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基于闭环聚类和多目标优化的风电短期功率预测方法

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上海交通大学学报 2024年

作者：郭琦闫军郝乾鹏韩东杨志豪闫馨月张海鹏李然内蒙古电力(集团)有限责任公司天津大学未来技术学院上海交通大学国家电投智慧能源创新学院上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海非碳基能源转换与利用研究院

在区域风电短期功率组合预测领域，常用的深度学习预测模型虽然能够充分学习各单一模型的预测特征，但样本数据规模较小时，深度学习模型容易对训练数据分布产生依赖，从而产生过拟合现象；此外，虽然聚类方法被用来提升区域级预测的精... 详细信息

在区域风电短期功率组合预测领域，常用的深度学习预测模型虽然能够充分学习各单一模型的预测特征，但样本数据规模较小时，深度学习模型容易对训练数据分布产生依赖，从而产生过拟合现象；此外，虽然聚类方法被用来提升区域级预测的精度，但现有方法的聚类目标通常为最小化不同类中风电场的差异，如地理位置差异，而未考虑与预测目标的一致性。为解决以上问题，本文提出一种基于闭环聚类和多目标优化的风电短期功率预测方法。在该方法中，首先通过闭环聚类算法将风电场分为多类；对于每类中的风电场数据，运用Bootstrap方法从原始数据集中随机有放回地抽取N组训练子集；然后利用N组子集数据分别训练卷积神经网络模型；最后采用多目标优化算法对N个卷积神经网络的预测结果进行集成。基于中国内蒙古地区的实际风电场数据开展算例验证，结果表明，所提方法在均方根误差方面相比长短期记忆网络模型降低了33.81%，相比基于卷积神经网络的组合预测模型降低了24.08%，相比基于K-means聚类方法的预测降低了14.05%。

关键词：新能源预测聚类 Bootstrap 多目标优化深度学习

计及算力需求响应的神经分支电-算网快速优化方法

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上海交通大学学报 2024年

作者：张磊李然唐伦陈思捷赵世振苏福上海非碳基能源转换与利用研究院国网四川省电力公司西安交通大学电气工程学院上海交通大学国家电投智慧能源创新学院上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室

数据中心的快速发展使其可以作为需求响应参与电力系统调度，通过在区域间调度数据中心内算力资源能够实现节能减排、节约成本的目的，但在电力系统调度中考虑数据中心算力资源的需求响应面临计算速度不足的问题，基于此提出了计及算力... 详细信息

数据中心的快速发展使其可以作为需求响应参与电力系统调度，通过在区域间调度数据中心内算力资源能够实现节能减排、节约成本的目的，但在电力系统调度中考虑数据中心算力资源的需求响应面临计算速度不足的问题，基于此提出了计及算力需求响应的神经分支电-算网快速优化方法。首先建立考虑算力资源需求响应的电-算网双层优化模型，其次结合图卷积神经网络与分支定界法，应用于双层模型中。通过历史数据训练，计及算力需求响应的神经分支电-算网快速优化方法具备快速确定分支定界变量顺序、最小化迭代次数的能力，显著提高求解速度，实现考虑数据中心算力资源的机组组合需求响应高速求解。在“东数西算”工程仿真场景中验证所提方法性能，与伪成本分支算法相比，平均缩短了求解时间39.1%；与商用求解器CPLEX相比，平均缩短了求解时间38.1%；与基于机器学习的优化加速算法Extratrees相比，平均缩短了求解时间13.5%。此外若将其用于日内调度，系统协同调度频率从1次/h提高到了4次/h，平均可提高可再生能源消纳量17.4%。

关键词：混合整数规划机组组合需求响应数据中心神经分支

西部地区矿井多能互补热电协同供能系统配置优化研究

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煤炭学报 2024年

作者：王龙飞王帅李庆李瑞华武进向轶邴喆中煤能源研究院有限责任公司清洁利用研究所

随着“双碳”目标的深入推进，利用可再生能源资源降低煤炭开采过程的碳排放成为重要发展趋势，而矿井供能采用可再生能源面临着资源禀赋条件复杂、可再生能源波动、能源利用技术多样、用能负荷需求多变等多重问题。为实现对煤矿不同供... 详细信息

随着“双碳”目标的深入推进，利用可再生能源资源降低煤炭开采过程的碳排放成为重要发展趋势，而矿井供能采用可再生能源面临着资源禀赋条件复杂、可再生能源波动、能源利用技术多样、用能负荷需求多变等多重问题。为实现对煤矿不同供给需求边界条件下的定制化开发，以西部地区年产8.00Mt/a纳林河二号矿井热电供能系统为研究对象，提出了结合可再生能源及煤矿伴生资源的矿井多能互补热电供能系统与配置优化方法。该系统利用光伏、风电、热泵、储能等能源生产转换储存设备在可行边界条件下实现能量生产转化与平移，实现煤矿电能与热能互补互济与能源共享。通过分析矿井热电等能源需求及矿区太阳能、风能和伴生资源的源荷特征，在气象条件、分时电价、设备容量等边界约束下，采用供能总成本最低的方式满足矿井热能与电能的实时需求。基于负荷数据、设备模型、优化算法构建了多能互补热电协同供能模型，并提出了基于经济性、能效性、环保性、安全可靠性多维度评价指标体系，对该系统进行了研究分析与评价。研究结果表明，多能互补热电协同供能系统能够实现矿井供能系统的清洁低碳热电协同供能，有效降低对化石燃料的依赖，以年产8.00Mt/a纳林河二号矿井为例，采用多能互补热电协同供能系统可大幅降低能源采购成本，系统运行总费用可降低50%以上，系统绿色能源占比可提高到65%以上，实现80%以上可再生能源发电量自发自用，每年可以减排放二氧化碳45%以上。

关键词：碳中和煤矿多能互补余热利用规划配置低碳环保

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天然气水合物降压开采相变的热力学特性研究

工程热物理学报 2024年第9期45卷 2580-2585页

作者：田梦茹董爽李静杨明军宋永臣郑嘉男大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室大连116024 浙江大学上海高等研究院上海201203

天然气水合物开发是国家重大战略需求,距离其商业化开发还需要进一步提产增效,如何实现天然气水合物高效开采需要依托于水合物热力学机制。传统水合物热力学研究局限于相平衡特性,缺乏水合物分解过程非平衡热力学角度的考量,同时水合物... 详细信息

天然气水合物开发是国家重大战略需求,距离其商业化开发还需要进一步提产增效,如何实现天然气水合物高效开采需要依托于水合物热力学机制。传统水合物热力学研究局限于相平衡特性,缺乏水合物分解过程非平衡热力学角度的考量,同时水合物分解过程中可能伴随结冰和融冰,复杂传热和传质条件下水合物开采过程的热力学特性亟待阐明。本研究利用一套2 L的天然气水合物降压开采实验系统,模拟不同分布的水合物储层,在0.55 L/min(标准工况)的恒定排气速率下开展长降压(至1.0 MPa)过程水合物开采研究,结果表明降压过程中水合物区域温度与压力之间存在着只受水合物分解控制的非平衡热力学关系(T[℃]=8533.8/{38.98-ln(1000p[MPa])}-275.25),并且不受储层温度梯度影响。吉布斯相律表明相变过程热力学自由度为1,天然气水合物开采属于相变过程,其温度压力的定量关系吻合热力学理论。当水合物降压到2.1~2.3 MPa左右时,储层内出现瞬时结冰,导致温度突增并加速水合物分解,由于排气速率恒定,聚集的气体使压力最高上升到2.36 MPa,分析发现结冰前后水合物储层温度和压力仍满足水合物的非平衡热力学相图。本研究阐明了天然气水合物开采过程热质传递作用存在条件下相变热力学机制,能够为开采现场监测进程提供更为实用的理论依据。

关键词：天然气水合物相变过程水合物分解冰非平衡热力学

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泥质低渗水合物降压开采特性与模型研究

化工学报 2024年第8期75卷 2909-2916,F0003页

作者：杨明军巩广军郑嘉男宋永臣大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室辽宁大连116024 浙江大学上海高等研究院上海201203

天然气水合物(又名可燃冰)是海底储层常见的一种非常规浅层气藏,具备泥质、低渗等特点,实现其安全高效开发具有重要现实意义。在水合物开采过程中,气体渗流及水合物分解行为都会发生动态变化,两者的复杂耦合作用决定了水合物储层的产气... 详细信息

天然气水合物(又名可燃冰)是海底储层常见的一种非常规浅层气藏,具备泥质、低渗等特点,实现其安全高效开发具有重要现实意义。在水合物开采过程中,气体渗流及水合物分解行为都会发生动态变化,两者的复杂耦合作用决定了水合物储层的产气效率,但目前缺乏对其动态耦合预测模型的研究。因此,需要进一步分析天然气水合物储层降压开采过程中气体渗流与水合物分解行为。使用南海土在岩心夹持器内重塑了泥质低渗的水合物储层,探明了降压开采特性以及储层压力的影响,并创新性提出包含储层压力、水合物分解以及产气流量等关键指标的水合物降压开采预测模型,实现了泥质低渗水合物储层渗流与分解时空关联与高精度预测,相关系数(R2)均为99%以上。本结果可为实地优化调控降压开采水合物提供理论指导。

关键词：天然气水合物低渗岩心相变模型多孔介质降压开采

考虑热力系统等效储能特性的低碳园区储能容量优化配置

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上海交通大学学报 2024年第6期58卷 863-871页

作者：陈晖何耿生刘昱良曾红梅张世旭李姚旺南方电网能源发展研究院有限责任公司广州510700 清华四川能源互联网研究院成都610213

低碳发展目标下,配置储能是保证低碳园区安全、经济运行,降低碳排放量的关键手段.为解决当前低碳园区中碳排放计算不准确、等效储能资源利用不充分的问题,提出了基于碳排放流理论的电网动态排放因子计算方法,实现了园区用电间接碳排放... 详细信息

低碳发展目标下,配置储能是保证低碳园区安全、经济运行,降低碳排放量的关键手段.为解决当前低碳园区中碳排放计算不准确、等效储能资源利用不充分的问题,提出了基于碳排放流理论的电网动态排放因子计算方法,实现了园区用电间接碳排放的精确计量;然后,充分考虑园区中的可用等效储能资源,提出了一种考虑热力系统等效储能特性的储能容量优化配置模型,并采用大M法对模型中的非线性约束进行了等价转换.最后,基于算例系统进行了仿真分析,仿真结果验证了所提模型的正确性和有效性.

关键词：低碳储能系统优化配置碳排放流间接碳排放

分布式光伏集群功率短期预测的空间互补特性初探

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电力系统自动化 2024年第3期48卷 42-50页

作者：阮呈隆李康平李正辉黄淳驿上海交通大学智慧能源创新学院上海市200240 上海非碳基能源转换与利用研究院上海市200240 清华大学电机工程与应用电子技术系北京市100084 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) 上海市200240

随着分布式光伏装机容量的快速增长,分布式光伏集群功率预测对电网调度的影响日益增强。分布式光伏集群功率预测存在“先累加后预测”“先预测后累加”以及“先聚类再预测”3种技术路线。通过在含600多个分布式光伏站点实测功率数据集... 详细信息

随着分布式光伏装机容量的快速增长,分布式光伏集群功率预测对电网调度的影响日益增强。分布式光伏集群功率预测存在“先累加后预测”“先预测后累加”以及“先聚类再预测”3种技术路线。通过在含600多个分布式光伏站点实测功率数据集上的实验发现,分布式光伏集群功率预测存在“空间互补”现象,即3类集群预测路线得到的预测误差相比于单个场站的平均预测误差都有所降低。为了探究空间互补现象的产生机理及影响因素,首先从机理分析的角度将其归纳为“出力曲线互补”和“预测误差互补”两类空间互补特性。然后,提出了“空间互补系数”这一概念,对互补效果进行量化评估。最后,探究了集群规模、分布范围、天气类型和聚类簇数4种因素对空间互补特性的影响。结果表明,两类空间互补特性对分布式光伏集群短期功率预测精度提升效果显著,且预测误差互补在精度上优于出力曲线互补。研究结果可为分布式光伏集群划分提供依据,有助于实现更加高效且准确的功率预测。

关键词：分布式光伏功率预测集群空间互补误差

交联聚乙烯直流电树枝降压阶段的局部放电特性

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高电压技术 2024年第1期50卷 348-358页

作者：林国海张洪亮郑喆王亚林周明瑜尹毅上海交通大学电气工程系上海200240 全球能源互联网欧洲研究院柏林DE-10623

电树枝是交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆的典型缺陷,有效检测电树枝对电缆绝缘状态评估至关重要。为此对含有电树枝的XLPE针-板绝缘试样进行直流局部放电实验,分析不同阶段下的局部放电特性以及电压参数对放电特性的影响。实验发现:含电... 详细信息

电树枝是交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆的典型缺陷,有效检测电树枝对电缆绝缘状态评估至关重要。为此对含有电树枝的XLPE针-板绝缘试样进行直流局部放电实验,分析不同阶段下的局部放电特性以及电压参数对放电特性的影响。实验发现:含电树枝的试样在降压过程中会出现局部放电现象,不含电树枝的试样则不会放电;降压过程中的放电具有良好的重复性,对电树枝尺寸无明显影响,且放电脉冲极性与恒压阶段的相反。该实验现象表明利用降压阶段的局部放电检测,可为高压直流电缆电树枝的评估提供一种有益的尝试。此外,实验表明多次局部放电可能导致通道电导率增加,放电熄灭电压增大。不同电压参数下的降压阶段实验结果表明:更高的直流电压,合适的降压速率可以增加放电次数;针电极为负极性时平均放电量更高;恒压时长对放电特性没有显著影响。采用数值仿真分析了降压前后绝缘区域的电场分布,结果表明降压前期,泊松电场的衰减速率低于外施电场的衰减速率,使得针尖附近形成场强较高的反向电场,从而导致降压过程中的局部放电。

关键词：交联聚乙烯直流电树枝局部放电空间电荷绝缘诊断

基于LEAP模型的临港新片区中长期碳排放预测及减排潜力分析

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环境科学 2024年第2期45卷 721-731页

作者：吴琼马昊任洪波郭明星陈鹏李琦芬上海电力大学能源与机械工程学院上海200090 国网上海市电力公司经济技术研究院上海200120

基于上海临港新片区现有统计数据,结合其未来社会经济发展、产业结构和技术进步等,构建了LEAP-临港模型,分析了基准情景、低碳情景和强化低碳情景下新片区的能源需求和碳排放演化趋势.为增强模型的预测精准度,采用Logistic人口生长模型... 详细信息

基于上海临港新片区现有统计数据,结合其未来社会经济发展、产业结构和技术进步等,构建了LEAP-临港模型,分析了基准情景、低碳情景和强化低碳情景下新片区的能源需求和碳排放演化趋势.为增强模型的预测精准度,采用Logistic人口生长模型对临港未来人口数据进行预测,并利用学习曲线模型模拟相关减碳技术的成本发展趋势.同时,构建了碳减排技术的经济性评价模型,通过绘制边际减排成本曲线对典型减碳技术的经济成本及减排潜力进行评估.结果表明,强化低碳情景下,2060年临港新片区一次能源消费中可再生能源占比达69%,电能在终端能源需求中占比达91%;临港新片区可在2030年实现碳达峰,且2060年碳排放量相较基准情景下降94%.就减排贡献度而言,清洁能源替代、产业结构优化和终端能效提升对临港碳减排起到关键作用,中期(至2035年)分别贡献35.1%、27.3%和16.2%的碳减排量,长期(至2060年)分别贡献50.6%、8.75%和7.7%的碳减排量.就具体减碳技术而言,氢能发电、电解水制氢及碳捕获和利用与封存(CCUS)技术对实现净零排放意义重大,但减排成本相对较高.研究成果可为临港及相关地区的低碳绿色发展提供思路和借鉴.

关键词： LEAP模型碳排放边际减排成本贡献度分析临港新片区