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光伏发电技术 深度学习 ★ 5.0

基于神经网络的光伏集成主动配电网动态等值

Dynamic Equivalent of PV-Integrated Active Distribution System Using Neural Networks

作者 Md Rifat Hossain · Prabin Mali · Sumit Paudyal
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2025年9月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 深度学习
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 动态等效模型 光伏系统 主动配电网 数据驱动建模 递归神经网络
语言:

中文摘要

随着配电系统(DSs)在光伏(PV)渗透率不断提高的情况下向有源配电网(ADNs)转变,计算上易于处理的动态模型对于实时分析和控制变得十分必要。本文提出了一种基于非线性自回归外生(NARX)型递归神经网络(RNNs)的两阶段数据驱动建模框架,用于开发智能光伏系统和含光伏的有源配电网的动态等效模型(DEMs)。首先,开发动态等效模型以捕捉具备辅助电压支撑功能的住宅光伏系统的非线性功率动态特性。该框架进一步扩展,以自动捕捉不同光伏渗透率水平下变电站级有源配电网的功率交换情况。数据驱动模型与传统建模方法的无缝耦合集成策略为动态等效模型的实际应用提供了支持。所提出的方法在经过修改的IEEE 123节点和8500节点测试馈线中,在不平衡负载和动态环境条件下得到了验证。在123节点馈线的案例研究表明,基于递归神经网络的有源配电网动态等效模型在有功功率方面的均方误差(MSE)平均小于$4.12\times 10^{-4}$标幺值,无功功率的均方误差平均小于$7.04\times 10^{-4}$标幺值,并且在光伏渗透率高达60%的情况下仍能保持鲁棒性。重要的是,与基于详细模型的含光伏有源配电网相比,所提出的动态等效模型在较大测试馈线的仿真中实现了超过$1000$倍的仿真时间加速,为配电网运营商(DSOs)和输电网运营商(TSOs)在动态潮流研究中提供了一种可扩展的解决方案。

English Abstract

As the distribution systems (DSs) are transitioning into active distribution networks (ADNs) with increasing photovoltaic (PV) penetration, computationally tractable dynamic models become necessary for real-time analysis and control. This article presents a two-stage data-driven modeling framework based on NARX type recurrent neural networks (RNNs) to develop dynamic equivalent models (DEMs) for smart PV systems and PV-integrated ADNs. Initially, DEMs are developed to capture the nonlinear power dynamics of residential PV systems with ancillary voltage support. The framework is further extended to autonomously capture substation-level ADN power exchange across varying PV penetration levels. The practical implementation of the DEMs is supported by integration strategy that allows seamless coupling of the data-driven models with conventional modeling counterparts. The proposed approach is validated on modified IEEE 123-node and 8500-node test feeders under unbalanced loading and dynamic environmental profiles. Case studies on 123-node feeder show that the RNN-based DEM of ADN achieves average MSEs of 4.12 10^-4 p.u. for active power and 7.04 10^-4 p.u. for reactive power, while maintaining robustness across PV penetration levels up to 60%. Importantly, the proposed DEM provides over 1000 simulation time speed-up compared to detailed model-based PV-integrated ADNs for the larger test feeder, offering a scalable solution for both DSOs and TSOs in dynamic power flow studies.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于NARX递归神经网络的主动配电网动态等效建模技术具有重要战略价值。该技术直接切中高比例光伏接入配电网后系统建模复杂度激增的痛点,为我司智能光伏逆变器的电网支撑功能优化提供了新的技术路径。

该研究的核心价值在于将复杂的光伏并网系统动态特性压缩为高精度、低计算量的数据驱动模型。论文验证显示,在60%光伏渗透率场景下,模型仍能保持极高精度(有功功率MSE为4.12×10⁻⁴标幺值),且仿真速度提升超过1000倍。这对阳光电源在以下领域具有直接应用价值:首先,在逆变器控制算法开发中,可利用该方法快速评估电压支撑、无功补偿等辅助服务功能在不同电网工况下的表现,显著缩短产品迭代周期;其次,在光储一体化解决方案中,该技术可实现实时动态潮流分析,为储能系统的充放电策略优化提供毫秒级决策支持。

从技术成熟度评估,该方法已在IEEE标准测试系统上得到充分验证,但向实际工程应用转化仍面临挑战:神经网络模型的泛化能力需在更多样化的电网拓扑和运行工况下验证;数据驱动模型对训练数据质量依赖性强,需建立覆盖极端场景的数据库;模型与现有SCADA/EMS系统的集成接口需标准化设计。

建议阳光电源将此技术纳入智慧能源管理平台的研发路线图,重点探索其在分布式光伏集群控制、虚拟电厂调度优化等场景的应用,这将强化我司从设备供应商向系统解决方案提供商转型的技术竞争力。