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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
基于太阳能光伏电源和直流变频压缩机蓄冷和蓄电功能的冰箱
北京工业大学 2021-04-14
光动力抗菌抗病毒材料的研发和产业化
上海交通大学 2021-04-13
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
五部门:开展智能光伏与建筑节能、交通运输等领域交叉技术研究
光伏产业是基于半导体技术和新能源需求而融合发展、快速兴起的朝阳产业,也是实现制造强国和能源革命的重大关键领域。
人民网 2022-01-05
一种适用于单级式并网光伏逆变系统的最大功率跟踪方法
本发明公开了一种适用于单级式并网光伏逆变器的最大功率跟 踪方法。所述最大功率跟踪方法特征在于周期性执行如下步骤:(1)采 样光伏阵列输出电压,判断光伏阵列输出电压是否降低到设置的临界 值以下,是则跳过步骤(2)、(3)、(4)执行步骤(5),否则执行步骤(2);(2) 判断光伏阵列电压是否增加,若是则执行步骤(3),否则跳过步骤(3)执 行步骤(4);(3)记录当前光伏阵列电压和并网电流指令;(4)增加并网电 流指令并限幅,限幅值为步骤(5)中的记录值;(5)记录当前并网电流指 令,并减小并网电流指
华中科技大学 2021-04-14
田光宇
从事专业关键词: 新能源汽车 整车控制 V2G 电池系统技术   专家简介  1986年毕业于清华大学汽车工程系,获工学学士学位,在济南汽车制造总产品处工作, 1989年~1995年在清华大学汽车工程系研究生学习,获工学博士学位,其后留校任教至今。期间 2004~2005年在法国燃料电池国家研究中心做访问学者。  参加了科技部八五、九五、十五、十一五电动汽车科研项目,负责了国产燃料电池城市客车北京示范运行项目。以参数匹配和整车控制为核心,在新能源汽车中技术复杂程度最高的燃料电池汽车上完成了多项国内领先的工作,在完全自主知识产权的国产燃料电池城市客车商业化示范运行中起到了重要作用。近期开始在电机和电池等关键部件上展开深入研究。 主要研究方向如下:  1, 混合能源系统及车辆的硬件在环实时仿真技术和参数匹配技术。国内最先建立了基于PC机群的硬实时燃料电池混合动力汽车仿真平台,集成了控制器在环、电池在环和司机在环,形成了有效的整车仿真和控制开发环境。  2, 整车控制及混合动力系统的能量管理算法研究。国内首次实现了基于CAN总线的分布式燃料电池混合动力整车控制系统;应用了基于全局动态规划和最佳工作点统计特征的能量管理规则。  3, 电机主动同步换挡的电机-机械式变速器一体化的新型电驱动系统研究。  4, 车用磷酸铁锂电池及其系统研究。
田光宇 2021-06-23
孙守光
孙守光,男,汉族,中共党员,工学博士,教授,交通运输工程学科载运工具运用工程方向博士生导师。  1962年8月出生于黑龙江宁安,2003年1月加入中国共产党,1982年8月参加工作。1982年7月毕业于哈尔滨船舶工程学院力学师资专业,获工学学士学位,分别于1988年7月、1992年3月毕业于清华大学固体力学专业,获工学硕士、工学博士学位。历任哈尔滨船舶工程学院材料力学教研室教师,北方交通大学机械工程系教师,北京交通大学机械与电子控制工程学院副院长、院长,学校第九、十届党委委员、常委。现任北京交通大学党委副书记、副校长兼党委统战部部长。  詹天佑科学技术发展基金会理事、中国铁道学会标准化(机车车辆)专业技术委员会副主席 、中国铁道学会轨道交通装备分会副主任委员、中国高等教育学会科技服务专家指导委员会副主任委员。
孙守光 2022-01-12
管祖光
管祖光博士是泛测(北京)环境科技有限公司创始人和现任CEO(2015年9月至今),他已入选国家高层次人才特殊支持计划 "万人计划"青年拔尖人才(2014)。 在创立泛测环境之前,他先后就读于中国浙江大学和瑞典隆德大学(2004-2010),并分别在这两所大学获得独立的博士学位。在隆德期间,师从世界著名物理学家、瑞典两院院士、前诺贝尔物理奖颁奖主席,主攻光电技术及其在环境监测的应用研究。 博士毕业后,他受聘于世界顶级的大气研究机构,挪威Andoya空间中心(2010-2012),主要研究激光雷达等探空技术对北极地区中高层大气的观测,并已在挪威获得终身科学家职位,担任研发项目负责人。他是"基于激光多波长多角度散射技术的颗粒物微型传感器"项目的首席科学家(PI)。 管祖光于2012年入选河北省"百人计划",作为省级特聘专家回国并全职加入某环保上市公司,任首席科学家,同时他还兼任中国高等教育学会科技服务专家指导委员会委员、河北省环境监测装备工程技术中心副主任。
管祖光 2023-03-15
光分路器
光分路器又称分光器,是光网络系统将光信号进行耦合、分支、分配的重要无源器件之一,具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件,常用M*N来表示一个分路器有M个输入端和N个输出端。
山东太平洋光纤光缆有限公司 2021-06-17
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