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基于数据驱动的可再生能源场景生成与约简方法研究

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基于数据驱动的可再生能源场景生成与约简方法研究

作者：董骁翀华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着全球能源需求的不断增长,传统能源的大量开发导致资源紧张、环境污染、气候变化等问题日益突出,可再生能源具有无污染、环境友好的特点在近年来得到了快速的发展。但高渗透比例的可再生能源给电力系统的运行、调度和规划带来了巨大... 详细信息

随着全球能源需求的不断增长,传统能源的大量开发导致资源紧张、环境污染、气候变化等问题日益突出,可再生能源具有无污染、环境友好的特点在近年来得到了快速的发展。但高渗透比例的可再生能源给电力系统的运行、调度和规划带来了巨大的挑战。由于可再生能源出力存在着间歇性和随机性的特点,准确地描述其不确定性是克服这些挑战的关键。现有研究主要通过场景法和区间法对可再生能源出力不确定性进行描述。应用多场景技术来描述可再生能源的不确定性特征,将不确定性因素转化为多个确定性场景,已成为处理电力系统随机优化的主要方法。而场景分析法可分为场景生成和场景约简两个部分。场景生成技术通过构建可再生能源出力不确定性模型来提取初始场景集。本文提出了一种基于条件生成对抗网络的可再生能源日前场景生成方法,通过对抗网络的博弈训练使生成器学习到预测条件下噪声分布与日前场景集之间的映射关系。算例验证了所提日前场景生成模型的有效性,并与传统场景生成方法进行对比表明所提方法能更精确地描述可再生能源日前不确定性。场景约简技术则需要从大量的初始场景集中选择少量场景构成经典场景集。本文提出了一种基于Wasserstein距离的场景约简0-1规划模型。并提出了聚类有效性指标体系,依据聚类有效性指标确定最佳聚类数。算例根据聚类有效性指标确定的最佳聚类数对初始场景集进行场景约简,验证了所提方法的合理性与有效性。并对比分析了传统场景约简方法,结果表明场景约简0-1规划模型有着更好的精准性与适用性。基于以上研究工作成果,并结合项目示范工程需求开发了基于模块化设计的可再生能源场景生成系统。本文针对可再生能源场景生成系统的结构设计、部署方式以及功能设计进行了分析,并介绍了可再生能源场景生成系统中各个功能模块界面的人机交互信息。本文针对可再生能源场景生成与约简方法进行了系统性的研究工作,提出了基于条件生成对抗网络的场景生成技术以及基于Wasserstein距离的场景约简技术,最后将研究工作结合示范工程需求开发了可再生能源场景生成系统。

关键词：场景生成场景约简 Wasserstein距离生成对抗网络 0-1规划

一种基于Wasserstein距离及有效性指标的最优场景约简方法

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中国电机工程学报 2019年第16期39卷 4650-4658页

作者：董骁翀孙英云蒲天骄陈乃仕孙珂新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 国网经济技术研究院有限公司北京市昌平区102209

随着可再生能源的发展,电力系统中不确定性因素增多。精确地模拟可再生能源场景,对大规模新能源并网调度、规划有着重要意义。针对该问题,提出一种基于Wasserstein概率距离的场景约简0-1规划模型。并对聚类有效性指标进行分析,提出包含... 详细信息

随着可再生能源的发展,电力系统中不确定性因素增多。精确地模拟可再生能源场景,对大规模新能源并网调度、规划有着重要意义。针对该问题,提出一种基于Wasserstein概率距离的场景约简0-1规划模型。并对聚类有效性指标进行分析,提出包含内部有效性及外部有效性的指标体系,依据聚类有效性指标确定最佳聚类数。算例以爱尔兰岛风电预测–实测数据为基础生成初始场景集,根据聚类有效性指标确定的最佳聚类数对初始场景进行场景约简,验证了所提方法的合理性与有效性。对比分析了传统场景约简方法,结果表明,场景约简0-1规划模型有着更好的精准性与适用性。

关键词：可再生能源发电 Wasserstein概率距离场景约简有效性指标 0-1规划

基于时序混合密度网络的超短期风电功率概率预测

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电力系统自动化 2022年第14期46卷 93-100页

作者：董骁翀孙英云蒲天骄王新迎李烨华北电力大学电气与电子工程学院北京市102206 中国电力科学研究院有限公司北京市100192

风电概率预测能够为新型电力系统安全运行提供关键的边界条件。提高预测精度是风电概率预测研究的关键问题,并且提高隐式模型的可解释性有益于人工智能模型的推广应用。因此,文中提出了时序混合密度网络,提取风电时序数据的局部矩信息... 详细信息

风电概率预测能够为新型电力系统安全运行提供关键的边界条件。提高预测精度是风电概率预测研究的关键问题,并且提高隐式模型的可解释性有益于人工智能模型的推广应用。因此,文中提出了时序混合密度网络,提取风电时序数据的局部矩信息作为输入通道,采用时序卷积网络提取多时间尺度的概率特征,并使用混合Beta分布构建概率预测信息。算例结果表明,局部矩通道能有效提高模型训练的收敛性,并且由时序混合密度网络提取的混合分布参数具有一定的可解释性,其预测结果相比现有模型具有更高的精度。

关键词：风电功率概率预测混合密度网络时序卷积网络最大似然估计可解释性

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考虑数据隐私保护的可再生能源场景生成框架

电网技术 2023年第9期47卷 3690-3697页

作者：李洪裕董骁翀王新迎蒲天骄孙英云新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

为了有效描述可再生能源出力不确定性,需要将多源数据进行协同建模。然而,多源可再生能源数据的利益归属方不同,在协同建模中会存在数据共享意愿问题,这会引发在数据传输过程中带来数据泄露的隐患。针对以上问题,该文提出一种考虑数据... 详细信息

为了有效描述可再生能源出力不确定性,需要将多源数据进行协同建模。然而,多源可再生能源数据的利益归属方不同,在协同建模中会存在数据共享意愿问题,这会引发在数据传输过程中带来数据泄露的隐患。针对以上问题,该文提出一种考虑数据隐私保护的可再生能源场景生成框架,使用改进群体学习实现日前场景生成。理论分析和算例论证验证了所提框架具有较好的安全性和可行性。当目标域可再生能源历史数据不足时,使用该框架对多源数据协同建模,还能够有效提高目标域的场景生成精度。

关键词：可再生能源群体学习条件生成对抗网络不确定性场景生成

基于变分自编码器的主动配电网多源–荷场景生成方法

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电网技术 2021年第8期45卷 2962-2968页

作者：王新迎李烨董骁翀王昊天孙英云中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192 华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206

随着主动配电网中可再生能源渗透率的不断提高,其出力不确定性为主动配电网的规划、调度带来巨大挑战。针对该问题,提出一种基于变分自编码器的主动配电网多源–荷场景生成方法。该方法在传统变分自编码器结构中无监督地融入标签值使编... 详细信息

随着主动配电网中可再生能源渗透率的不断提高,其出力不确定性为主动配电网的规划、调度带来巨大挑战。针对该问题,提出一种基于变分自编码器的主动配电网多源–荷场景生成方法。该方法在传统变分自编码器结构中无监督地融入标签值使编码网络具有条件拟合的能力,并且设计了合理的编码网络与解码网络结构,使用图神经网络与时序卷积网络分别提取非欧氏相关性特征与时序相关性特征。算例使用实测多源–荷数据对所提方法进行仿真验证,结果表明改进变分自编码器能精确地还原场景并有效描述多源–荷场景之间的相关性,可对数据样本在无监督学习下生成标签值并生成对应同类型场景。

关键词：主动配电网可再生能源场景生成变分自编码器

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电力系统中时序场景生成和约简方法研究综述

电网技术 2023年第2期47卷 709-721页

作者：董骁翀张姝李烨王新迎蒲天骄孙英云新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

随着能源转型的推进,可再生能源以及新型负荷的渗透率不断提高,其引入的不确定性给电力系统安全与经济运行带来极大的挑战。对电力系统中不确定性因素精确建模是保证新一代电力系统安全稳定运行的基础。采用时序场景生成和约简技术对不... 详细信息

随着能源转型的推进,可再生能源以及新型负荷的渗透率不断提高,其引入的不确定性给电力系统安全与经济运行带来极大的挑战。对电力系统中不确定性因素精确建模是保证新一代电力系统安全稳定运行的基础。采用时序场景生成和约简技术对不确定性因素建模是推动电力系统不确定优化技术发展的关键。针对电力系统中时序场景生成和约简方法进行了系统性综述。首先,从研究对象和数学问题阐述了电力系统时序场景生成和约简的基本概念。其次,综述了电力系统中场景生成和约简的现有研究方法、评价指标以典型应用场景。最后对现阶段研究中存在的问题进行了归纳,并展望了未来的发展趋势和挑战。

关键词：场景生成场景约简不确定性随机优化概率模型

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多时间断面电–气综合能源系统状态估计

电网技术 2020年第9期44卷 3458-3465页

作者：董雷王春斐李烨王新迎董骁翀孙英云蒲天骄华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

随着电-气综合能源系统的快速发展,为准确感知运行状态需要对其进行状态估计。但天然气系统和电力系统响应时间及变化速度存在较大的差异,需要能够实时感知天然气系统暂态过程的运行状态。引入了离散化的天然气管道方程来描述其暂态变... 详细信息

随着电-气综合能源系统的快速发展,为准确感知运行状态需要对其进行状态估计。但天然气系统和电力系统响应时间及变化速度存在较大的差异,需要能够实时感知天然气系统暂态过程的运行状态。引入了离散化的天然气管道方程来描述其暂态变化过程,构建多时间断面的电-气综合能源系统状态估计模型,模拟电-气综合能源系统动态特性,更准确地描述其变化过程,感知系统运行状态的变化趋势。通过算例分析验证了不同量测配置下多时间断面状态估计的有效性,并与稳态模型估计结果进行了对比分析。

关键词：多时间断面电–气综合能源系统状态估计天然气系统暂态

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基于深度学习的输电线路螺栓检测技术

电网技术 2021年第7期45卷 2821-2828页

作者：张姝王昊天董骁翀李玉容李烨王新迎孙英云华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 国网通用航空有限公司北京市昌平区102209 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

输电线路螺栓缺陷检测对电力系统安全可靠运行具有重要意义,但螺栓在巡检图像中具有特征不明显、尺寸小的特点,这给螺栓检测研究带来了一定挑战。随着直升机、无人机巡检技术和边缘计算的发展,传统巡检图像处理方法已满足不了实时检测... 详细信息

输电线路螺栓缺陷检测对电力系统安全可靠运行具有重要意义,但螺栓在巡检图像中具有特征不明显、尺寸小的特点,这给螺栓检测研究带来了一定挑战。随着直升机、无人机巡检技术和边缘计算的发展,传统巡检图像处理方法已满足不了实时检测的需求。针对上述问题,提出一种基于深度学习的输电线路螺栓检测系统。采用分级检测原则,首先利用SSD(single shot mutibox detector)算法定位存在缺陷螺栓的连接部位并切割出连接部位,增大螺栓在巡检图像中的占比,其次利用数据增强扩充数据集,最后利用YOLOv3算法检测缺陷螺栓。最终将边缘计算装置搭载在直升机、无人机上,实现输电线路螺栓缺陷实时检测。为验证该系统的鲁棒性,对不同光照强度下的巡检图像进行仿真。实验结果表明,该方法能够有效、精确地实现巡检图像中螺栓缺陷的实时检测。

关键词：小目标检测深度学习缺陷检测系统数据增强

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单层网壳结构的局部加肋渐进式拓扑优化方法

上海交通大学学报 2024年

作者：王润谷董骁龚景海上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

研究单层网壳结构的局部加肋拓扑优化对提升其经济性与整体稳定性有重要意义。针对单层网壳结构，以结构用钢量为评价指标，基于渐进结构优化算法，提出局部加肋拓扑优化方法。根据结构中杆件的内力分布计算应变能，结合单层网壳结构的... 详细信息

研究单层网壳结构的局部加肋拓扑优化对提升其经济性与整体稳定性有重要意义。针对单层网壳结构，以结构用钢量为评价指标，基于渐进结构优化算法，提出局部加肋拓扑优化方法。根据结构中杆件的内力分布计算应变能，结合单层网壳结构的特点建立网格加强评价准则，在迭代运算中增加锥体加强应变能过大的网格，删除应变能过小的新增锥体，比较优化前后网壳结构的用钢量与整体稳定性，验证结构优化方法的可行性。经拓扑优化得到新的局部加肋单层网壳结构，相较于初始结构，优化后的结构用钢量减小，并且整体稳定性提高，成果可为单层网壳结构的局部加肋设计优化提供技术参考。

关键词：单层网壳结构局部加肋渐进结构优化算法拓扑优化