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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
一种用于检测织布机布铗刀口缝隙的非接触式检测系统及方法
本发明公开了一种用于检测织布机布铗刀口缝隙的非接触式检测系统及方法,该系统包括水平基座、压紧装置、支撑装置、光源提供装置、视觉检测装置和数据处理装置,压紧装置用于压紧待检测的布铗,支撑装置对布铗进行支撑,光源提供装置用于提供光源,视觉检测装置用于采集布铗刀口的图像信息,数据处理装置用于对图像信息进行处理,获得布铗刀口缝隙值,并予以显示。所述方法包括如下步骤:将待测布铗放入测量系统,视觉检测装置采集图像信息,计算机对图像信息进行处理,计算获得缝隙值,通过缝隙值与标准的比较,判断产品是否合格,若不合格重新装配后重复检测步骤。本发明具有高效、稳定、高精度的优点,能极大降低劳动强度、提高生产效率。
华中科技大学 2021-04-14
高频双偏心声波振动钻进驱动器及其减振结构    
本专利涉及一种高频双偏心声波振动钻进驱动器,属于环境钻探技术领域和工程装备技术领域。包括:1.利用充气式隔振器,分别斜向布置于振动体的斜上方和斜下方,使振动能量转化为气体热能散发到大气中,从而达到减振目的;2.减振箱体利用一体化冷轧制造工艺可以避免应力较为集中的焊缝,且类椭圆形结构可以起到缓冲减振作用,增加使用寿命;3.通过控制使两偏心轴保持同步反向运动,具有换向作用的轮系结构强制使两偏心轴同步反向运动,最大化的保证偏心运动产生的水平激振力相互抵消。4.在振动钻机上加装法兰连接件和多级螺纹结构,增大了螺纹寿命、强度,以及钻具级配需要。
中国地质大学(北京) 2021-02-01
金属—耐材高温复合结构热—机械行为开发及应用技术
针对炼铁高炉、炼钢转炉、连铸中间包、钢水包、鱼雷罐车等高温冶金容器及加热炉、高温管道等热力系统设备的共同结构和负荷特点,综合利用计算机仿真和现代电测及激光测试分析技术,开展其在生产过程中的热行为、变形行为及强度行为的内部机理和外在表现的基础理论研究,形成了金属——耐材高温复合结构热——机械耦合行为的根系方法和设计理论,并成功地应用于300吨钢包裂纹生成分析及改制设计,转炉延寿技术及工艺确定、高炉下降煤管的塌落事故评估和治理以及转炉等高温结构的设计和行为控制等方面。其中300吨钢包裂纹生成分析及改制研究工作明确了原有进口大型钢包裂纹的生成机理以及改制研究工作明确了原有进口大型钢包裂纹的生成机理及防治方法,并首次奖圆弧底和整体小耳轴应用于大型钢包,使新钢包的各处应力分布较为均匀,应力水平降低,最大应力较原有钢包下降约40%,各种最大应力均避开了焊缝位置,焊缝和水口附近的应力水平下降了60~70%。其结果使钢包的机械强度指标较原有钢包有了很大改进,特别使焊缝和水口附近改善明显。在提高钢包使用寿命、降低包重、减少维修费用等方面取得了令人满意的效果,并彻底替代了原有进口钢包,取得了巨大的经济和社会效益,该项成果现已在宝钢全面推广。
北京科技大学 2021-04-11
一种组合式桥梁桥墩防撞结构及其施工方法
本发明公开了一种组合式桥梁桥墩防撞结构及其施工方法,包括柱状桥墩、环绕设置在柱状桥墩上下两端四周的悬臂结构以及穿设在两端悬臂结构之间、且绕柱状桥墩轴心均布的预应力钢筋,所述上下两端悬臂结构之间围成的柱状空间外包裹有防护层以形成密闭空间,并在该密闭空间内填充吸能块。本发明通过在柱状桥墩周围密集设置预应力钢筋和填充吸能块,当发生撞击时船或车辆的水平撞击力由预应力钢筋和吸能块共同承受;受到撞击的预应力钢筋横向发生变形,同时钢索张拉力急剧增加,该张拉力转化成对柱状桥墩的竖向压力,分担了部分水平撞击力,剩余部分水平力由吸能块承担,相对减轻了吸能块和柱状桥墩受到的水平撞击力。
东南大学 2021-04-11
一种周期性结构地铁减振道床制作方法
本发明公开了一种周期性结构地铁减振道床制作方法,利用这种减振道床可有效减小地铁列车振动对周边环境的影响。该减振道床是由钢筋连接而成的立方型网状构件,为增加减振效果,立方型网状构件的钢筋外面需要包裹一层树脂层,再将这立方网状构件放到模具中,进行浇注混凝土,这样制作成地铁道床构件,其强度要达到40?45MPa。这种构件在地铁隧道底部安装后,成为周期性结构地铁减振道床,减振效果达10dB。
东南大学 2021-04-11
解析致病菌细胞壁成分胞壁酸翻转酶结构功能机制
中国科大陈宇星教授、周丛照教授和孙林峰教授课题组合作阐明了金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)胞壁酸(WTA)翻转酶TarGH转运WTA的机制和TarGH特异性抑制剂Targocil的抑制机制。该研究成果在线发表在微生物领域专业杂志mBio上。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是主要的临床致病菌之一,其引发的感染难以治愈甚至可能致死。由于近年来抗生素滥用,出现了对所有的β-内酰胺类药物都具有抗性的MRSA菌株。研究表明S. aureus细胞壁主要成分WTA是引起耐药性的关键因素之一。在革兰氏阳性菌中,WTA是一类共价连接在肽聚糖上的阴离子多聚物。WTA在细菌分裂、生物膜形成、宿主定殖以及细菌感染等过程中起着重要作用。因此,WTA合成路径中的关键酶是新型抗菌药物的重要靶点。在S. aureus中,WTA合成前体是N-乙酰葡糖胺修饰的多聚核糖醇长链,其通过共价键连接在锚定在细胞膜上的脂质载体Und-PP上。该Und-PP连接的多聚核糖醇长链前体先在细胞内完成合成,最后通过ABC转运蛋白TarGH翻转出细胞膜。作为最具潜力的抗生素靶标之一,TarGH及其抑制剂得到广泛研究。先导化合物小分子Targocil是近期被鉴定出来特异性抑制TarGH效率较高的抑制剂,但是其抑制的分子机制并不清楚。为阐明TarGH转运WTA的机理以及Targocil的抑制机制,作者用冷冻电镜方法,解析了金黄色葡萄球菌WTA翻转酶TarGH的同源蛋白,来自Alicyclobacillus herbarius菌的TarGH结构。其同源性为50%。TarGH结构总体分辨率为3.9 Å,其核心结构区域分辨率达到3.6Å。由于未结合ATP,TarGH结构处于开口朝向细胞内的构象状态。基于结构,作者计算出了底物转运通道,通过对组成通道的氨基酸残基性质分析并结合生理实验,阐明了底物特异性识别机制。通过结构比对作者提出TarGH及其同源蛋白利用“曲柄连杆”原理来实现底物转运的分子机制。具有类似结构特点的ABC转运蛋白都可以利用这一机制通过相对微小的总体构象变化转运较大的底物。作者进一步通过生化实验和计算机模拟确定了Targocil结合TarGH的精确位点,并阐明了其抑制TarGH转运胞壁酸的分子机制。
中国科学技术大学 2021-04-10
一种牙科用梯度结构金属烤瓷材料及其制备方法
本发明属于口腔修复领域中烤瓷材料的制备和应用技术领域,特别涉及采用镍铬合金为金属基底的梯度烤瓷材料的制备方法。合成一种以白榴石为主晶相的烤瓷粉,其组分的质量百分比为SiO2?66.67%、Al2O3?16.57%、K2O?12.81%、Na2O?2.64%、其它0.89%。在此烤瓷粉中加入梯度调节成分,其组分的质量百分比Ni为30%~40%、Cr为10%~20%、NiO为0%~10%,Cr2O3为40%~50%,将加入了梯度调节成分的烤瓷粉用层堆积法成型并烧结。制备出的成分梯度烤瓷材料具有缓和金瓷间热应力和提高强度等特点,为口腔烤瓷修复的临床应用打下基础。
四川大学 2021-04-11
大跨度与多高层建筑结构物振动控制新技术
本项目科技成果可以有效解决大跨度或多高层民用、商用或工业用途筑结构物中的振动问题,振动类型可以是由地震和风等环境荷载诱发的结构振动,也可以是由电机和旋转机械等工业设备引起的建筑物振动反应。科研项目“多高层建筑地震反应的消能与控制”系国家重点科技项目(攻关)计划专题,课题编号 101-9914006-3,由国家计委下达。本项目是在日本、美国和新西兰等地震多发国家近十年来广泛关注的技术,随着经济的发展在我国也备受重视。其基本思想是使被设计的建筑物在使用期间符合基于三个水准即“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标的要求,实质是强调满足生命安全和损坏控制这样两个设计目标,但是解决的手段依靠的是包括消能减震技术在内结构控制技术。本项目的研究内容以被动控制技术为主,开发了包括挤压型铅合金阻尼器和弯剪型铅合金阻尼器在内的各种工程实用的阻尼器。项目研究成果 2007 年获华夏建设科学技术一等奖(建设部,获奖年度为 2006 年),其中的弯剪型铅合金阻尼器获国家发明专利。
北京科技大学 2021-04-11
一种新型抗爆防护门门扇结构及其制造方法
本发明公开了一种新型抗爆防护门门扇结构,包括蒙皮外钢板框架,还包括U型加劲肋和钢棒,所述U型加劲肋焊接于蒙皮外钢板框架上层的内侧,所述钢棒两端分别与蒙皮外钢板框架的上层和下层相焊接,所述钢棒上设有钢套管,钢管套非完全覆盖整根钢棒,通过在蒙皮外钢板框架内增设U型加劲肋和钢棒,增加防护门门扇的刚度,钢板与钢棒的变形耗能能力,在不改变门扇基本结构的前提下,能够实现快速正常安装,达到阻断爆炸冲击波的目的,有效缓解了因爆炸波而带来的各种损害,提高生活的安全指数,有广阔的应用价值和发展前景。
东南大学 2021-04-11
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