基于交互式多模型算法的负荷建模体系研究

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作为电力系统建模研究的基础性领域,负荷准确建模对电力系统的规划、运行以及控制等方面的决策发挥着至关重要的作用。当前,新型电力系统“双高、双随机”的发展使得配网侧出现了广义负荷、柔性负荷等多元化的负荷新形态,负荷的构成及其特性发生了深刻变化,负荷模型精确性与泛化能力之间的矛盾日益凸显,负荷建模正面临着新的挑战。本文构建面向新型电力系统的基于交互式多模型算法的负荷建模体系,主要研究工作如下:(1)为应对新型电力系统中负荷特性的多样化复杂化,在深入分析当前聚类模型不足的基础上,提出了一种基于迁移学习的负荷特性聚类方法;在负荷特性提取时最大程度保留原始数据特征并最小化数据间的分布差异,在Simulink仿真平台上搭建的IEEE-14节点配电网算例系统验证了所提方法的有效性;面向广域负荷节点,从负荷特性的多时空尺度分类出发,提出了多元异构的负荷子模型集构建策略以及异构模型集协同滤波的IMM算法,一方面保障交互式多模型负荷建模方法中子模型集的强描述能力和泛化能力,另一方面提升交互式多模型负荷建模的实时性和精确性;基于Simulink搭建了含风电、光伏的广义负荷建模场景,验证所提方法的有效性。(2)为解决传统负荷建模过程中各建模系统之间相互独立、缺乏协同性等问题,首先对新型电力系统中负荷建模的体系特征进行分析,指出基于单一的负荷建模系统难以满足负荷建模的精确性、时变性等多元需求;其次从理论和方法两个层面构建交互式多模型负荷建模的研究框架,明确交互式多模型负荷建模方法的本质、基本特征、技术方法以及环境支撑;最后基于IMM算法将负荷建模长期以来形成的各个子系统有机串联起来,构建了基于交互式多模型算法的负荷建模体系,提升各建模系统之间的整体性和协同性。(3)开发了负荷建模的数字孪生平台;为实现物理世界中的变电站负荷节点与其在虚拟空间内数学模型之间的虚实映射和实时互动,提出了电力负荷建模的五维数字孪生模型;基于知识图谱构建了负荷建模的数字孪生平台架构,依据负荷建模的基本需求设计了面向负荷建模的实体图谱、本体图谱、逻辑图谱以及事件图谱;基于图数据库、Web服务器等关键技术对负荷建模数字孪生平台进行开发,并以某地区电网220kV变电站为例实现了负荷建模领域知识图谱的构建以及综合负荷建模功能。综上,本文提出了基于迁移学习的负荷特性分类方法和基于异构模型集的交互式多模型负荷建模方法;构建了基于交互式多模型算法的负荷建模体系,提升各建模系统之间的协同性;构建了基于知识图谱的负荷建模数字孪平台架构,设计了面向负荷建模的4种知识图谱,并对负荷建模平台进行开发,实例表明所搭建的平台具有功能界面友好、操作方便等优点。
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