

   为应对上述问题，迫切需要发展多种形式的储能系统。为解决不同时间尺度的功率和能量调节需求，一般需要发展长周期能量转移型（周内、月内、跨季节储能）、短周期能量转移型（日内削峰填谷）、短时间尺度功率型（短时调频）三种类型的储能系统。特别是，当光伏发电成为主要电源后，日内调峰将成为储能系统最重要的任务之一。

   长周期能量平衡，一般可以通过备用化石能源或可再生能源制备燃料来应对。可再生能源制备燃料主要包括生物质制燃料、电解水制氢、电解水制氢加CO₂制备清洁碳氢燃料、人工光合作用等方式，这种类型的储能属于化学储能领域，是解决大规模能量的跨周、跨月、跨季平移问题的主要方向。

   随着可再生能源占比不断增大，惯量支撑（毫秒至秒级）、一次调频（数秒至分钟级）或二次调频需求（分钟至十分钟级）、小时级功率和能量调节、日内调峰、数日内（2~3天）调峰的储能需求量十分巨大。仅从功率响应特性和能量平移需求角度来讲，电池储能在这些方面均可发挥作用。然而，电池储能也存在明显的不足。首先，对于惯量支撑或一次调频的应用场景来说，需要储能系统频繁充放电，从而严重影响其使用寿命。在日内调峰或数日内调峰应用方面，与抽水储能系统、储热发电、压缩空气储能等物理储能相比，电池储能的综合性能（提供旋转惯量、环保性、安全性、经济性等）仍有较大差距。目前，锂离子电池是使用最多的电化学储能，但存在较大安全隐患，锂资源也较为有限。综合多方面的分析认为，电池储能在紧急功率支撑、小时级储能（1~4h）或分布式储能方面具有较大的优势。

   物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能、重力储能、飞轮储能、超级电容器储能、超导储能、显热储热、相变储热等。物理储能的共同特点是使用寿命长、环境友好、报废后处理简单容易。在惯量支撑或一次调频应用场景，飞轮储能和超级电容器储能都是优选方案。

   抽水蓄能具备惯量支撑、黑启动、调频、调相、调峰等多方面的综合优势，是建设以新能源为主体的新型电力系统中最为理想的储能方式之一。然而常规抽水蓄能资源不足，发展地下抽水蓄能等新型抽水蓄能，可以大大拓展抽水蓄能的站点资源，且具有与常规抽水蓄能基本相当的经济性，因而将成为抽水蓄能的重要发展方向；同时，高水头抽水蓄能电站、大规模跨季节抽水蓄能电站也日益受到关注。

   在日内调峰方面，压缩空气储能也是较好的储能系统。当前，依靠盐穴等天然洞穴作为储气室的压缩空气储能具有良好的经济性，已经得到了较为广泛的应用。为拓展压缩空气储能的资源，基于人工硐室的压缩空气储能近年来也开展了应用示范。基于高水头的恒压压缩空气储能，可有效提高储气硐室的储能利用率和系统能量转化效率，近年来也日益受到关注。此外，作为压缩空气储能的相近技术方案，压缩二氧化碳储能、液态空气储能也取得了良好的发展。

   随着储能需求的快速增长，人们在不断探索各种新型储能的同时，重力储能这类传统机械储能系统近年来也重新受到广泛关注。依托垂直竖井、斜坡和人造建筑物形成落差的各种重力储能系统的研究和示范项目越来越多。

   热能在终端能源中的占比超过50%以上，当前主要依靠化石能源来供应。随着碳中和目标的实施，供热用热低碳化也是物理储能的重要发展方向。为此，加快热储能技术的研究发展也成为当前的重要任务。热储能形式多样，电加热储能（熔盐储热、固体储热）、相变储热、冰蓄冷、跨季节储热采暖等都得到了较快的发展。其中，电加热熔盐储热还可与火电机组（煤电、气电、燃气-蒸汽联合循环、太阳能光热发电等）有机结合起来，或直供汽轮机组发电，是实现日内调峰和数日内调峰的重要储能技术方向。

   诚然，解决可再生能源规模化并网与消纳利用，需要有机融合多种形式储能系统的功能特点，使混合储能系统耦合新能源发电系统具备等效为常规火电机组所具有的各种特性，从而新能源电力系统面临的各种问题提供解决方案，但物理储能将以其良好的安全性、环保性、经济性、长寿命、可用资源可拓展性、可为电网提供机械惯量等综合优势，必将在新能源和新型电力系统建设中发挥关键作用。

   以上就是开设物理储能专刊的原因。

                                          

                                                                                                          专刊特邀主编

             肖立业

            2025年8月22日

变压器传统扩容技术通常采用增加变压器的物理容量方法以应对电力负荷的持续、稳步增长，然而该扩容方式难以应对短期负荷激增之需，既需要追加投资成本，又容易导致变压器容量闲置。为解决上述问题，本文提出了基于储能设备的变压器增容方案，合理利用储能系统的额外功率支撑以及传统变压器控制保护技术成熟的优势，为未来智能配电网提供多样化辅助服务。首先，本文提出了变压器-储能协同配置年均成本模型。随后，以切负荷量指标、综合经济成本指标最小为优化目标，建立了变压器-储能协同优化配置模型。为评估增容效果，引入变压器平均有效利用率、削峰填谷能力及综合经济成本3个综合效益评价指标。最后，仿真结果表明该优化配置方案，可缓解全局电网变压器过负荷程度，平衡变压器短时过载成本与储能单元建设投资成本，为在未来场景中制定更科学合理的变压器-储能协同配置应用实践方案提供了参考。

水分的渗入是引起硅油性能劣化并诱发局部放电的关键因素之一，严重威胁电力设备的运行安全。本文围绕不同含水量条件下硅油的局部放电特性开展系统性研究，通过设定不同暴露时间（0 d、1 d、2 d、3 d、5 d）控制其含水量，系统分析了含水量变化对电缆终端内部典型绝缘缺陷局部放电特性的影响。实验采用针板与沿面两类典型缺陷结构构建放电模型，采集并分析局部放电信号，量化放电幅值、放电频次及其在电压相位内的分布特征。研究结果表明：硅油吸水过程在暴露5 d后趋于饱和，含水量上升显著增强局部放电行为。在针板缺陷下，同一电压等级下的放电幅值较新油分别增长478%、586%、546%；在沿面缺陷下则分别增长226%、379%、518%。

长定子直线电机通常采用分段供电的方式运行，在直线运动过程中定子单元需在短时间内完成供电切换，然而切换过程中负载突变易引发电流冲击，威胁电机与供电系统可靠运行。本文提出一种基于时间最优控制与比例积分(PI)控制相结合的快速平滑供电切换策略，建立了切换时直线电机数学模型，根据时间最优控制理论分析了时间最优关断/开通电压以及相应的切换时间。通过施加时间最优关断电压实现离开段电流快速衰减，同时结合时间最优开通电压与PI控制器输出复用机制完成新投段电流的准确建立。与常规分段供电切换策略相比，所提策略在消除电流过冲的同时，将切换过程所需电角度压缩至2 rad以内。最后搭建了计算机仿真模型，仿真结果验证了所提切换策略的有效性。

风机齿轮箱是风力发电机组能量传递的核心部件，振动信号作为风机齿轮箱故障诊断的关键数据源，能够精准反映风电机组内部动态特性。然而，在实际运行中齿轮箱内部振动信号易受多源复合噪声干扰，使得传统信号去噪技术难以有效分离噪声而面临瓶颈，亟需开发风机齿轮箱在服役复杂环境下的自适应去噪。因此，本文提出一种融合自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)、遗传算法(GA)与小波阈值降噪(WTD)的复合去噪方法，通过构造真值未知条件下时-频-能三维评估指标，建立参数空间映射模型，实现小波基函数、分解层数、阈值规则及相关系数阈值的多元协同优化，该体系通过平滑度、谱熵与残差能量比的互补验证，克服了单一指标的局限性。实验结果表明，该方法在模拟信号中能够将信噪比提升至12.16 dB，均方根误差为0.78×10-2。通过CEEMDAN模态分解与WTD的层次化噪声滤除机制，结合GA的全局参数优化能力，突破了传统方法依赖人工经验、参数耦合优化困难的瓶颈。为风机齿轮箱早期故障诊断提供了高保真信号预处理方案，对提升风电机组状态监测可靠性具有重要工程意义。

针对高速磁浮牵引供电系统在多参数共同作用下的能耗影响机制不明确问题，本文提出定性与定量分析相结合的研究方法，系统分析关键参数对牵引能耗的作用规律。首先基于牵引系统数学模型定性分析最高速度、线路坡度等参数对牵引能耗的影响路径和作用方向。其次利用高速磁浮半实物仿真平台，通过硬件在环实验获取全参数域的牵引能耗多工况数据集。最后采用回归分析与随机森林算法，从单因素量化分析到多因素特征重要性评估，定量揭示各参数对人均每公里牵引能耗的影响效果、影响权重及耦合规律。研究结果表明，最高运行速度与线路坡度是核心影响因素，分别贡献39.7%和28.9%的权重；列车编组数和满载率的影响权重分别为10.8%和11.4%；定子段长度和换步方式的影响权重均低于5%。随机森林模型可解释82.47%的能耗变异规律，该研究为牵引供电系统的能效优化提供了理论依据。

随着我国电网容量和输电线路密度不断增大，架空地线损耗绝对量已不容小觑。地线电流及其损耗的分析计算是输电线路降损的理论基础，然而，现有研究通常忽略了线路的分布参数以及具体空间结构，导致计算精度不足，目前业内主要依赖仿真开展相关研究。为此，本文考虑输电线路的分布参数、空间结构以及地线接地方式，提出架空地线电流与损耗计算方法，将双地线输电系统分解为多个子网络单元，根据戴维南定理以及导纳矩阵变换，依次化简档距左右两侧模型，最终可得地线沿线电流和地线损耗。与ATP-EMTP仿真相比，本文方法在不同接地方式下的地线电流计算精度不低于93.69%，地线损耗计算精度不低于92.54%，为架空地线降损研究奠定了理论基础。

井下智能阀门的稳定供电是复杂狭窄环境下油气智能分层开采的核心技术之一，无线电能传输磁耦合机构同轴偏移下的效率变化问题难以解决，严重影响了智能阀门的高效稳定供电。为此，本文提出了一系列在同轴偏移工况下持续高效的无线电能传输系统，该系统能够有效保障同轴偏移下最优负载点的稳定。首先，对四种复合拓扑的最优负载进行设计和分析，总结了四种复合拓扑的最优负载及其变化特性。其次，设计了一种运用于井下小气隙环境下复合拓扑的同轴环状DD线圈，并以此为基础对磁耦合机构的同轴偏移特性进行分析。然后，对复合拓扑的参数进行配置，通过不同场景下的最优负载变化趋势，实现参数设计。最后，构建了一套基于输入并联-输出串联型复合拓扑的实验样机，实验结果表明在同轴偏移30 mm（互感变化61.63%）的情况下，该系统输出最优负载波动范围仅为12.6%，平均效率达到90.47%，验证了理论分析的正确性，具有一定的工程应用价值。

随着新能源机组大量接入电力系统，系统惯性水平降低，电网的频率稳定性面临严重挑战，为此本文提出一种考虑火电机组N-1故障下频率安全和储能电池寿命损失抑制的火电厂储能联合发电系统日前调度模型。首先，对于火电厂和储能耦合的联合发电系统，建立了火电厂火电机组N-1故障下频率安全约束。然后，研究了储能电池运行的寿命损失函数，由此建立寿命损失抑制的储能电池运行成本目标函数。随后在其基础上，建立了火电厂储能联合发电系统的日前调度模型，该模型能够在火电机组N-1故障情况下，充分利用储能系统瞬时放电的特性，保证系统频率运行在安全的范围之内，并且使得储能电池的寿命损失百分比比较低。最后，本文对某实际地区的火电厂储能联合发电系统的日前调度模型进行仿真分析，验证了本文所提模型的有效性。

为早日实现“双碳”目标，电力系统中新能源渗透率不断提升，随之而来的强波动性将对火电灵活消纳水平提出更高要求。将快速变负荷的火电与熔盐储热改造结合以形成耦合系统，可提升新能源消纳能力，但需对其碳经济性进行充分量化评价。为充分挖掘火电灵活性并保障其碳经济性，本文提出计及快速变负荷的火电与熔盐储热耦合系统碳经济性优化调度模型。首先，为控制火电快速变负荷灵活性改造后的煤耗与碳排放量，并实现快速平抑新能源波动，构建火电与熔盐储热改造结合的耦合系统运行模型。其次，建立火电碳排放权交易模型，对碳排放权配额中的非线性调峰修正系数线性化，进而量化其各时段动态碳排放权交易成本。在此基础上，纳入碳排放权交易成本至火电耦合系统经济调度模型中，以日综合运行收益最大化为目标，求解计及联合灵活性改造的耦合系统与新能源机组协同碳经济性优化模型。最后，对江苏省某实际电网进行算例仿真，结果表明本文所提模型能够在提升系统经济性的同时有效实现碳减排。

随着“双碳”政策的实行，构建以可再生能源为主体的新型电力系统成为未来电网的重要发展方向。与此同时，光伏等可再生能源的大量接入成为影响配电网电能质量的关键因素之一。本文选择高比例光伏接入导致的电压偏差等典型电能质量问题作为优化目标，兼顾线路损耗和弃光率，采用基于纳什谈判理论的多维效用并和方法，建立考虑电能质量问题的多目标优化模型。针对优化模型，采用二阶锥松弛约束方法简化多目标优化求解复杂度，进一步采用几何平均数与调和平均数不等式将非凸非线性的多维效用并和模型线性化，并采用智能算法进行高效求解。采用IEEE-33节点系统进行算例分析，研究结果表明本文提出的光-储优化方法可以在保证线损和弃光率较低的水平下提升电能质量，为高比例可再生能源配电系统电压偏差的治理提供了可行方案。

针对含高渗透率分布式电源的配电网中接地故障特征微弱、潮流方向复杂、传统方法难以精确定位故障区段的问题，本文提出一种基于多模态特征融合的有源配电网故障区段定位方法。首先，采用经鹅群（GOOSE）算法优化的变分模态分解对一维故障电流信号进行分解、去噪与重构，并利用格拉姆求和场(GASF)将重构信号转换为二维图像；其次，由引入高效通道注意力(ECA)机制的ConvNeXt和1D-CNN构成互补双通道模型，以挖掘二维图像和一维电流的深层特征；最后，将双通道输出特征向量拼接，通过ECA对融合特征动态加权，经Softmax输出区段定位结果。仿真实验表明，所提方法在改进的IEEE-33节点配电系统中定位总体准确率、精确率、召回率、F1值分别达到98.26%、98.28%、98.27%、98.20%；在极端噪声条件下准确率仍能够维持94%以上；在模型对比、消融实验和泛化能力测试中多模态特征融合方法表现出显著优势。