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数字孪生配电网:探索数字驱动下的能源转型

供用电 2024年第1期41卷 2-2,1页

作者：刘东陈颖翁嘉明上海交通大学清华大学电机系上海交通大学电气工程系

“双碳”目标驱动下,传统配电网将逐步发展为可再生能源接入、分布式储能及柔性负荷互动、多类型综合能源互联的新型配电系统,呈现出源-荷不确定性的复杂运行工况的新形态与技术特征。数字孪生技术基于物理对象和虚拟模型的交互,孪生体... 详细信息

“双碳”目标驱动下,传统配电网将逐步发展为可再生能源接入、分布式储能及柔性负荷互动、多类型综合能源互联的新型配电系统,呈现出源-荷不确定性的复杂运行工况的新形态与技术特征。数字孪生技术基于物理对象和虚拟模型的交互,孪生体精准刻画物理对象的多维属性与行为特性,分析物理对象的未来演化趋势,将其应用于配电网中,为解决其复杂运行工况下的监控与优化运行提供有力支撑,正在成为电力系统数字化转型发展的新趋势,具有重要的理论意义和工程价值。

关键词：分布式储能配电系统电力系统能源互联柔性负荷物理对象数字驱动虚拟模型

高浓度掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的态密度模型研究

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电子学报 2024年第5期52卷 1591-1600页

作者：蔡坤林谢应涛蹇欢黄雁琳翁嘉明重庆邮电大学电子工程系重庆400065 上海交通大学电气工程系上海200240

针对背沟道刻蚀(Back Channel Etch,BCE)技术的非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFTs),建立了一种高浓度掺杂态密度模型(High Concentration Doping Density Of States model,HCD-DOS model),并通过数值模拟研究态密度关键参数对器件性能的影响,以此揭示a-IGZO TFTs中制备工艺对导电沟道修复的物理机理.首先,采用结合强度较高的钼/铜双层结构作为栅/源/漏电极,引入BCE方法制备了底栅顶接触(BottomGate Top-Contact,BG-TC)TFTs.其次,建立了适用于BCE技术的a-IGZO TFTs的HCD-DOS模型.随后,基于TCAD(Technology Computer Aided Design)仿真器对态密度关键参数进行数值研究,结果表明,不同态密度参数对a-IGZO TFTs器件转移特性曲线、电学特性以及沟道内部电子浓度分布的影响有所差异.最后,基于HCD-DOS模型探索SiO_(x)钝化层沉积和N_(2)O等离子体处理对器件内部机理的影响.研究发现,N2O等离子体处理对态密度分布和沟道载流子浓度有显著影响,进而导致阈值电压正向漂移.

关键词：非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管态密度模型钝化层沉积等离子体处理背沟道刻蚀

数字孪生与信息物理系统在智能配用电的应用辨析

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供用电 2024年第8期41卷 128-133页

作者：刘东陈飞翁嘉明魏力鹏班秋成电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海200240 贵州电网有限责任公司贵州贵阳550002

数字孪生(digital twin,DT)和信息物理系统(cyber-physical systems,CPS)都是电网数字化转型的关键技术,可以实现虚拟世界与物理世界的互动和融合,“双碳”目标背景下,为解决可再生能源大规模接入电网带来的电力系统安全与经济运行的技... 详细信息

数字孪生(digital twin,DT)和信息物理系统(cyber-physical systems,CPS)都是电网数字化转型的关键技术,可以实现虚拟世界与物理世界的互动和融合,“双碳”目标背景下,为解决可再生能源大规模接入电网带来的电力系统安全与经济运行的技术瓶颈提供了有效手段。然而,两者在很多方面有交叉,在实际应用中容易引起歧义。从DT与CPS的内涵及相互联系、信息物理耦合机理与融合建模、数字孪生应用场景等几个方面进行阐述与分析,并对DT与CPS技术在配用电领域应用的难点与技术发展趋势进行展望。

关键词：信息物理系统数字孪生智能配用电典型场景推演

网格化配电网的控制设备即插即用关键技术探讨

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供用电 2024年第5期41卷 18-27页

作者：朱峰辰翁嘉明刘东黄缙华宋旭东李志勇上海交通大学上海200240 广东电网有限责任公司电力科学研究院广东广州510062

网格化配电网作为应对分布式电源大量接入情况的新型配电网体系,具有高度自主决策能力和高效集体协调能力。传统的即插即用技术难以满足网格化配电网场景下新型终端设备接入的需求,也难以支持终端设备的自动更新升级和网格重构过程。针... 详细信息

网格化配电网作为应对分布式电源大量接入情况的新型配电网体系,具有高度自主决策能力和高效集体协调能力。传统的即插即用技术难以满足网格化配电网场景下新型终端设备接入的需求,也难以支持终端设备的自动更新升级和网格重构过程。针对这些问题,提出了一种适用于网格化配电网的即插即用技术,可以实现智能控制终端与配电主站以及网格边端设备间的自动识别和参数配置,支持智能设备的更新升级和网格的动态划分。首先,针对配电主站、网格边端设备以及智能控制终端间的模型不统一问题,提出了3层的模型映射方案;然后,描述了网格化配电网场景下即插即用机制的控制流程;最后,对网格划分变动过程中的拓扑动态识别与系统配置更新进行了研究,所提出的即插即用架构可以支撑网格重构的过程。

关键词：网格化配电网即插即用 CIM模型 IEC61850模型模型映射网格动态划分

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配电物联网典型数字孪生场景及仿真平台研究

供用电 2024年第1期41卷 3-13页

作者：陈飞翁嘉明徐重酉姚家煊宋晓阳刘东尚红权高杰方诚俊电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海200240 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司浙江宁波315000 上海能优网电力科技有限公司上海200240

大规模用户接入配电网后,新型配电物联网模型更加复杂,因配电网设备繁多、规模庞大,传统的仿真方法和仿真工具无法满足配电物联网的仿真要求。提出了配电物联网典型数字孪生场景、多类型能量流与信息流高度融合、多元化主体行为的动态... 详细信息

大规模用户接入配电网后,新型配电物联网模型更加复杂,因配电网设备繁多、规模庞大,传统的仿真方法和仿真工具无法满足配电物联网的仿真要求。提出了配电物联网典型数字孪生场景、多类型能量流与信息流高度融合、多元化主体行为的动态仿真架构。该架构可支持灵活化网架构建、精细化信息过程描述、信息物理复杂交互下的系统验证等功能。针对含分布式能源接入配电网的典型信息物理交互场景,进行了实例分析,仿真结论验证了该仿真平台的实用性与有效性。

关键词：数字孪生配电物联网仿真平台典型场景信息物理系统

2015年国际供电会议学术动态系列报道分布式能源与主动需求集成

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电力系统自动化 2016年第4期40卷 1-9页

作者：陈飞刘东翁嘉明电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海交通大学电子信息与电气工程学院国家能源智能电网(上海)研发中心

介绍了2015年国际供电会议分布式能源与主动需求集成(CIRED S4)分会的学术交流情况与研究热点。CIRED S4共录用126篇论文,通过大会宣读、张贴交流以及圆桌讨论会等多种形式进行热点问题的沟通研讨。会议关注的热点问题包括:柔性负荷特... 详细信息

介绍了2015年国际供电会议分布式能源与主动需求集成(CIRED S4)分会的学术交流情况与研究热点。CIRED S4共录用126篇论文,通过大会宣读、张贴交流以及圆桌讨论会等多种形式进行热点问题的沟通研讨。会议关注的热点问题包括:柔性负荷特征、用户电价响应机制等用户侧行为特点、分布式电源控制、需求侧管理策略、分布式能源和不同负荷响应模式引入对电网规划与运行等方面带来的影响,以及不同示范工程在各自领域内的先进研究成果及推广价值等。

关键词：国际供电会议分布式能源主动需求管理示范工程

含分布式电源的配电网供电恢复模型及改进贪婪算法

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电力系统自动化 2013年第24期37卷 23-30页

作者：于文鹏刘东翁嘉明电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海交通大学电子信息与电气工程学院

分布式电源及储能系统的并网运行使配电网供电恢复更加复杂。基于功率可控分布式电源及储能系统倍率放电、荷电状态与孤岛运行时间等因素,提出了孤岛运行约束条件及孤岛备用容量模型;提出了以恢复供电负荷最大为目标函数,考虑孤岛运行... 详细信息

分布式电源及储能系统的并网运行使配电网供电恢复更加复杂。基于功率可控分布式电源及储能系统倍率放电、荷电状态与孤岛运行时间等因素,提出了孤岛运行约束条件及孤岛备用容量模型;提出了以恢复供电负荷最大为目标函数,考虑孤岛运行备用容量约束、无电磁环网运行约束、支路潮流及节点电压约束的配电网供电恢复模型。结合配电网辐射状网络、负荷依次接入的特征,提出了逐步最优的改进贪婪算法,分别以可供电功率最大与线损微增率最小为选择判据,求解故障后配电网网络重构与孤岛划分。通过算例验证了考虑孤岛并网备用容量的供电恢复模型与改进贪婪算法,并对算法效率进行了比较分析。

关键词：供电恢复储能系统分布式电源孤岛备用容量改进贪婪算法

电力调频系统的信息物理融合建模及其在容错控制中的应用

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电网技术 2019年第7期43卷 2376-2383页

作者：陈冠宏刘东翁嘉明电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学)

该文提出一种考虑离散事件系统与连续时间系统融合动态的电力信息物理系统(cyberphysicalpowersystems,CPPS)建模与控制方法,并应用于调频系统的容错控制。首先,基于混合自动机理论,依据信息系统和物理系统的运行状态划分出CPPS调频系4... 详细信息

该文提出一种考虑离散事件系统与连续时间系统融合动态的电力信息物理系统(cyberphysicalpowersystems,CPPS)建模与控制方法,并应用于调频系统的容错控制。首先,基于混合自动机理论,依据信息系统和物理系统的运行状态划分出CPPS调频系4的四种运行模态并明确之间的转移条件;其次,对于每一种模态,分别在SimEvents及Simulink中构建了基于事件驱动的信息采集、通信、处理、控制模块以及基于时间驱动的物理系统动态模型。对于包含信息系统故障的模态,提出一种频率估计策略及其对应的容错控制方法。最后,通过算例对本文提出的信息物理融合建模方法以及CPPS调频系统进行了测试,系统频率控制结果验证了所提方法的有效性。

关键词：电力信息物理系统频率控制容错控制离散事件系统连续时间系统

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一类特征值优化问题的对抗神经网络求解方法

一类特征值优化问题的对抗神经网络求解方法

作者：翁嘉明华东师范大学

学位级别：硕士

特征值优化在工业界有广泛应用,计算颇具挑战性。本文创新地使用对抗神经网络方法求解一类带有设计约束的第一特征值优化问题。与传统方法相比,其无需求解偏微分方程,不用计算形状梯度,也不依赖于网格,减小了计算消耗的同时又简化了过程... 详细信息

特征值优化在工业界有广泛应用,计算颇具挑战性。本文创新地使用对抗神经网络方法求解一类带有设计约束的第一特征值优化问题。与传统方法相比,其无需求解偏微分方程,不用计算形状梯度,也不依赖于网格,减小了计算消耗的同时又简化了过程,还避免了传统方法容易受到网格影响的问题,只要拥有合适的参数,就能够得到极高的优化效率,训练时间较短。不过该方法缺少一定的数学解释,因此也无法在事先对参数进行估计,需要通过实验才能找到合适的参数。具体的方法是,我们将特征值问题的特征函数及密度函数设计变量,参数化为两个对抗的神经网络,再基于变分原理处理优化问题中的目标泛函,利用变系数罚方法与增广拉格朗日法无约束化,从而得到损失函数。对抗神经网络使交替训练网络参数成为可能。同时,对抗训练也解决了在极大化第一特征值时,两个神经网络需要分别求极大极小值的困难。针对二阶与四阶特征值问题,给出了算法在不同区域上极大化与极小化第一特征值的数值算例,验证了本文算法的有效性。

关键词：对抗神经网络深度学习损失函数形状优化特征值