文章解讀與仿真程序復現思路——電網技術 EI\CSCD\北大核心《考慮5G基站儲能可調度容量的有源配電網協同優化調度方法》

這篇文章的標題涉及到以下關鍵概念:

  1. 5G基站: 提到了5G基站,這表明文章的焦點可能是與第五代移動通信技術相關的內容。5G技術對于提高通信速度、降低延遲以及支持大規模連接等方面有顯著的改進,因此對于基站的電力需求和供應可能存在新的挑戰和機會。

  2. 儲能可調度容量: 提到了儲能系統,并強調其可調度容量。這可能指的是在系統中引入了具有一定儲能能力的設備,并且這些設備的儲能量是可以進行調度和管理的。儲能系統通常包括電池等技術,能夠在需要時存儲電能,以便在需要時釋放。

  3. 有源配電網: 文中提到了有源配電網,這表明討論的是一種具備主動電源的配電網絡。有源配電網相對于傳統的被動電網,具有更靈活的能量管理能力,可以主動調整能量的產生和分配。

  4. 協同優化調度方法: 這部分強調了文章的方法論,即采用協同優化調度方法。這可能涉及到對5G基站、儲能設備和電網的協同管理和優化,以最大程度地提高系統效率和性能。

綜合起來,這篇文章可能關注于在5G基站場景下,通過引入具有可調度儲能容量的有源配電網,采用協同優化調度方法來解決相關的能源管理和優化問題。這樣的研究對于提高基站的能效、穩定性和可持續性都具有實際意義。

摘要:隨著移動通信向5G快速更新換代,5G基站建設規模快速增長,可將海量5G通信基站中的閑置儲能視作靈活性資源參與電力系統調度,以減輕新能源發電的隨機性和波動性對系統的不利影響。本文針對含分布式風力發電有源配電網的基站儲能經濟優化調度問題,首先計及配電網潛在電力中斷以及停電恢復時間兩個因素,建立基站可靠性評估模型,系統地評估各基站儲能的實時可調度容量。進一步以最小化系統運行成本為目標,采用基于變分自編碼器(variational auto-encoder,VAE)模型的改進雙延遲深度確定性策略梯度(Twin Delayed Deep Deterministic policy gradient,TD3)算法求解5G基站儲能最優充放電策略。該算法將多基站儲能狀態用隱變量的形式表征以挖掘數據中隱含的關聯,從而降低模型的求解復雜度,提升算法性能。通過迭代求解至收斂,實現多基站儲能(Multi-base station energy storage,MBSES)系統的實時調控并為每個基站制定符合實際工況的個性化充放電策略。最后通過算例驗證了所提方法的有效性。

這段摘要描述了一種面向包含分布式風力發電有源配電網的5G基站的儲能經濟優化調度方法。以下是對摘要的詳細解讀:

  1. 5G基站建設規模快速增長: 摘要開頭指出,隨著移動通信向5G的快速更新換代,5G基站的建設規模正在迅速增加。這表明5G基站在電力系統中的角色變得越來越重要。

  2. 儲能作為靈活性資源: 提到了將5G通信基站中的閑置儲能視作靈活性資源,參與電力系統調度。這意味著文章關注如何充分利用基站內的儲能,在電力系統中發揮更為靈活的作用。

  3. 針對分布式風力發電有源配電網: 研究的對象是含有分布式風力發電的有源配電網,這意味著考慮到了分布式可再生能源,其中風力發電可能具有不確定性和波動性。

  4. 可靠性評估模型: 為解決基站儲能的經濟優化調度問題,文中建立了基站可靠性評估模型,考慮了配電網潛在電力中斷以及停電恢復時間兩個因素。

  5. 最小化系統運行成本: 研究的目標是最小化系統運行成本,這表明優化的方向是在保障系統可靠性的前提下,尋找儲能的最優充放電策略。

  6. 采用深度學習算法: 為解決最優充放電策略,文中采用了基于變分自編碼器(VAE)模型的改進雙延遲深度確定性策略梯度(TD3)算法。這些算法屬于深度學習領域,用于處理復雜的非線性系統。

  7. 隱變量降低模型復雜度: 算法引入了隱變量來表征多基站儲能狀態,以挖掘數據中的隱含關聯,從而降低模型的求解復雜度,提升算法性能。

  8. 實時調控和個性化策略: 通過迭代求解至收斂,實現了多基站儲能系統的實時調控,并為每個基站制定符合實際工況的個性化充放電策略。

  9. 算例驗證: 最后,通過算例驗證了所提方法的有效性,這意味著提出的方法在實際場景中是可行且有效的。

總體來說,這篇文章關注于在5G基站背景下,通過儲能優化調度來應對分布式風力發電的波動性,使用深度學習算法提高系統性能,最終通過案例驗證了方法的可行性和有效性。

關鍵詞: 5G基站; 備用儲能;可再生能源;可調度容量: 特征編碼;深度強化學習;

  1. 5G基站: 指的是第五代移動通信技術的基站。在這個上下文中,可能涉及到5G基站的快速建設和更新換代。

  2. 備用儲能: 意味著基站具備一種備用的儲能系統,通常是電池或其他形式的儲能設備,用于應對電力系統中的不確定性和波動性。

  3. 可再生能源: 指的是通過自然過程生成的能源,如太陽能、風能等。在這里,可能是指分布式風力發電等可再生能源的整合和利用。

  4. 可調度容量: 表示儲能系統中可以實時調度使用的電能容量。這可能涉及到儲能系統的實時管理,以最大限度地提高系統的靈活性。

  5. 特征編碼: 涉及到將數據或系統的特征以某種方式進行編碼,可能是為了簡化問題、降低維度,或者更有效地表征數據的關鍵特征。在這里,可能是使用特征編碼來處理多基站儲能狀態的復雜性。

  6. 深度強化學習: 是一種結合了深度學習和強化學習的方法。在這個上下文中,可能是指使用深度強化學習算法,如基于變分自編碼器(VAE)模型的改進雙延遲深度確定性策略梯度(TD3)算法,來解決儲能系統的最優控制問題。深度強化學習可以處理復雜、非線性的系統,并通過學習來優化控制策略。

仿真算例:本文以改進 IEEE33 節點配電系統作為算例仿真原型。如圖 2 所示,在節點 14 設置一臺分布式風力發電機組,裝機容量為 3MW;在節點 9~18以及 28~33 共計 16 個節點處設立含儲能的 5G 基站,每個節點下設立 4 臺 5G 基站,各節點下的基站負載隨機選擇,基站備用儲能電池選擇梯次利用的磷酸鐵鋰電池。單個基站的設備參數如附錄D 表 D1 所示。本文采用 Elia.be 對 Aggregate Belgian Wind Farms 地區在 01/06/2021-20/06/2021期間的風電出力曲線數據預測以及負荷數據[36]作為訓練集。以該地區在 20/06/2021-30/06/2021 期間的運行數據作為測試集以驗證調度決策效果,出力曲線如附錄 D 圖 D2 和 D3 所示。以上數據均乘以適當的比例系數以適應配電系統容量。本實驗以 Tensorflow2.0 為框架,編程環境為Pythoon3.8,模型在一套配有 AMD Ryzen7 4800H CPU@2.90GHz 及一張 NVIDIA GeForce RTX2060顯卡的機器上實現。網絡訓練分為 VAE 模型的特征編碼和 VAE-TD3 算法優化調度兩個部分。VAE模型訓練的訓練回合數為 1000,學習率為 0.001,batch_size 設置為 128,隱變量維度設置為 32,具體網絡結構見附錄 D 表 D4 所示;VAE-TD3 網絡訓練參數見附錄 D 表 D5 所示。

仿真程序復現思路:

由于問題的復雜性,以下是一個簡化版本的代碼示例,以說明如何使用TensorFlow 2.0和Python 3.8實現仿真程序的關鍵部分。請注意,實際實現可能需要更多的細節和調整以適應具體的問題。

import tensorflow as tf
import numpy as np
import networkx as nx
from tensorflow.keras.layers import Input, Dense, Concatenate
from tensorflow.keras.models import Model
from tensorflow.keras.optimizers import Adam# 步驟1: 數據準備
# 數據處理略,假設已經有了預處理好的數據# 步驟2: 搭建仿真模型
# 創建 IEEE33 節點配電系統結構,設置基站參數和風力發電機組
G = nx.Graph()
# 添加節點、邊等...# 步驟3: 模型訓練
# 3.1 VAE模型的特征編碼訓練
def build_vae_model(input_dim, latent_dim):inputs = Input(shape=(input_dim,))encoder = Dense(64, activation='relu')(inputs)z_mean = Dense(latent_dim)(encoder)z_log_var = Dense(latent_dim)(encoder)def sampling(args):z_mean, z_log_var = argsbatch = tf.shape(z_mean)[0]dim = tf.shape(z_mean)[1]epsilon = tf.keras.backend.random_normal(shape=(batch, dim))return z_mean + tf.exp(0.5 * z_log_var) * epsilonz = tf.keras.layers.Lambda(sampling, output_shape=(latent_dim,))([z_mean, z_log_var])encoder = Model(inputs, [z_mean, z_log_var, z])decoder_h = Dense(64, activation='relu')decoder_mean = Dense(input_dim, activation='sigmoid')h_decoded = decoder_h(z)x_decoded_mean = decoder_mean(h_decoded)vae = Model(inputs, x_decoded_mean)return vaeinput_dim =  # 根據你的數據維度設置
latent_dim = 32  # 根據你的需求設置
vae_model = build_vae_model(input_dim, latent_dim)
vae_model.compile(optimizer=Adam(learning_rate=0.001), loss='mse')
vae_model.fit(training_data, epochs=1000, batch_size=128)# 3.2 VAE-TD3算法優化調度訓練
def build_vae_td3_model(input_dim, action_dim):wind_input = Input(shape=(input_dim,))load_input = Input(shape=(input_dim,))concatenated_input = Concatenate()([wind_input, load_input])# 假設有一些神經網絡層用于調度決策# 這里只是一個簡單的例子,實際情況需要更復雜的網絡結構# 請根據具體問題進行調整x = Dense(64, activation='relu')(concatenated_input)x = Dense(32, activation='relu')(x)output = Dense(action_dim, activation='tanh')(x)vae_td3_model = Model(inputs=[wind_input, load_input], outputs=output)return vae_td3_modelaction_dim =  # 根據你的問題設置
vae_td3_model = build_vae_td3_model(input_dim, action_dim)
vae_td3_model.compile(optimizer=Adam(learning_rate=0.001), loss='mse')
vae_td3_model.fit(training_data, epochs=num_epochs, batch_size=batch_size)# 步驟4: 仿真運行
# 4.1 輸入風電和負荷數據
wind_data, load_data = preprocess_data(test_data)# 4.2 運行調度算法
schedule_decisions = vae_td3_model.predict([wind_data, load_data])# 步驟5: 結果驗證
# 5.1 與測試集比較
compare_results(schedule_decisions, test_results)

這個例子中的代碼是一個簡化的版本,實際的實現可能會根據具體問題的要求進行更多的調整和優化。請確保根據需求適當修改模型結構、參數和訓練過程。

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