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考虑时空关联与数据隐私性的有源配电网分布式光伏功率预测技术
(一)成果背景 分布式光伏可在用户侧就近安装与消纳,减少因长距离输送带来的线路损耗问题,在新型电力系统建设中发挥着重要作用。2021年6月,国家能源局综合司发布了《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》,用以推动分布式光伏高质量发展、支撑新型电力系统建设。在该政策的推进下,分布式光伏容量迅猛增长。截至2021年底,国内分布式光伏装机容量已达到107.5GW,约占光伏总装机容量的三分之一,且其增长速度已经超过了集中式光伏。 (二)痛点问题 对于配电网来说,光伏出力易受天气因素影响,具有极强的随机波动特性,大规模分布式光伏接入,一方面加剧了配电网负荷短时波动,影响电力实时平衡,制约负荷预测精度提升;另一方面,分布式光伏出力特性与负荷特性的不匹配造成其难以消纳,为有源配电网运行管理带来严峻挑战。 对于电力市场交易来说,随着新一轮电力体制改革的持续深入,分布式光伏所有者作为售电商参与市场竞争成为必然趋势。分布式光伏出力的不确定性与短时剧烈波动性,使得分布式光伏电站/售电商难以制定合理的市场交易策略与电力交易合同,面临严重的市场风险。 因此,亟需精准的分布式光伏功率预测,为有源配电网调度运行、分布式光伏消纳,分布式光伏参与电力市场等提供有力数据支撑。 (三)技术方案 1、基于变分模态分解与动态图卷积网络的分布式光伏功率预测 首先利用变分模态分解各分布式光伏复杂出力序列分解为相对简单、波动较小的不同频率子序列,以减小场站间关联关系的挖掘难度。然后,基于分布式光伏场站间时空关联性处于动态变化中的考虑,利用全连接神经网络将各节点特征映射到多维空间,而后利用时域卷积挖掘跨节点关联关系,由此以数据驱动方式挖掘各频率下各场站子序列关联性,有效实现子序列动态图结构的构建。最终,基于可用于非欧式空间结构数据建模的卷积神经网络,将其与动态图结构结合,建立考虑动态时空关联性的图卷积预测模型,针对不同频率下出力子序列分别预测,而后重构得到各场站功率进而获取配电网分布式光伏总功率。 2、基于深度联邦学习的分布式光伏发电功率预测 首先,基于长短期记忆神经网络构建时域自编码器模型,该模型编码器用于提取每个时间步输入的时域特征,而后利用解码器将该特征向量转换为输出序列进行未来时间步的预测,自编码能显著增强长短期记忆神经网络的时域建模能力。而后,利用注意力机制解决其在处理长输入时间序列时会导致解码器面临特征冗余问题,且使模型聚焦于对输出更关键的时域特征。由此,利用注意力自编码预测模型通过对时域特征的有效挖掘实现功率预测精度的进一步提升。 在此基础上,开发了用于分布式光伏功率预测的联邦学习框架,在该框架中,本地用户仅需将本地模型进行共享,无需数据的传输,而后由中央服务器进行模型的聚合以实现用户间信息共享。在各本地场站进行注意力自编码预测模型的训练;在中央服务器,基于联邦平均算法实现各本地预测模型的汇聚、全局模型的生成与下发。在保证数据隐私性的前提下取得与传统集中式机器学习训练近似的预测效果。 (四)竞争优势 1、有效表征广域分布式光伏集群间时空关联特征,实现分布式光伏功率预测精度提升。 当缺乏气象实测或预报数据时,考虑分布式光伏时空相关性可有效提升分布式光伏功率预测精度。现有研究多利用各光伏场站地理距离或者整体出力表征时空相关性。这种静态建模方式在分布式光伏出力模式长期稳定的情况下,可以取得较好的预测效果。然而,易受天气因素的影响,分布式光伏出力极易发生短时波动,因而各场站关联性处于动态变化过程。以恒定的场站间关联关系去考虑这种复杂的集群出力序列,显然无法反映天气影响下分布式光伏出力短时变化,难以实现功率预测精度的有效提升。 所提的基于变分模态分解与动态图卷积网络的分布式光伏功率预测方法,利用数据驱动方式实现挖掘各场站间关联特性的动态实时挖掘。在基础上,考虑到不同模态分量下各场站间关联关系的差异性,将各场站原始功率分解为了相对简单、波动较小的不同频率模态分量,减小关联关系的挖掘难度。 2、有效保证各分布式光伏数据隐私性,且能取得与传统集中式机器学习训练方式近似的预测效果 现有的数据驱动预测方法性能在很大程度上依赖于训练数据的数量,因此大多以一种集中的训练方式实现,即中央服务器汇聚来自各场站的运行数据而后进行模型的训练。然而,这种集中训练的方式会期限数据隐私,使用户信息暴露在公共环境而导致被外部攻击者进行数据分析、行为探测等。此外,在竞争激烈的电力市场中,分布式光伏场站所有者可能不愿共享数据。这些因素使传统模型训练方式难以实现。 所提的基于深度联邦学习的分布式光伏发电功率预测方法,利用注意力自编码模型在本地场站进行建模预测,实现对本地功率时域特征的有效挖掘;利用分散式训练的联邦学习框架,实现各场站预测模型信息共享,有效保证本地用户的数据隐私的同时取得不错的预测效果。 创新点 1、考虑了场站间关联关系的动态性。对于分布式光伏,虽然场站数量众多、分布广泛,但是其位置临近,由于云团运动等气象因素导致的相关性较强。所提方法以数据驱动方式根据网络当前的各场站输入功率进行关联关系的动态表征,实现功率预测精度的有效提升。 2、在保障各分布式光伏站点数据隐私应的前提现实现信息共享。利用自编码结构进一步提升LSTM的时间序列建模能力;利用注意力机制模型聚焦于对预测更关键的输入特征,以此实现时域特征的有效挖掘。在此基础上,利用联邦学习框架聚合各本地模型,实现各站点信息聚合,实现精度有效提升。 市场前景 随着新型电力系统建设目标的推进,分布式光伏装机容量呈爆发式增长。所研成果可应用于配电网负荷预测、用户可调度容量评估、激励型需求响应基线负荷估计等场景中,为高比例分布式光伏有源配电网的安全、经济、高效运行,维持电力平衡等工作提供重要参考。同时,随着分布式光伏逐步参与到电力市场,所研成果可为分布式光伏售电商制定最优的交易策略,签订合理的价格合同提供有力数据支撑。综上所述,所研成果市场前景广阔。
华北电力大学 2023-08-10
基于微纳光学结构的太阳能电池高效陷光技术
 太阳能发电是未来可再生能源的重要领域,提高太阳能电池对太阳光的利用效率、进一步提高太阳能电池的光伏效率,已经成为光伏领域的重要课题。太阳能电池的本征吸收层很薄,甚至小于光的波长,使得进入太阳能电池光子的光程很短,成为除材料以外,制约太阳能电池进一步提高光伏效率的重要因素。为了提高光子在太阳能电池本征吸收层中的吸收率,需要研究在降低电池表面反射的同时,延长光子在本征吸收层的光程,实现高效陷光。 本项目基于微纳光学理论和微纳结构加工技术,提出了“低表面反射+低光能逃逸+高效延长光程”的高效超陷光机制,设计了具有“低表面反射率+低光能逃逸+高效延长光程”的高效超陷光结构。利用宽带陷光技术研发的宽带陷光光伏玻璃,在380nm~1200nm波长范围内,具有高于40%的雾度。宽带陷光光伏玻璃基片应用于硅叠层薄膜太阳能电池, 在380nm~1200nm波长范围内,对于准垂直入射光的反射率小于3%. 在AM1.5测试环境下,太阳能电池光伏效率比较没有陷光结构光伏玻璃的太阳能电池相对提高5%。以上。 基于微纳光学结构的太阳能电池高效陷光技术,在太阳能电池、太阳能电池组件封装中具有广泛的应用前景,对于提高太阳能电池及其组件的光伏效率具有重要意义。
上海交通大学 2021-04-13
“名师大家东北行”系列活动 | “智”汇东北,赋能东北振兴(二)
活动聚焦教育科技人才一体化发展,对接东北地区经济社会发展需求,邀请全国知名专家,走进企业、高校、中小学和乡村,开展科服企业行、科创高校行、科普校园行、乡村振兴行等,为区域发展提供强有力智力支持和实践指导。
高等教育博览会 2025-07-05
肝移植术中供肝快速固定灌注装置
本发明涉及一种医药领域,特别是涉及器官移植(肝脏)术中供肝获取时准确快速进行灌注装置的连接及灌注,具体是一种肝移植术中供肝快速固定灌注装置。肝移植术中供肝快速固定灌注装置,包括穿刺引导装置和连接灌注管的连接环,所述穿刺引导装置为顶端带有可收缩环的穿刺钢丝,所述可收缩环带有磁性;所述连接环顶端为锥形,所述连接环底部与灌注管连接,连接环底部内部设有单向流动的活瓣,连接环顶部为含铁材料制备,连接环顶部与可收缩环相互适配,并通过磁性相互吸附。本发明操作简单可行,针对性强,主要用于肝移植术中完成供肝获取时快速灌注。本发明为快速、高效的进行肝脏灌注、获取高质量的供肝提供了有效的技术保障。
浙江大学 2021-04-13
一种高海情救援供氧网
本实用新型公开一种高海情救援供氧网,包括网格状编织网,所述网格状编织网的两端各连接有绳结,所述网格状编织网的网面上连接若干环形气囊,所述环形气囊包括气囊、呼吸器以及固定环,固定环固定连接在气囊上,固定环与网格状编织网相连,呼吸器安装在气囊上,呼吸器包括按压钮、吸管、单向阀门和壳体,壳体安装在气囊上,单向阀门安装在壳体内,单向阀门的进气口与气囊相通,吸管安装在壳体上,吸管的进气口与单向阀门的出气口相通,按压钮滑动设置在壳体内,按压钮抵住单向阀门中的球体。本实用新型的环形气囊保证氧气补给,且氧气阀门为按压式单向阀,以免造成氧气不必要的流失,为在水中挣扎的遇难人员提供浮力支持和氧气供给。
浙江大学 2021-04-13
一种温控型智能辅助供液系统
本发明公开了一种温控型智能辅助供液系统,包括设有入口管和出口管的装置主体,包括:设置在装置主体内的弹性输液管以及挤压在弹性输液管外壁的挤压杆,该弹性输液管两端分别与入口管和出口管对应导通;驱动挤压杆转动的驱动机构,所述挤压杆转动时能够驱使弹性输液管内液体从入口管向出口管流动;用于检测待输送液体温度的温度传感器;接收的所述温度传感器的温度信号,根据温度信号大小对所述驱动机构进行控制,实现对挤压杆转速的控制。本发明具有结构简单,工作可靠,能够智能控制血液流动,流量稳定,流量调节范围大,产生血压高,外形尺寸小,能植入到动物体内,具有良好的生物兼容性等特点。
浙江大学 2021-04-13
光导聚能高温相变储热零排放室内太阳炉
Ø  成果简介:利用取之不尽的太阳能实现民用炊事,是人们多年来的愿望。现虽有直接反射聚焦的太阳灶可用于烹饪方面,但它需要用户直接在阳光下操作,并需要及时跟踪太阳的运动轨迹,否则不能得到聚焦良好的光斑,由此给用户带来的极大不便,限制了此类装置的推广应用。本项目设计的光导聚能高温相变储能室内太阳炉利用经过特殊设计的光漏斗将太阳光收集并导入储能器中,将小通量的太阳光能,经累积产生高温热能,并在储能器中实现高温相变储存,储存温度大于180℃。需要炊事时将所储存的热量传递给储热体盘管内的导
北京理工大学 2021-01-12
一种大包装袋供袋装置
其他成果/n一种大包装袋供袋装置,包括料仓、左右对中机构、剪叉机构、分递机构、输送机构和机架;所述料仓位于装置的一侧,用于放置大包装袋物料;所述左右对中机构位于料仓的下方,用于将物料居中对齐;所述剪叉机构与料仓的底部相连,用于实现料仓的升降;所述分递机构位于料仓和输送机构之间,用于将大包装袋物料进行分离;所述输送机构位于装置的另一侧,用于将分离后的大包装袋输送到下一个工位;所述机架位于装置的下方,用于提供支撑和固定。本发明能够将大包装袋从袋摞分离并进行供送,实现袋摞的对齐、升降以及单个大包装袋的分离
武汉轻工大学 2021-01-12
安徽大学在理论上发现了与铁电序不同步的体光伏效应
近期,我院肖瑞春副教授与中国科学院合肥物质科学研究院张昌锦研究员课题组及其合作者在二维滑移铁电材料中发现了与铁电序不完全同步的体光伏效应,这一结果丰富了人们对铁电序和体光伏效应之间关系的理解,相关研究成果近期发表在《npjComputationalMaterials》上。
安徽大学 2022-07-08
光导聚能高温相变储热零排放室内太阳炉(产品)
成果简介:利用取之不尽的太阳能实现民用炊事,是人们多年来的愿望。现虽有直接反射聚焦的太阳灶可用于烹饪方面,但它需要用户直接在阳光下操作,并需要及时跟踪太阳的运动轨迹,否则不能得到聚焦良好的光斑,由此给用户带来的极大不便,限制了此类装置的推广应用。本项目设计的光导聚能高温相变储能室内太阳炉利用经过特殊设计的光漏斗将太阳光收集并导入储能器中,将小通量的太阳光能,经累积产生高温热能,并在储能器中实现高温相变储存,储存温度大于180℃。需要炊事时将所储存的热量传递给储热体盘管内的导热介质,通过导热介质的循
北京理工大学 2021-04-14
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