團隊介紹

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

團隊負(fù)責(zé)人朱繼忠教授是國家海外高層次引進人才，IEEE/IET/CSEE Fellow，英國皇家學(xué)會客座研究員，擔(dān)任IEEE PES智慧樓宇、負(fù)載及客戶系統(tǒng)技術(shù)委員會（中國）主席，MPCE等國際期刊編委，IEEE P2781和P2783兩個標(biāo)準(zhǔn)工作組主席，IEEE SMC標(biāo)準(zhǔn)委員會委員和IEEE SMC智能電力與能源系統(tǒng)專委會委員，全國電力需求側(cè)管理標(biāo)委會委員。曾任首屆全國創(chuàng)新爭先獎評審委員會委員、IEEE電力負(fù)荷分專委會主席、IEEE SBLC亞太地區(qū)工作組主席等。

團隊正茁壯成長，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，參與和承擔(dān)了國基等國家級課題6項、省部級科學(xué)基金4項、國家電網(wǎng)公司與南方電網(wǎng)公司科技項目等科研項目8項。近三年來發(fā)表SCI論文30余篇，EI收錄論文60余篇，主持和參與制定國際國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)5項，獲省部級科技獎3項。

朱繼忠

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

駱騰燕

碩士研究生，研究方向為綜合智慧能源系統(tǒng)運行可靠性評估與優(yōu)化。

吳皖莉

博士研究生，研究方向為電動汽車與電網(wǎng)互動。

李盛林

博士研究生，研究方向為可再生能源微電網(wǎng)和主動配電網(wǎng)的能量管理。

董瀚江

博士研究生，研究方向為綜合智慧能源系統(tǒng)優(yōu)化運行與控制。

研究背景

在本系列論文中，上篇《綜合能源系統(tǒng)運行可靠性評估評述I：模型驅(qū)動法》主要對模型驅(qū)動的綜合能源系統(tǒng)(Integrated Energy Systems, IES)運行可靠性建模及評估進行了詳細綜述，并對現(xiàn)有研究所存問題作歸納總結(jié)。

本文為下篇，主要對數(shù)據(jù)驅(qū)動以及模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動的IES運行可靠性評估的研究現(xiàn)狀以及現(xiàn)存問題進行綜述，并對IES運行可靠性分析建模與評估方法中的現(xiàn)存關(guān)鍵科學(xué)問題進行總結(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)動的IES運行可靠性建模與評估新思路。

論文所解決的問題及意義

對IES進行運行可靠性評估，不僅能實現(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時感知，而且能對系統(tǒng)的短期運行風(fēng)險進行合理預(yù)測。利用數(shù)據(jù)驅(qū)動的人工智能技術(shù)解決能源領(lǐng)域問題是當(dāng)下的研究熱點。

本文首先從基于數(shù)據(jù)驅(qū)動法對考慮時變性與供需不確定性的綜合能源系統(tǒng)設(shè)備運行可靠性建模方法進行闡述和總結(jié)，并歸納出在設(shè)備運行可靠性建模方面現(xiàn)有研究存在的不足；其次，詳細總結(jié)了數(shù)據(jù)驅(qū)動以及模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動兩種運行可靠性評估方法的原理、研究現(xiàn)狀和目前研究存在的局限性；最后，針對現(xiàn)有研究存在的問題，對IES運行可靠性評估研究進行總結(jié)與展望并提出人工智能背景下模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動的運行可靠性建模及評估總體思路。

圖1 數(shù)據(jù)驅(qū)動的運行可靠性評估

圖2模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動的運行可靠性評估

論文方法及創(chuàng)新點

目前，IES運行可靠性評估方法主要有模型驅(qū)動、數(shù)據(jù)驅(qū)動、模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動三種。模型驅(qū)動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)動的運行可靠性評估方法，有望解決目前的技術(shù)難題。

但在運行可靠性評估方面，混合驅(qū)動的研究相對較少，且混合結(jié)構(gòu)較為簡單，如何實現(xiàn)模型驅(qū)動環(huán)節(jié)與數(shù)據(jù)驅(qū)動環(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)動環(huán)節(jié)控制數(shù)據(jù)驅(qū)動環(huán)節(jié)的多次調(diào)用來優(yōu)化評估結(jié)果等手段對混合驅(qū)動的結(jié)構(gòu)進行發(fā)展與更新，也具有深入研究的價值。

具有抽象數(shù)據(jù)表示的動畫數(shù)字背景循環(huán)

針對現(xiàn)有研究的不足，本文提出一種模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動的IES運行可靠性分析建模及評估方法的總體思路。如圖3，實現(xiàn)實時高效的IES運行可靠性評估的基本思路如下：

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

②考慮運行狀態(tài)的時變特性以及供需不確定性對設(shè)備進行運行可靠性建模分析。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)運行策略、內(nèi)部耦合關(guān)系等引起的運行條件以及運行環(huán)境的變化對設(shè)備可靠性的影響，建立綜合全面的設(shè)備運行可靠性評估模型。

③在運行可靠性評估環(huán)節(jié)，應(yīng)綜合考慮評估速度與精度，設(shè)計全新的模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動實現(xiàn)框架，選擇合適的數(shù)學(xué)模型及數(shù)據(jù)驅(qū)動算法，實現(xiàn)模型驅(qū)動環(huán)節(jié)與數(shù)據(jù)驅(qū)動環(huán)節(jié)的最優(yōu)配合，對IES運行可靠性進行準(zhǔn)確評估。同時，運行可靠性評估環(huán)節(jié)包含IES運行可靠性指標(biāo)體系的建立與計算，以及考慮冗余信息對指標(biāo)權(quán)重的決策與分配。

圖3 IES運行可靠性評估新思路

結(jié)論

本文從IES設(shè)備運行可靠性建模方法和IES運行可靠性評估方法兩大方面對IES運行可靠性評估工作進行研究現(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IES 運行可靠性評估工作作出展望，并提出了基于模型-數(shù)據(jù)混合驅(qū)動的IES運行可靠性建模與評估新思路。

應(yīng)當(dāng)注意的是，隨著IES運行數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)運行過程中不確定因素的不斷增加，實現(xiàn)運行可靠性的實時準(zhǔn)確評估將面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。今后應(yīng)從規(guī)劃、預(yù)測、運行控制、價格導(dǎo)向等多方面對提高IES運行可靠性的方法進行進一步發(fā)展。例如：

1)在規(guī)劃設(shè)計方面，可以首先利用系統(tǒng)在較長時間段內(nèi)的平均可靠性提供決策依據(jù)，為運行階段的實時可靠性提供保障；

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

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