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。

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。

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。

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。

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。

随着新型电力系统的深化发展，对惯量响应、暂态支撑、频率与电压快速调节等构网技术设备的需求日益迫切，以弥补同步发电机组占比下降带来的系统稳定与控制问题。飞轮储能作为一种旋转机械惯量装置，具有构网运行的天然优势。目前，飞轮储能可以作为独立的储能单元通过电能变换装置并网，也可以与调相机结合以增加惯量。本文提出了“构网型飞轮储能”的概念，涵盖了惯量飞轮调相机、电力电子并网型高速飞轮储能、同步机并网型高速飞轮储能等典型技术方向，分析了构网运行机制、关键技术及应用场景，为飞轮储能的研发及应用提供了参考。

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。

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。

针对电动汽车（EV）大规模入网尤其是快充行为造成的负荷尖峰问题，本文提出了一种考虑EV充电行为特征的微电网两阶段优化调度策略。首先，第一阶段基于车网互动（V2G）特性和分时电价体系，构建考虑EV充放电成本和微电网负荷峰谷差的函数模型，制定出最优的EV充放电策略，实现负荷的削峰填谷；其次，第二阶段以微电网运行成本和环境成本最低为目标，优化各发电单元或电网的出力，通过熵权法确定最优解；最后，两阶段优化模型分别采用CPLEX求解器和改进的多目标蜣螂算法（MOIDBO）分为并网和孤岛模式联合求解。仿真结果证明，本文所提策略在保障EV充电需求的同时，实现了削峰填谷，降低了EV用户充电成本，提升了含高比例EV充电负荷的微电网系统经济性。

随着新能源汽车数量的激增，电动汽车充电设施的稳定运行对电网安全和用户权益保障变得尤为关键。本文针对电动汽车充电桩的故障预测进行了深入分析，首先基于核密度估计研究用户的充电行为，探讨了充电起始、持续时间和结束时刻的时序相关性，并据此提出了非欧几里得域数据建模方法。进一步，研究引入图卷积神经网络（GCN）和卷积神经网络（CNN），搭建了一个GCN-CNN深度学习联合模型，有效捕捉故障分类与数据特征间的复杂非线性关系。通过在真实数据集上进行消融和算法对比实验，本模型在验证集上取得了F1score和G-mean均为0.844的优越性能，较其他模型平均性能分别提升了6.28%和6.04%。该研究为充电桩故障预测提供了创新解决方案，有助于降低运维成本并提升检测效率。

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。

多相永磁同步电机飞轮储能系统的并网需实现直流母线电压的稳定控制、网侧瞬时有功功率的快速响应，针对传统的并网功率/直流母线电压控制方式并网功率响应速度慢、偏差大等问题，本文开展了六相电机驱动的高速飞轮储能系统并网控制策略研究，对飞轮并网的三个阶段，提出了相适应的多相电机高速飞轮储能系统并网控制方法。在飞轮升速阶段，母线电压、飞轮转速分别由网侧变流器、机侧变流器控制；并网准备/运行阶段，母线电压采用机侧变流器控制，网侧变流器控制飞轮并网功率。基于六相永磁同步电机数学模型开展仿真验证，结果表明，所提控制策略可实现六相电机飞轮储能系统并网运行时直流母线电压的稳定控制；与传统控制策略相比，在100 kW、200 kW、300 kW、400 kW、500 kW阶跃式并网功率指令下，响应时间分别提前3 ms、9 ms、14 ms、27 ms、53 ms。

同步发电机是电网的重要组成部分，准确地建立同步发电机的参数模型，是对其进行分析和计算的基础。本文首先搭建了同步发电机实时数字仿真系统（RTDS）模型；然后在同步发电机等效电路图、磁通链方程、电压方程的基础上，推导其单相接地短路暂态定子电流表达式；以短路电流计算值间标准化误差平方和最小为目标，通过单相接地短路电流试验值与辨识得到的参数计算所得，加入收敛因子对海鸥算法迁徙模型进行改进，提出同步发电机单相接地序阻抗参数辨识方法；最后通过对一台真实的同步发电机进行短路实验和RTDS模拟进行比较，证明了该辨识方法的正确性。本文方法将实验测量与智能算法相融合，以短路试验故障电流为基础，结合改进的海鸥优化算法的快速收敛特性，提高了同步发电机参数辨识的准确性。

柔性合环设备是优化大规模、多元化源荷接入配电系统后潮流调度的有效方案，针对以统一潮流控制器为代表的电力电子型合环设备在成本、效率及可靠性等方面的不足，本文提出一种三端口柔性合环可控移相器（T-FPS），该设备由多绕组变压器及混合式有载分接开关组成，能够灵活、快速地调节合环线路潮流。首先，本文根据所提出的柔性合环可控移相器拓扑结构，分析该设备运行原理和有载分接开关结构，并设计变压器绕组投切时序；其次，在已知互联馈线参数的前提下，推导计及移相器的三端口潮流方程，进而分析互联馈线之间的功率耦合关系，并提出移相器稳态潮流控制策略；最后，通过半实物仿真模型，验证所提柔性合环可控移相器控制策略在多种工况下的有效性。

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。

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。

目前非侵入式负荷分解研究主要针对居民负荷，对工业负荷研究较少，且未考虑负荷运行有功功率的时序特征，为此本文提出了基于时间卷积神经网络(TCN)-卷积块注意力模型(CBAM)-长短时记忆神经网络(LSTM)相结合的工业用户非侵入式负荷分解算法。首先构建TCN-CBAM模块，该模块利用TCN膨胀因果卷积扩大卷积核感受野并结合CBAM的空间和通道注意力机制实现特征的有效提取，之后通过2个TCN-CBAM模块从用户总进线有功功率中提取设备运行特征，最后利用LSTM学习训练运行特征与各设备运行有功功率的关系，实现负荷分解。通过某炼钢厂和某纺织厂的实际运行数据及HIPE数据集算例分析，相比于CNN、LSTM和TCN等算法，本文模型的分解准确率更高。

电化学储能系统中的锂离子电池核心温度实时监测对于电池管理系统(BMS)开发以及热失控风险预警有着重要的意义。受成本和空间制约以及电池系统内可供温度测点布放位置有限导致温度数据获取不全面，从而影响电池管理系统的精度。本文利用Gappy POD算法基于电池模组箱体外部少量温度测点数据，实时重构箱体内电池核心及表面多点温度。本文建立二阶RC等效电路模型，通过18650PF锂电池HPPC测试数据对模型参数辨识，并利用基于本征正交分解的径向基函数神经网络(POD-RBF)对等效电路模型辨识参数数据库扩充得到包含更多功率-时间信息的电池发热功率变化曲线；构建有、无水冷板的电池模组数值模型并导入真实及异常发热功率变化曲线，测试Gappy POD算法在稳定和异常工况下的温度实时重构能力。本文研究表明，Gappy POD算法仅需少量温度测点便可在复杂工况下实现较高的重构精度、较强的趋势预测能力，为算法在电池管理系统及热失控预警中的应用提供基础。

由于变压器各项评估指标的健康程度影响其可靠性、运行与检修等成本，进而影响其全寿命周期成本。因此，本文提出了一种基于健康指数的变压器全寿命周期成本优化策略。首先，基于变压器运行中的多项健康指标提出了一种基于主客观评价结果的健康指数计算方法，以构造故障率模型；其次，在故障率、运行年限等约束条件下，以未来服役寿命、检修时间以及检修程度为优化变量，构建了以全寿命周期年均成本最小为目标的优化模型；然后，引入一种基于Logistic-Tent混沌映射的初始种群生成方法，并给出一种新的探索因子更新公式，从而提出了一种改进的增强灰狼杜鹃(AGWO-CS)算法，以对变压器的全寿命周期成本进行寻优。仿真结果表明，与传统的粒子群算法(PSO)、杜鹃算法(CS)、AGWO-CS算法相比，本文方法明显降低变压器的全寿命周期成本，可为电力系统的经济运行提供一定的参考依据。

针对惯量飞轮系统参与电网惯性响应和调频控制的问题，首先介绍了惯量飞轮系统的结构、数学模型及其工作机理，其次提出了基于改进的两步预测法的惯量飞轮双馈异步电机模型预测电流控制策略，并将该策略应用于惯量飞轮系统参与电网惯性响应和调频控制过程，提出了基于模型预测的惯量飞轮参与电网惯性响应和调频控制策略。通过仿真对所提出的控制策略的控制效果从电流脉动、过载能力和调频能力等方面进行测试，仿真结果表明，本文提出的模型预测电流控制相比矢量控制能够有效降低惯量飞轮正常运行的电流脉动与功率脉动，同时惯量飞轮系统具有较强的过载能力，在电网惯性响应阶段具有良好的惯性响应能力。

随着电动汽车、屋顶光伏、分布式储能等分布式资源接入台区系统，台区自治优化调度通过挖掘光储充荷等可调度资源调节潜力，可以促进分布式光伏的就地消纳，提升台区自治运行水平。本文针对含光储充荷的台区系统，分析电动汽车用户充电紧急度，提出了一种计及电动汽车灵活有序充放电的台区多时间尺度优化调度策略。该策略首先在日前调度阶段，以最小化系统运行成本及负荷波动和最大化计及台区电动汽车用户充电紧急度的充电满意度为目标，制定初始调度计划。其次，在日内调度阶段，以计及经调整后的出力与日前优化计划出力变化量作为惩罚项的运行成本最小为目标函数，考虑电动汽车实时接入并改变充电策略，充分调动电动汽车有序充放电的灵活性。最后，仿真结果验证了本文所提方法在有序管理电动汽车充放电、提高光伏就地消纳水平、实现台区自治优化控制等方面的有效性。

电缆接头在电力传输系统中起到至关重要的作用，但电缆接头制作过程中不可避免地引入各种杂质缺陷，对电力电缆的长期可靠运行带来严重的安全隐患。本文采用有限元仿真和试验相结合的方法，研究了不同类型的杂质缺陷对电缆中间接头电气性能的影响，通过COMSOL Multiphysics软件建立了10 kV电缆中间接头三维模型，设置了电缆接头运行环境中典型的金属杂质、半导电杂质、粉尘和受潮等缺陷，开展电场仿真计算。同时，制作无缺陷和含不同缺陷的中间接头试样，进行局部放电和耐压试验。结果表明，不同类型的缺陷对电缆中间接头的电场分布和局部放电特性均有显著影响，其中铜杂质和半导电层的残留对电气性能影响最大，造成电缆交联聚乙烯（XLPE）绝缘击穿，受潮缺陷局部放电量高，粉尘缺陷影响较小。本文提出了不同缺陷对电缆中间接头电气性能的影响规律，为电缆中间接头的运行和维护提供了理论参考。

在线调整比例-积分-微分（PID）控制器参数对于优化主动磁轴承(AMB)系统的运行性能具有决定性作用。然而，现有参数设计方法常常忽略控制器响应周期和轴承线圈电感效应引入的控制时滞，导致基于闭环传递函数计算的PID参数无法确保系统稳定性。为此，本文研究了表征控制时滞的AMB系统运行特性，并基于PID算法构建了考虑控制时滞的AMB系统控制参数计算模型。进一步，建立了计及控制时滞的AMB系统数值模型，并搭建了AMB刚性转子系统实验平台，实验和仿真研究了主动磁轴承在不同转子频率和PID参数下的运行性能。同时，分析了控制时滞下PID参数与系统性能之间的映射关系，据此提出一种基于转子频率的自适应PID参数整定策略，实验测试结果表明所提控制策略能够实现转子以较小的振动在全转速区稳定运行。

针对传统磁轴承模型预测控制系统中电感参数失配对电流预测精度的影响，本文以永磁偏置磁轴承为研究对象，提出了一种考虑参数失配的磁轴承模型预测控制策略。首先分析了磁轴承驱动电路三电平调制原理；然后基于混合逻辑动态模型设计了磁轴承模型预测控制器，并引入滑模观测器计算出一个控制周期内所有开关状态对应的电流预测误差；最终得到的预测电流误差进一步校正预测模型，实现在参数失配时对预测模型的修正，保证参数失配时电流预测精度，进而提升控制系统性能。仿真与实验结果表明，相较于传统模型预测控制策略，采用本文策略的控制系统在发生电感参数失配时，稳态电流纹波降低，负载变化工况下的控制系统动态性能也更优。

针对变压器局部放电信号的非平稳性和非线性特点，本文提出了一种基于变分模态分解(VMD)和多尺度排列熵(MPE)以及并行双支路的变压器局部放电模式识别方法。首先，利用VMD技术对局部放电波形进行层次分解，分离出若干带限本征模态函数(IMF)，并基于MPE提取各阶IMF分量的深层特征信息，构建特征向量样本集。接着，设计了一个并行双支路模型，其中支路一通过Transformer Encoder的多头注意力机制提取全局特征，支路二利用堆叠的一维卷积神经网络(1D-CNN)结合挤压与激励网络(SENet)进一步提取局部特征信息。通过特征融合拼接策略，将双支路提取的全局与局部特征信息有效融合，从而增强模式识别的表现力。实验结果表明，本文所提出的方法在变压器局部放电模式识别中的准确率达到96.37%，且具有较高的识别效率，能够有效提升变压器局部放电故障的诊断性能，为变压器设备的维护工作提供了坚实的技术保障。

传统的重复控制器只能在固定频率下抑制谐波，不能满足高速飞轮储能磁轴承系统在较宽工作频率范围内的振动控制需求。为此，本文提出基于变采样频率法的变速重复控制器，并与基于分数阶延迟法的重复控制器进行对比，证明了变采样频率法的优越性。同时，为了提升重复控制器对谐波电流的抑制能力，提出一种比例微分重复控制方法。基于此，提出了变采样频率法与比例微分重复控制方法相结合的新型变速重复控制器，解决了飞轮储能在宽频率范围运行的多频振动控制问题。最后，数值仿真和实验测试表明，所提重复控制器能够抑制约66%以上的谐波成分，适用于磁轴承系统多频振动控制。

随着可再生能源占比不断提高及电力电子接口设备的大规模应用，新型电力系统的动态特性日趋复杂。具有快速响应能力的动态无功源的合理配置对增强系统稳定性具有重要意义，但其本身复杂的暂态特性为电力系统设备规划提出了挑战。为降低复杂机电暂态模型带来的计算成本，本文构建了一种基于自适应的无参数化多项式混沌展开（PCE）代理模型，在保持PCE全局能力的同时，通过一种训练样本选择策略来进一步提高其局部预测精度，最终采用PCE代理模型替代传统复杂、计算量巨大的机电暂态时域仿真，显著提高了容量优化模型的计算效率。研究结果表明，所提基于自适应无参数化代理模型的电力系统无功源协同规划方法在保证精度的同时，大幅缩小了计算时间，具有良好的应用前景。

针对配电网架空-电缆混合线路短路故障后是否重合断路器的问题，本文基于行波能量解析，提出一种用于判定混合线路故障区段的判据及其相应策略。首先分析了故障电压、电流行波在导体中的传播特征及其折反射规则。然后研究了架空-电缆混合线路中行波电压的传递特征，并根据混合线路波阻抗不连续的特点，对在连接点测量到的不同区段发生故障电压、电流行波进行解析分析。最后根据不同区段的电压、电流行波特征设计了基于行波能量判别故障区段的流程，并考虑基于馈线自动化测控终端进行应用。在PSCAD中搭建了混合线路模型，在不同故障类型、过渡电阻、故障瞬间相位等条件下进行了仿真验证，证明了该方法的可靠性。该方法仅需在架空线-电缆混合线路的连接处设置测量点，即可判别故障区段，适用于所有故障类型，也适用于多段混合线路，并且各个测量点之间无需严格同步采样。

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。

电网电压幅值跌落时，传统比例积分(PI)控制会导致SWISS整流器直流侧出现偶次谐波，交流侧出现奇次谐波，瞬时有功功率控制(IAPC)可以有效抑制有功功率波动和网侧电流谐波，但SWISS拓扑的特殊性使IAPC方法的应用存在边界问题。对此，本文深入研究了基于IAPC方法的SWISS整流器控制策略的电流与电压特性，针对单相和两相电网电压幅值跌落两种典型情况，推导了SWISS整流器在此控制策略下的运行边界。最后，在实验中比较了IAPC方法和传统PI控制在多种工况下的性能表现。实验结果表明：SWISS整流器中，IAPC方法在运行边界内相较于传统PI控制可有效抑制网侧电流谐波和有功功率波动，但若超出运行边界将导致网侧电流总谐波畸变率(THD)升高和有功功率波动变大。

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。

随着风、光等可再生能源以及储能的大规模并网，新型配电台区已呈现出多能源互联互通的特征趋势，电能交换器需要实现多能源系统能量流的主动控制和管理。其中，串并联架构区域电能交换器(SPA-RPE)具备200%能量传输和能量流柔性运行的优势。本文将SPA-RPE作为研究对象，针对分布式能源渗透下的新型配电台区，考虑了变换器额定容量、可再生能源出力波动和储能SOC状态等因素，构建了以提高新能源消纳比例为目标的多模式协调控制策略(MCCS)。主要特征为：设计考虑直流母线有功功率的自由度选取原则，建立分布式能源(DES)、储能系统(ESS)和负荷功率的能量配置关系，实现不同工况下系统对最优运行模式的自主选择。此外，本文所提出的MCCS可实现SPA-RPE对不同运行模式的无缝切换，以及为负荷提供持续稳定的电能。最后，建立了基于StarSim HIL的实验平台，实验结果验证了MCCS的可行性和有效性。

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。

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。

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。

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