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2024年 第57卷 第12期    刊出日期：2024-12-28

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2024, 57(12):  1-1. 

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面向新型电力系统的源荷预测技术

从感知-预测-优化综述图神经网络在电力系统中的应用

李卓, 王胤喆, 叶林, 罗雅迪, 宋旭日, 张振宇

2024, 57(12):  2-16.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202410093

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随着新型电力系统发电侧、输电侧和用电侧不确定性的日益增加，电力系统拓扑结构关系逐渐复杂、规模程度不断升级。常规欧式空间数据解析方法在表征多源异构和非规则的拓扑结构关系时，往往呈现性能较差、准确度不高的问题。图神经网络（graph neural networks，GNNs）能够捕捉到不同节点和边之间的复杂依赖关系，并有效挖掘非欧式空间数据结构中的时空特征，适用于复杂电力系统拓扑结构关系的感知与建模。针对于此，基于前人的研究进展，介绍了GNNs的定义和特点，并分析了GNNs不同变体的特点及其优势。然后，归纳和总结了GNNs在电力系统状态感知、预测、图潮流计算等方面的应用现状，从感知-预测-优化角度探讨了GNNs与新型电力系统的适配关系。最后，针对GNNs潜在的问题难点和未来可行的发展方向进行了总结和展望。

基于高斯混合聚类和改进条件变分自编码的多风电场功率日场景生成方法

李丹, 梁云嫣, 缪书唯, 方泽仁, 胡越, 贺帅

2024, 57(12):  17-29.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311050

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大量出力不确定的风电场并入电网会带来运行隐患和不可控风险，基于变分自编码器的场景生成模型方法能生成确定性场景集合以描述风电出力的不确定性。针对多风电场出力复杂的时空相关性以及在传统变分自编码器模型训练过程中可能存在的“KL坍缩”等问题，提出一种基于高斯混合聚类和改进条件变分自编码器的多风电场时空功率日场景生成方法。通过引入二维卷积技术提取时空相关性进行降维，并采用最大化最小夹角独立正则化技术，强化隐特征的独立性；采用超球面分布替代高斯分布，避免模型出现“KL坍缩”，提高模型场景生成训练的稳定性和准确性；另外，进一步考虑多风电场功率日场景的多样性和灵活性，引入高斯混合聚类技术，使模型可根据特定的条件标签生成具有差异化特征的确定性场景集。实际算例的结果表明，相较于常见方法，所提方法累积概率分布误差下降了17%~71%，时空相关性平均误差分别下降了85%~97%和55%~91%，且能精准生成不同风况类别占比的多风电场功率日场景集，提高了场景生成的多样性和灵活性。

基于复杂特征提取和Sinkhorn距离的风光荷多阶段场景树生成方法

王蕊, 傅质馨, 王健, 刘皓明

2024, 57(12):  30-40.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202402033

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新能源发电出力和负荷长期增长的不确定性增加了电网规划复杂性，开展新能源出力和负荷长时间尺度上的不确定性分析，对电网的规划与建设具有重要意义。提出了一种基于复杂特征提取和Sinkhorn距离的风光荷多阶段场景树生成方法。首先，为提高风光荷场景的聚类效率，提出基于堆叠稀疏自编码器的风光荷场景特征提取方法，并采用基于密度峰值改进的近邻传播算法对风光荷场景特征集合进行聚类，获得风光荷典型曲线，作为场景树的根节点；然后，考虑负荷不同增长率，逐年生成风光荷场景树，并提出基于Sinkhorn距离的场景树削减方法以降低场景树的规模；最后，算例仿真结果表明，所提方法计算效率高，生成的风光荷多阶段场景树可反映风光出力和负荷增长的不确定性。

基于TDE-SO-AWM-GRU的光伏发电功率预测模型

李翰章, 冯江涛, 王鹏程, 荣澔洁, 柴宇唤

2024, 57(12):  41-49.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202401015

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精确预测光伏发电功率对电网的安全与经济运行具有重要的意义，但因光伏发电具有时序性、间歇性、波动性以及高非线性等特征，难以深度挖掘数据隐含信息。针对此类问题，提出了一种基于结合时变数据增强（time-varying data enhancement，TDE）、蛇优化算法（snake optimizer，SO）、自适应权重模块（adaptive weight module，AWM）和门控循环单元（gated-recurrent unit，GRU）的光伏发电功率预测模型，通过强相关TDE提升数据特征的表现力，并构造全新的输入矩阵，然后利用AWM对增强后的输入矩阵进行自动赋权处理进入GRU进行预测，同时考虑到组合模型超参数选择困难的问题，引入SO对模型的最佳阈值进行寻找以发挥模型最大性能。最后，使用某光伏发电站实际数据对模型进行验证，结果表明：所提模型可有效提升光伏发电功率的预测精度。

基于分层关联性建模的分布式光伏功率超短期概率预测

陈璨, 苏紫诺, 马原, 刘佳林, 王玉庆, 王飞

2024, 57(12):  50-59.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202405022

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准确的区域分布式光伏功率概率预测可为有源配电网优化运行提供更全面的信息支撑。当缺乏气象测量或预报数据时，对分布式光伏时空相关信息的挖掘利用可以有效提升功率预测精度，然而，现有研究或难以针对性挖掘时空关联信息，或在建模过程中丢失大量有效信息。为此，提出了一种基于分层关联建模的区域分布式光伏功率超短期概率预测方法。首先，采用基于深度一致性的聚类方法对分布式光伏集群进行子区域划分，支撑对子区域内部时空关联的针对性建模；在此基础上，构建分层图结构以同步建模子域内与子域间时空关联关系，有效利用不同层级间关联信息；然后，提出了基于分层图卷积神经网络的概率预测模型，挖掘光伏电站之间的深度时空关联特征，提升区域分布式光伏超短期功率概率预测精度。最后，利用实际分布式光伏功率数据集验证了该方法的有效性。

基于相似时段匹配与Transformer网络建模的分布式光伏超短期功率预测方法

杨鹏伟, 赵丽萍, 陈军法, 甄钊, 王飞, 李利明

2024, 57(12):  60-70.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202403112

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由于缺乏气象数据，分布式光伏在天气骤变场景下预测精度不高，提出了一种基于相似时段匹配与Transformer网络建模的分布式光伏超短期功率预测方法。首先，将相似时段概念由日扩展至更灵活的时间段，并提出了一种历史功率与卫星遥感信息融合的匹配策略，旨在无须依赖气象数据的情况下，高效识别出对预测最为关键的相似功率时段。在此基础上，融合Transformer网络的强大时序建模能力，动态解析多源相似时段中的隐藏关联，深入挖掘功率关键特征信息，从而为天气骤变条件下的分布式光伏系统提供更为精确的超短期功率预测。最后，通过实际分布式光伏功率数据验证了所提方法的有效性。

基于相似日选取和数据重构的短期光伏功率组合预测方法

陈庆斌, 杨耿煌, 耿丽清, 苏娟, 孙京生

2024, 57(12):  71-81.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202406005

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针对光伏功率随机性较强等问题，提出了一种基于相似日选取和数据重构的短期光伏功率组合预测方法。首先，利用核模糊C均值算法对光伏功率进行聚类分析，通过最大信息系数提取主要影响特征；其次，结合合作博弈思想计算预测日和历史日的综合相关系数，挑选相关性较强的历史日构建训练集；然后，利用变分模态分解将光伏功率分解为若干子序列，计算排列熵值并重构为趋势项、低频项和高频项；最后，对趋势项和低频项采用长短期记忆神经网络进行预测，对高频项采用卷积神经网络-双向长短期记忆神经网络-注意力机制模型进行预测，将结果叠加得到最终预测结果。经实例验证，在不同天气条件下，所提模型整体预测误差最小，可有效提高预测精度。

电网

市场环境下灵活性资源虚拟电厂聚合调控关键技术综述

仪忠凯, 侯朗博, 徐英, 吴永峰, 李志民, 吴俊飞, 冯腾, 韩柳

2024, 57(12):  82-96.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202409025

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灵活性资源技术快速发展、数量与日俱增，为提升电力系统灵活性和经济效益提供了巨大潜力。虚拟电厂通过对海量异构灵活性资源协调管理和聚合调控，为支撑海量异构分散式资源参与电力市场交易提供了有效手段。针对电力市场环境下虚拟电厂中多元海量异构灵活性资源的难以高效管控、不同运营主体之间存在效益冲突、能量和辅助服务之间具有耦合关系等问题，对电力市场环境下灵活性资源虚拟电厂全链路运营过程中面临的技术挑战、当前研究进展和未来攻关方向进行了分析和总结。从灵活性资源虚拟电厂的聚合建模、竞标报价、运行控制3方面展开分析，对相关主流技术方法的模型特征、关联关系和适用场景进行了系统性归纳，以此全面认识电力市场环境下灵活性资源虚拟电厂涉及的关键科学问题、核心理论方法和主流技术方案等，为灵活性资源虚拟电厂的未来研究方向和技术发展提供建议。

考虑新能源多重相关性的柔性配电网分布鲁棒优化策略

刘志伟, 马悦, 沙志成, 邵云姝, 牛远方, 董晓明, 王成福

2024, 57(12):  97-108.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202409078

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高比例分布式新能源与全控型柔性电力电子元器件的大量接入，给传统配电网带来更多清洁电能与调控选择的同时，其出力的时空分布不均衡性与海量器件调节的复杂性，亦使得配电网的运行面临严峻挑战。对此，提出了一种考虑新能源多重相关性的柔性配电网分布鲁棒优化策略。首先，以配电网有功损耗与电压偏移最小为目标，推导并构建含多种源网荷协同调控措施的柔性配电网最优潮流模型。然后，计及新能源在时间空间与功率维度上的多重相关性，建立了基于数据驱动的柔性配电网两阶段分布鲁棒优化模型，采用1-范数与∞-范数进行源荷不确定性集合描述，并采用二阶锥将其线性化与凸松弛。最后，采用列与约束生成算法对该模型进行求解，并以改进的IEEE 33节点测试系统为例进行仿真分析，验证了该方法的有效性和实用性。

基于联盟链技术的商业建筑转供电主体需求响应策略

唐志辉, 张欣, 宁艺飞, 黄璜, 余昆, 华昊辰, 曹佳伟, 郑云天

2024, 57(12):  109-119.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309098

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商业建筑柔性资源丰富，可以有效参与需求响应，但商业建筑中普遍存在的转供电行为会造成终端用户参与需求响应积极性不足。一方面，需求响应的结算信息不透明，终端用户对转供电主体缺乏信任；另一方面，转供电主体忽略了终端用户的用电效用，激励机制不合理。针对上述问题，将联盟链技术用于商业建筑转供电需求响应环节，构建基于联盟链的商业建筑转供电需求响应系统，实现需求响应的去中心化与可信传递。针对转供电环境下公共区域和终端用户用电特点，提出考虑商业建筑转供电特征的需求响应策略。将该联盟链系统用于南京市某小型商业建筑环境下进行验证，实现了联盟链在商业建筑需求响应过程中的透明化交易与结算功能。仿真结果表明，该策略成功将转供电主体的用电成本降低了33.6%，证实了所提出策略的有效性。

基于熵权-德尔菲法的源网荷储多能互补项目布局评估方法

康俊杰, 赵春阳, 周国鹏, 赵良

2024, 57(12):  120-131.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202308035

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源网荷储一体化和多能互补对于加快新型电力系统建设，实现电力系统高质量发展，提高多种能源协调互济能力，推动中国能源绿色低碳转型和经济社会发展有重要意义。首先，基于分析中国源网荷储一体化和多能互补资源要素、国家发展战略、用电负荷、电价价格、新能源消纳水平、调节能力建设需求等因素，建立了主客观组合赋权的评估体系。然后，运用熵权法确定“一体化”多种发展路线影响因素的客观权重，同时也运用德尔菲法确定客观权重，经过融合计算得出综合权重。最后，根据影响因素分值和权重对各种发展路线进行综合评分，划分优先等级，得到中国各省（区、市）“一体化”项目建设优先顺序，为各省（区、市）布局“一体化”项目提供技术参考。

储能系统

考虑新能源出力的孤岛微网储能配置优化方法

黄兴华, 吴涵, 陈石川, 范元亮, 张功林

2024, 57(12):  132-138.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312094

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提出考虑新能源出力的孤岛微网储能配置优化方法。考虑新能源出力及孤岛微网储能系统的容量，基于储能设备的输出功率，计算储能配置优化参数，并建立目标优化函数，计算多目标优化函数适应度值，由此求得最优配置方案。实验结果表明：所提方法有利于提高孤岛微网系统的能源利用效率，保证供电稳定性。

基于VMD的SOFC电堆密封失效泄漏故障诊断

武鑫, 胡超, 王祺, 熊星宇, 胡亮, 钱相臣

2024, 57(12):  139-147.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307033

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固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，SOFC）在高温下长时间工作时，由于反复启停循环以及长时间运行后电堆容易发生密封失效，会导致泄漏故障发生，进而引发电堆的热失控和损坏，严重影响系统运行稳定性。针对此故障，根据实验获得的电堆温度及电压信号，提出了一种基于变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）和希尔伯特变换（Hilbert transform，HT）的诊断方法。采用该方法，通过实验研究了SOFC电堆密封失效泄漏故障，研究结果表明：利用基于VMD和HT方法的电堆泄漏故障诊断方法，可以判断在电堆开路状态是否存在泄漏问题；通过采集电堆的温度和电压信号，可以发现温度信号能够更快地反映电堆的泄漏故障；通过对比基于集合经验模态分解方法和VMD方法的电堆泄漏故障诊断方法，发现后者能够提前100 s检测电堆的泄漏故障。

基于HC-MOPSO的储能电站两阶段选址定容方法

白望望, 杨德州, 李万伟, 王涛, 张耀忠

2024, 57(12):  148-156.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202407093

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针对大规模储能规划难以兼顾电网有功功率与节点电压耦合影响的问题，提出一种基于层次聚类（hierarchical clustering，HC）-多目标粒子群（multi objective particle swarm optimization，MOPSO）算法的储能电站规划方法。首先，基于系统有功功率与节点电压间的耦合作用，建立其灵敏度模型，并采用HC算法得到电网区域划分结果，根据灵敏度指标排序选取各次区域内的电压主导节点作为储能电站接入点；其次，以系统静态电压稳定裕度最大、总投资与运行成本以及总有功网损最小为目标，建立储能电站容量配置模型，并设计嵌入潮流计算的MOPSO算法对模型进行求解。最后，以IEEE39节点电力系统网络为例，验证所提方法和模型的可行性与有效性。仿真结果表明，本文提出的规划方法相较于传统方法可以进一步降低系统有功线损，并提高静态电压稳定裕度。

发电

计及多重不确定性的生物质电厂库存优化模型

张金良, 胡泽萍

2024, 57(12):  157-168.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202308050

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生物质电厂库存优化策略的制定是保障区域电力供应的基础，然而生物燃料的季节性和需求的不确定性给库存优化带来了极大的挑战。为降低多类不确定因素对库存优化的影响，提出一种计及多重不确定性的生物质电厂库存随机-鲁棒优化模型。首先，使用椭球不确定集描述了生物质燃料价格及质量水平的不确定性，并利用情景树法构建典型生物质可用性场景，降低燃料供应季节性对库存策略制定的影响。其次，考虑误差的随机性和模糊性，利用生态云发生器模拟了3种用户的负荷曲线，提高了需求曲线拟合的准确性。最后，以库存总成本最小为目标，建立计及多重不确定性的生物质电厂库存随机-鲁棒优化模型，并通过算例对比确定型、随机和随机-鲁棒3类优化模型的优化结果，验证模型的有效性。结果表明：随机-鲁棒优化模型的生物质电厂库存总成本最低，为269.15万元。相比随机优化模型，所提策略的库存总成本降低了34.59%，能够提升库存优化策略的经济性和可靠性。

100 MW级联式S-CO₂循环动态特性研究

万明元, 任鑫, 王渡, 金亚飞, 王志刚, 王廷举, 杨昌宏, 刘昊坤

2024, 57(12):  169-177.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310090

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为分析100 MW级联式超临界二氧化碳（supercritical carbon dioxide，S-CO₂）循环的变负荷动态特性和最佳变负荷控制策略，利用多学科仿真平台（multi-disciplinary simulation platform，MSP）建立了100 MW级联式S-CO₂循环的动态仿真模型，考虑阀门调节的低成本和快速性，提出了4种阀门调节的负荷控制策略（高温透平节流调节、低温透平节流调节、高温透平旁通调节和低温透平旁通调节），分析了系统升、降负荷过程中关键参数的变化规律，得出结论：不同负荷控制策略对压缩机功率的影响较小；采用高温透平节流调节具有最高的循环效率，负荷率为75%和50%时，循环效率分别为27.60%和21.22%；节流调节会引起系统最高压力增大，负荷率为50%时，采用高温透平节流调节的最高压力为28.57 MPa；采用旁通调节可以避免超压风险，但循环效率较低。在保证系统承压能力的前提下，建议采用高温透平节流调节方式调节负荷。

信息与通信

耦合电网业务约束条件的电力通信故障检修辅助决策的实现

何天玲, 蔡立波

2024, 57(12):  178-187.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311135

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高比例新能源、交直流特高压远距离输电、高比例电力电子的应用给现有技术带来挑战的同时，也对电力通信网的调度运行管理提出了更高的要求。电网与电力通信网是典型的相依网络，通信网发生故障，特别是高重要度节点故障，不仅对通信自身网络系统造成严重影响，还会影响其相依网络，引发连锁故障。为此，首先总结通信网与电网业务耦合分析面临的挑战，然后提出判决通信网故障检修对电网业务影响的分析模型，以及受影响业务恢复模型，开发形成一种耦合电网安全的通信网与电网协同辅助平台，实现N-X及多维度故障检修场景下的自动化分析计算。最后以某区域骨干光缆网架和传输系统为实际场景进行验证，达到预期效果，有效提升了极端场景下通信网快速响应能力。

基于小波变换检测信号奇异性的多厂站信息同步方案

田宝江, 李岩, 廖晓玉, 杜兴伟, 段文岩

2024, 57(12):  188-197.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202304074

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厂站不同装置的录波文件受同步信号丢失以及通信通道损坏的影响，存在录波文件不同步的问题。然而，电力系统的各种纵联差动保护和距离保护等主保护，以及合并单元、相量测量单元和用于故障分析的录波器等二次设备均对信息同步要求严格。针对这一问题，提出了基于突变量检测算法的厂站不同装置录波文件的自同步方案。首先，考虑到传统Mallat小波算法存在高频信号丢失以及边界效应等问题，影响突变点检测的准确性，提出一种相邻窗互补算法以及数据窗选取优化策略，有效解决了传统小波变换所存在的问题。然后，提出了基于改进Mallat小波算法的厂站信息同步方案。最后，利用现场实际录波数据分析验证了所提改进算法以及信息同步方案的可行性和优势。

基于知识图谱与大语言模型的电力行业知识检索分析系统研发与应用

张金营, 王哲峰, 谢华, 么长英, 闵艳丽, 王新颖

2024, 57(12):  198-205.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202409084

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随着人工智能技术飞速发展，电力行业知识检索系统面临着技术的更新迭代。提出了一种基于知识图谱与大语言模型的电力行业知识检索分析系统。首先，借助大语言模型挖掘用户需求并理解用户的意图；然后，针对不同结构的知识信息，通过知识建模、知识抽取、知识融合等策略来构建结构化的知识图谱；最后，利用大语言模型根据用户请求和从知识子图中获取的专业知识，并将生成内容可视化展示给用户，为电力行业知识检索系统提供了新思路。

物联网技术下电网标识信息未授权窃取风险预测

吕华辉, 杨航, 林志达, 李慧娟, 付志博

2024, 57(12):  206-212.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311075

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电网领域通常具有复杂的网络拓扑结构。为了降低电网安全风险，提出物联网技术下电网标识信息未授权窃取风险预测方法。通过物联网技术和漏洞扫描工具，量化电网标识信息未授权窃取的风险，并考虑不同漏洞的严重性，采用模糊层次分析法进行分险评估。研究结果表明：所提方法预测误差数值较小，设备认证强度高。