團(tuán)隊(duì)介紹

華南理工大學(xué)綜合智慧能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行與控制（ISESOOC愛思科）團(tuán)隊(duì)主要從事電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行、綜合能源系統(tǒng)、智能電網(wǎng)能量管理以及信息-物理-社會(huì)系統(tǒng)等方面的研究。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人朱繼忠教授是國(guó)家海外高層次引進(jìn)人才，IEEE/IET/CSEE Fellow，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)客座研究員，擔(dān)任IEEE PES智慧樓宇、負(fù)載及客戶系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)（中國(guó)）主席，MPCE等國(guó)際期刊編委，IEEE P2781和P2783兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作組主席，IEEE SMC標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)委員和IEEE SMC智能電力與能源系統(tǒng)專委會(huì)委員，全國(guó)電力需求側(cè)管理標(biāo)委會(huì)委員。曾任首屆全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)委員、IEEE電力負(fù)荷分專委會(huì)主席、IEEE SBLC亞太地區(qū)工作組主席等。

團(tuán)隊(duì)正茁壯成長(zhǎng)，目前有教授1名，副教授2名，博士后、博士與碩士研究生共30余名。近年來(lái)，參與和承擔(dān)了國(guó)基等國(guó)家級(jí)課題6項(xiàng)、省部級(jí)科學(xué)基金4項(xiàng)、國(guó)家電網(wǎng)公司與南方電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目等科研項(xiàng)目8項(xiàng)。近三年來(lái)發(fā)表SCI論文30余篇，EI收錄論文60余篇，主持和參與制定國(guó)際國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)，獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)3項(xiàng)。

朱繼忠

教授，博士生導(dǎo)師，IEEE/IET/CSEE Fellow，華南理工大學(xué)愛思科團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，主要從事綜合智慧能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行與控制方面的研究工作。

駱騰燕

碩士研究生，研究方向?yàn)榫C合智慧能源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性評(píng)估與優(yōu)化。

吳皖莉

博士研究生，研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)。

李盛林

博士研究生，研究方向?yàn)榭稍偕茉次㈦娋W(wǎng)和主動(dòng)配電網(wǎng)的能量管理。

董瀚江

博士研究生，研究方向?yàn)榫C合智慧能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行與控制。

研究背景

在本系列論文中，上篇《綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性評(píng)估評(píng)述I：模型驅(qū)動(dòng)法》主要對(duì)模型驅(qū)動(dòng)的綜合能源系統(tǒng)(Integrated Energy Systems, IES)運(yùn)行可靠性建模及評(píng)估進(jìn)行了詳細(xì)綜述，并對(duì)現(xiàn)有研究所存問題作歸納總結(jié)。

本文為下篇，主要對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)以及模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的IES運(yùn)行可靠性評(píng)估的研究現(xiàn)狀以及現(xiàn)存問題進(jìn)行綜述，并對(duì)IES運(yùn)行可靠性分析建模與評(píng)估方法中的現(xiàn)存關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行總結(jié)與展望，在此基礎(chǔ)上，提出人工智能背景下模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的IES運(yùn)行可靠性建模與評(píng)估新思路。

論文所解決的問題及意義

對(duì)IES進(jìn)行運(yùn)行可靠性評(píng)估，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知，而且能對(duì)系統(tǒng)的短期運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能技術(shù)解決能源領(lǐng)域問題是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。

本文首先從基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)法對(duì)考慮時(shí)變性與供需不確定性的綜合能源系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行可靠性建模方法進(jìn)行闡述和總結(jié)，并歸納出在設(shè)備運(yùn)行可靠性建模方面現(xiàn)有研究存在的不足；其次，詳細(xì)總結(jié)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)以及模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)兩種運(yùn)行可靠性評(píng)估方法的原理、研究現(xiàn)狀和目前研究存在的局限性；最后，針對(duì)現(xiàn)有研究存在的問題，對(duì)IES運(yùn)行可靠性評(píng)估研究進(jìn)行總結(jié)與展望并提出人工智能背景下模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行可靠性建模及評(píng)估總體思路。

圖1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行可靠性評(píng)估

圖2模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行可靠性評(píng)估

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

目前，IES運(yùn)行可靠性評(píng)估方法主要有模型驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)三種。模型驅(qū)動(dòng)因其速度與精度的固有矛盾在處理IES中的高維非線性問題方面存在困難，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法因其可解釋性較弱等自身的局限性導(dǎo)致在能源領(lǐng)域的應(yīng)用也遭遇瓶頸。發(fā)展模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行可靠性評(píng)估方法，有望解決目前的技術(shù)難題。

但在運(yùn)行可靠性評(píng)估方面，混合驅(qū)動(dòng)的研究相對(duì)較少，且混合結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，如何實(shí)現(xiàn)模型驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的最優(yōu)融合是后續(xù)研究中亟需解決的問題。除現(xiàn)有的串聯(lián)、并聯(lián)、嵌入式等結(jié)構(gòu)外，思考將模型驅(qū)動(dòng)模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)訓(xùn)練中的約束條件，或通過模型驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)控制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的多次調(diào)用來(lái)優(yōu)化評(píng)估結(jié)果等手段對(duì)混合驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行發(fā)展與更新，也具有深入研究的價(jià)值。

具有抽象數(shù)據(jù)表示的動(dòng)畫數(shù)字背景循環(huán)

針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，本文提出一種模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的IES運(yùn)行可靠性分析建模及評(píng)估方法的總體思路。如圖3，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高效的IES運(yùn)行可靠性評(píng)估的基本思路如下：

①基于傳感器和量測(cè)系統(tǒng)提供大量IES實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，并結(jié)合系統(tǒng)狀態(tài)模擬生成運(yùn)行可靠性場(chǎng)景數(shù)據(jù)集。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，運(yùn)行可靠性場(chǎng)景數(shù)據(jù)集必須包含反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、氣象條件和運(yùn)行環(huán)境等可能導(dǎo)致運(yùn)行可靠性發(fā)生改變的內(nèi)外部影響因素的數(shù)據(jù)。對(duì)運(yùn)行及模擬過程中產(chǎn)生的問題數(shù)據(jù)，擬采用數(shù)據(jù)清洗技術(shù)對(duì)其進(jìn)行刪除或修正，而對(duì)于正負(fù)樣本的不均衡問題，需研發(fā)數(shù)據(jù)增強(qiáng)技術(shù)來(lái)訓(xùn)練產(chǎn)生與正樣本個(gè)數(shù)匹配的負(fù)樣本。

②考慮運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)變特性以及供需不確定性對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行可靠性建模分析。在建模過程中需充分考慮由可再生能源出力、負(fù)荷多樣性、系統(tǒng)運(yùn)行策略、內(nèi)部耦合關(guān)系等引起的運(yùn)行條件以及運(yùn)行環(huán)境的變化對(duì)設(shè)備可靠性的影響，建立綜合全面的設(shè)備運(yùn)行可靠性評(píng)估模型。

③在運(yùn)行可靠性評(píng)估環(huán)節(jié)，應(yīng)綜合考慮評(píng)估速度與精度，設(shè)計(jì)全新的模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)框架，選擇合適的數(shù)學(xué)模型及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)算法，實(shí)現(xiàn)模型驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的最優(yōu)配合，對(duì)IES運(yùn)行可靠性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。同時(shí)，運(yùn)行可靠性評(píng)估環(huán)節(jié)包含IES運(yùn)行可靠性指標(biāo)體系的建立與計(jì)算，以及考慮冗余信息對(duì)指標(biāo)權(quán)重的決策與分配。

圖3 IES運(yùn)行可靠性評(píng)估新思路

結(jié)論

本文從IES設(shè)備運(yùn)行可靠性建模方法和IES運(yùn)行可靠性評(píng)估方法兩大方面對(duì)IES運(yùn)行可靠性評(píng)估工作進(jìn)行研究現(xiàn)狀的綜述并指出現(xiàn)有研究存在的問題，在此基礎(chǔ)上對(duì)IES 運(yùn)行可靠性評(píng)估工作作出展望，并提出了基于模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的IES運(yùn)行可靠性建模與評(píng)估新思路。

應(yīng)當(dāng)注意的是，隨著IES運(yùn)行數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)運(yùn)行過程中不確定因素的不斷增加，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行可靠性的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確評(píng)估將面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。今后應(yīng)從規(guī)劃、預(yù)測(cè)、運(yùn)行控制、價(jià)格導(dǎo)向等多方面對(duì)提高IES運(yùn)行可靠性的方法進(jìn)行進(jìn)一步發(fā)展。例如：

1)在規(guī)劃設(shè)計(jì)方面，可以首先利用系統(tǒng)在較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的平均可靠性提供決策依據(jù)，為運(yùn)行階段的實(shí)時(shí)可靠性提供保障；

2)在運(yùn)行控制方面，可以通過積極引入關(guān)聯(lián)分析和特征提取先進(jìn)的算法和技術(shù)來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)的在線處理與決策能力，并通過合理的運(yùn)行調(diào)度策略來(lái)保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全性；

3)在市場(chǎng)方面，可以通過可調(diào)節(jié)的柔性負(fù)荷或負(fù)荷聚類，并利用市場(chǎng)調(diào)節(jié)手段和價(jià)格導(dǎo)向的方式來(lái)提高IES的運(yùn)行可靠性等。