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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 FIR 数字滤波器原理的数字幅频均衡功率放大器装置
本实用新型涉及功率放大器技术,具体涉及基于 FIR 数字滤波器原理的数字幅频均衡功率放大器装 置,包括依次连接的信号预处理模块、前级放大模块、数字幅频均衡模块、DAC 后级滤波模块和功率 放大模块,与数字幅频均衡模块连接的 FPGA 模块,以及与 FPGA 模块连接的触摸屏模块。该放大器装 置基于 FPGA,以嵌入式处理器 NIOSⅡ为控制核心,输出功率可达到 10W,电路效率达 66%,经过数 字幅频均衡处理后,以 10KHz 时输出信号电压
武汉大学 2021-04-14
一种用于模块化串联的电磁轴承用的开关功率放大器
本实用新型公开了一种用于模块化串联的电磁轴承用的开关功率放大器。包括数字控制器、电流传感器、信号调理电路和至少一个功率模块,功率模块以模块化方式串联后的两端作为电压输入端,电流传感器和负载串联后作为输出端连接在功率模块中,电流传感器的输出端经信号调理电路与数字控制器连接,数字控制器连接各个功率模块,并控制各个功率模块之间的连接和每个功率模块的内部导通状态。本实用新型能灵活选择投入使用实现开关功率放大器的最优性能,功率模块统一设计,更换方便,排除故障简单,在低电压工作场合用本实用新型比用高电压器件的功放器件的工作效率更高,损耗更小。
浙江大学 2021-04-13
北京化工大学昌平校区室外无线AP采购项目竞争性磋商公告
北京化工大学昌平校区室外无线AP采购项目竞争性磋商
北京化工大学 2022-05-27
双边LC网络的无线电能传输系统恒流输出的参数设置方法
本发明公开了双边LC网络的无线电能传输系统恒流输出的参数设置方法,属于无线电能传输的技术领域。该系统包括:高频全桥逆变电路、原边LC补偿网络、松耦合变压器、副边LC补偿网络、全桥整流滤波电路,通过调整原边补偿网络的LC参数使其输出负载所需的的恒流,通过调整副边补偿网络LC参数,使其同时实现电路近似零无功环流和开关器件的软开关,提高效率,减小器件应力。
东南大学 2021-04-11
一种基于无线信道特征量化私有不对称密钥的信息传输方法
本发明介绍了一种基于无线信道特征量化私有不对称密钥的信息传输方法。由通信双方测量无线信道特征,提取出各自的私有密钥。通信的一方使用私有密钥对需要传输的信息先进行信道编码后再进行异或操作,实现对传输信息的加密。接收方使用其私有密钥对接收的信息进行异或操作,实现对传输信息的解密。由于无线信道和设备特征的影响,通信双方的私有密钥可能不对称,即有一定的差异。接收方解密的信息需要再使用信道纠错译码,解出正确的传输信息。使用该方法可以不需要通过额外的信息调和和隐私放大过程,实现共享无线信道特征的安全信息传输。
东南大学 2021-04-11
一种基于车轮的电动汽车行驶中无线能量供能系统
本发明公开了一种基于车轮的电动汽车行驶中无线能量供能系统。包括安装在车辆车轮上的能量接收组件和安装在行车道两旁的能量发射组件,多个能量发射组件沿行驶方向间隔地布置在行车道上,通过能量发射组件通电在行车道两旁产生交变磁场,车辆带有能量接收组件的车轮在交变磁场中行驶产生电能为电动汽车供电;利用电磁感应原理收集行车道两侧发射组件发送的能量,在车轮内能量接收组件收集的能量通过电滑环输入车体内供给电池和电动机,给车辆充电并驱动车辆不间断行驶。本发明对车辆的框架结构尺寸和底盘高度等影响小,不需要改造路面,具有接收效率高、系统部署简单、车辆适用性强的特点,可用在电动公交等系统中,促进节能环保。
浙江大学 2021-04-11
无尾家电金属异物检测与磁耦合谐振式无线电能传输系统
无尾家电金属异物检测: 当无线电能传输系统能量交换区中混入金属时,由于涡流效应金属温度会 急剧升高,进而产生严重的安全事故,因此对混入能量传输区域金属的检测需 亟待解决。本项目组经过多年的研究,积累了丰富金属检测经验,提出了基于 混沌理论和改进平衡线圈技术的检测方法。基于该技术,2013-2014年项目组与 海尔公司合作开发了“无尾家电金属异物检测”系统,成功应用于700W无尾搅拌 器系统中,实验证明系统具有很高的灵敏度和抗干扰性,可实现金属异物检测 精度小于5mm,确保了家电的安全性。磁耦合谐振式无线电能传输系统: 自从2007年美国麻省理工学院(MIT)的Marin Soljacic教授等人利用磁耦合谐 振技术成功地在2m外点亮一只60W的灯泡,无线电能传输技术(WPT)迅速成为 一个世界范围内的研究热点。磁耦合谐振原理是目前电能传输的最好方式,可 实现大功率、高效率、远距离的电能传输,克服有线供电取电不灵活问题。基 于该原理,本项目组成功开发了样机系统,其最大功率10kW,整体传输效率85% 以上,垂直传输距离达200mm,水平自由度100mm,具备金属异物检测功能。 能量传输平台采用扁平化设计,使该系统占用空间体积更小,可非常方便地应 用于家电无尾传输、汽车无线充电、AVG车、机器人等领域。
山东大学 2021-04-13
一种基于片上系统的无线温湿度监控节点及其监控方法
本发明公开了一种基于片上系统的无线温湿度监控节点及其监控方法,所述无线温湿度监控节点包括均单片机CC430、数字温湿度传感器SHT11、聚合物锂电池、天线、32.768kHz的低频晶振、26MHz的高频晶振和JTAG调试口。本发明利用无线温湿度监控节以及其监控方法,不仅在环境的安装部署上极为简便,在维护或者改装变迁上也非常方便;另外本发明是休眠和工作之间来回切换,极大程度的降低了功耗,而且也有效的避开了多个节点之间的相互干扰。
四川大学 2016-10-27
一种支持异质智能无线传感器在线开放规划的方法及系统
本发明公开了一种支持异质智能无线传感器在线开放规划的方法及系统,包括通过互联网在线注册 智能无线传感器元数据到 SOS 服务、构建并在线安装智能无线传感器规划插件、在线注册智能无线传 感器元数据到 SPS 服务、在线获取智能无线传感器任务规划参数描述、设置智能无线传感器任务规划参 数并在线验证智能无线传感器任务规划参数有效性、在线提交智能无线传感器任务规划请求、基于时空 位置在线获取智能无线传感器观测数据七步骤;本发明实现了异质智能无线传感器在
武汉大学 2021-04-14
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