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考慮時空關聯與數據隱私性的有源配電網分布式光伏功率預測技術

（一）成果背景分布式光伏可在用戶側就近安裝與消納，減少因長距離輸送帶來的線路損耗問題，在新型電力系統建設中發揮著重要作用。2021年6月，國家能源局綜合司發布了《關于報送整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》，用以推動分布式光伏高質量發展、支撐新型電力系統建設。在該政策的推進下，分布式光伏容量迅猛增長。截至2021年底，國內分布式光伏裝機容量已達到107.5GW，約占光伏總裝機容量的三分之一，且其增長速度已經超過了集中式光伏。（二）痛點問題對于配電網來說，光伏出力易受天氣因素影響，具有極強的隨機波動特性，大規模分布式光伏接入，一方面加劇了配電網負荷短時波動，影響電力實時平衡，制約負荷預測精度提升；另一方面，分布式光伏出力特性與負荷特性的不匹配造成其難以消納，為有源配電網運行管理帶來嚴峻挑戰。對于電力市場交易來說，隨著新一輪電力體制改革的持續深入，分布式光伏所有者作為售電商參與市場競爭成為必然趨勢。分布式光伏出力的不確定性與短時劇烈波動性，使得分布式光伏電站/售電商難以制定合理的市場交易策略與電力交易合同，面臨嚴重的市場風險。因此，亟需精準的分布式光伏功率預測，為有源配電網調度運行、分布式光伏消納，分布式光伏參與電力市場等提供有力數據支撐。（三）技術方案 1、基于變分模態分解與動態圖卷積網絡的分布式光伏功率預測首先利用變分模態分解各分布式光伏復雜出力序列分解為相對簡單、波動較小的不同頻率子序列，以減小場站間關聯關系的挖掘難度。然后，基于分布式光伏場站間時空關聯性處于動態變化中的考慮，利用全連接神經網絡將各節點特征映射到多維空間，而后利用時域卷積挖掘跨節點關聯關系，由此以數據驅動方式挖掘各頻率下各場站子序列關聯性，有效實現子序列動態圖結構的構建。最終，基于可用于非歐式空間結構數據建模的卷積神經網絡，將其與動態圖結構結合，建立考慮動態時空關聯性的圖卷積預測模型，針對不同頻率下出力子序列分別預測，而后重構得到各場站功率進而獲取配電網分布式光伏總功率。 2、基于深度聯邦學習的分布式光伏發電功率預測首先，基于長短期記憶神經網絡構建時域自編碼器模型，該模型編碼器用于提取每個時間步輸入的時域特征，而后利用解碼器將該特征向量轉換為輸出序列進行未來時間步的預測，自編碼能顯著增強長短期記憶神經網絡的時域建模能力。而后，利用注意力機制解決其在處理長輸入時間序列時會導致解碼器面臨特征冗余問題，且使模型聚焦于對輸出更關鍵的時域特征。由此，利用注意力自編碼預測模型通過對時域特征的有效挖掘實現功率預測精度的進一步提升。在此基礎上，開發了用于分布式光伏功率預測的聯邦學習框架，在該框架中，本地用戶僅需將本地模型進行共享，無需數據的傳輸，而后由中央服務器進行模型的聚合以實現用戶間信息共享。在各本地場站進行注意力自編碼預測模型的訓練；在中央服務器，基于聯邦平均算法實現各本地預測模型的匯聚、全局模型的生成與下發。在保證數據隱私性的前提下取得與傳統集中式機器學習訓練近似的預測效果。（四）競爭優勢 1、有效表征廣域分布式光伏集群間時空關聯特征，實現分布式光伏功率預測精度提升。當缺乏氣象實測或預報數據時，考慮分布式光伏時空相關性可有效提升分布式光伏功率預測精度。現有研究多利用各光伏場站地理距離或者整體出力表征時空相關性。這種靜態建模方式在分布式光伏出力模式長期穩定的情況下，可以取得較好的預測效果。然而，易受天氣因素的影響，分布式光伏出力極易發生短時波動，因而各場站關聯性處于動態變化過程。以恒定的場站間關聯關系去考慮這種復雜的集群出力序列，顯然無法反映天氣影響下分布式光伏出力短時變化，難以實現功率預測精度的有效提升。所提的基于變分模態分解與動態圖卷積網絡的分布式光伏功率預測方法，利用數據驅動方式實現挖掘各場站間關聯特性的動態實時挖掘。在基礎上，考慮到不同模態分量下各場站間關聯關系的差異性，將各場站原始功率分解為了相對簡單、波動較小的不同頻率模態分量，減小關聯關系的挖掘難度。 2、有效保證各分布式光伏數據隱私性，且能取得與傳統集中式機器學習訓練方式近似的預測效果現有的數據驅動預測方法性能在很大程度上依賴于訓練數據的數量，因此大多以一種集中的訓練方式實現，即中央服務器匯聚來自各場站的運行數據而后進行模型的訓練。然而，這種集中訓練的方式會期限數據隱私，使用戶信息暴露在公共環境而導致被外部攻擊者進行數據分析、行為探測等。此外，在競爭激烈的電力市場中，分布式光伏場站所有者可能不愿共享數據。這些因素使傳統模型訓練方式難以實現。所提的基于深度聯邦學習的分布式光伏發電功率預測方法，利用注意力自編碼模型在本地場站進行建模預測，實現對本地功率時域特征的有效挖掘；利用分散式訓練的聯邦學習框架，實現各場站預測模型信息共享，有效保證本地用戶的數據隱私的同時取得不錯的預測效果。創新點 1、考慮了場站間關聯關系的動態性。對于分布式光伏，雖然場站數量眾多、分布廣泛，但是其位置臨近，由于云團運動等氣象因素導致的相關性較強。所提方法以數據驅動方式根據網絡當前的各場站輸入功率進行關聯關系的動態表征，實現功率預測精度的有效提升。 2、在保障各分布式光伏站點數據隱私應的前提現實現信息共享。利用自編碼結構進一步提升LSTM的時間序列建模能力；利用注意力機制模型聚焦于對預測更關鍵的輸入特征，以此實現時域特征的有效挖掘。在此基礎上，利用聯邦學習框架聚合各本地模型，實現各站點信息聚合，實現精度有效提升。市場前景隨著新型電力系統建設目標的推進，分布式光伏裝機容量呈爆發式增長。所研成果可應用于配電網負荷預測、用戶可調度容量評估、激勵型需求響應基線負荷估計等場景中，為高比例分布式光伏有源配電網的安全、經濟、高效運行，維持電力平衡等工作提供重要參考。同時，隨著分布式光伏逐步參與到電力市場，所研成果可為分布式光伏售電商制定最優的交易策略，簽訂合理的價格合同提供有力數據支撐。綜上所述，所研成果市場前景廣闊。

華北電力大學 2023-08-10

【教育科研利器】Lux 3+打印機應用3D打印彈性體“鞍座”

生產應用解決方案詳細信息：索要完整應用解決方案請訪問清鋒科技官網 3D打印坐墊解決方案-清鋒 (luxcreo.cn) 3D打印彈性體鞍座 “保證最佳的輕量化、透氣、彈性效果，還要實現耐磨、抗氧化性，同時滿足及時高品質的批量交付。“ 在人們愈發重視騎行感受、追求與眾不同的今天，自行車坐墊的更新迭代速度遠不及消費者對時尚、健康生活的孜孜追求，而3D打印技術的興起將改寫這一局面。 01 材料選擇基于模型、工況、彈性材料性能做力學仿真，篩選合適的材料 (EM系列彈性材料) 02 晶格化處理基于LuxStudio晶格模型自動生成平臺，可選擇與產品相適配的晶格單元定制晶格（LuxCreo提供LuxFlow模型處理軟件、LuxStudio晶格生成軟件、各類工程材料產品組合和后處理解決方案，支持客戶端的掃描、X光數據處理、CAD設計等解決方案） 03 打印前優化基于尺寸精度、表面細節要求，對CAD做補償，調用并適度優化打印工藝參數庫 04 打印交付智能工廠3D打印，清洗，固化，拋光，質檢，發貨（LuxCreo提供Lux 3+打印機、Lux 3Li+新一代大面幅光固化3D打印機，打印尺寸達400*259*380mm，適用于大尺寸產品的快速交付、高精度打印原型件、測試件、復雜工件的小批量生產） Lux 3+打印機應用3D打印彈性體“鞍座” 清鋒與國內外自行車廠家合作生產鏤空晶格3D打印彈性體坐墊“我們一直在找尋自行車坐墊的升級通道，直到發現清鋒。過去我們從來沒有想過用3D打印來直接生產坐墊，一次偶然的機會將模型發給清鋒，一天后居然收到了又輕、又彈、又透氣的產品，簡直喜出望外。” Lux 3Li+打印設備×打印材料 Lux 3Li+，新一代大面幅LEAP光固化3D打印機，讓制造更簡單一、打印能力有多強？ 1. 面幅更大，小批量生產也沒問題很多工業級DLP 3D打印機因為受制于缺乏優質光機、結構設計通用化；離型膜、材料等方面的自研投入不足，很難做到大幅面打印。 Lux 3Li+，就是一款打印尺寸提升到400*259*380mm超大面幅的光固化3D打印機，這就意味著光固化3D打印不僅可以完成大尺寸產品的交付，同時也能夠實現一些復雜工件的小批量生產，提高單機吞吐量。過去，1臺光固化打印機最多可以打印6個牙模，2雙鞋墊，2個鏡框，1/4個頸椎枕。現在，1臺Lux 3Li+可單次 28個牙模；10雙鞋墊；10個鏡框；3個頸椎枕（過去3個頸椎枕需要4小時的任務現在僅需1.8小時就可以完成）。 2. 全制程生產效率更快，交付時間短除了打印尺寸，普通工業級3D打印機從前期制作打印到后續的處理周期性很長。 Lux 3Li+不僅能夠提供穩定、高質量的打印，還將打印的制作時間縮短至30%（相比于FDM或SLA），普通打印機頸椎枕一版需要6小時，Lux 3Li+ 打印只需1.8小時。 Lux 3Li+全制程生產鏈條的“高效”源自：基于Linux的工業控制技術，集合多種傳感數據，操作簡單，安全穩定；基于CCD和高性能傳感器，監控光機能量和打印過程，實現動態補償；優化的樹脂熱管理系統，提高工件質量，降低光能消耗；支持個性化地調整設備設置和工藝參數；提供端到端的解決方案：增材制造工件的成型前準備和成型后加工 3. 一體化模型處理，秒處理秒切片為了讓使用者能快速上手，Lux 3Li+還配備了一體化模型處理軟件LuxFlow，擁有模型導入、文件修復、編輯、布局、支撐、參數設定、切片操作等功能，是實現從快速原型制造到批量生產的3D 打印模型處理解決方案。也就是說，只需要把模型導入LuxFlow，它就能幫你自動切片。例如，現在切一版6個航空發動機零部件的模型需16s，而過去同一大尺寸打印件切片需要3min44s。 4. 提供完整工藝包，幫助客戶快速規模化復制生產（scale）針對彈性和韌性材料，Lux 3Li+配有完整的解決方案工藝包，可快速按照操作指南進行打印生產。除通用參數工藝包外，對客戶的特殊需求，清鋒還將提供專業的增材制造設計支持。 Lux 3Li+工藝參數包：模型處理：模型修復、模型抽殼、模型旋轉、模型下沉等；打印參數：支撐的基礎設置、加固設置、底座設置，切片的層厚、精度補償，打印時的材料溫度、分段、光機模式、光強、曝光時間、等待時間、上升速度、往復距離、下降速度等；后處理參數：清洗，UV固化，熱固化，表面處理等。工藝包內的參數均來自于清鋒實驗室研發出的成熟數據，無需額外探索可直接使用，進一步提高打印成功率，快速規模化生產。 Lux 3Li+核心優勢： 1．一體化軟件：從晶格生成、切片、打印控制到生產管理 2．簡化操作：觸控屏和基于Linux的打印控制軟件 3．高耐用：高剛性機身，高等級絲桿模組，高品質進口光機 4．可打印性強：成型尺寸可達400*259*380mm，優化溫度場控制，提高打印件質量 LuxCreo 3D打印彈性體自行車坐墊 1.輕量化設計在保留規格主參數尺寸的前提下，用帶有力學設計的晶格結構提升自行車坐墊的結構強度，降低耗材用量；生產出來的自行車坐墊體積更小、造型更別致，同時也帶來更舒適的騎行體驗。2.特殊晶格結構坐墊整體由上千個鏤空晶格結構交錯構成，不同區域的晶格擁有不同的力學性能，軟硬程度也不同，前后兩端軟、中間硬，給坐骨提供更好的支撐也能分散壓力；同時鏤空晶格結構也讓坐墊擁有天然的透氣功能，能夠極大地緩解騎行過程中出汗的問題，非常適合夏天使用。3.高彈性材料坐墊還采用了清鋒自研的高彈性材料，有良好的緩震作用，同時不會壓迫局部區域的血液暢通；也不會讓屁屁因長久騎行產生麻木刺痛感，從而帶來更舒適的騎行體驗；材料還經過了100萬次疲勞測試，能夠長久保持高回彈，讓坐墊的使用壽命更長。4.顛覆以往3D打印除了能給自行車坐墊帶來了顛覆以往的使用感受，同時也能讓制造商們在接到需求后做到“即產即售”，大面幅打印也可支持批量交付，進一步減少庫存、資金壓力；關于清鋒科技(LuxCreo) 清鋒科技是一家專注于3D打印設備、軟件、材料研發，致力于改變產品開發和生產方式的數字化3D智造商。團隊成員匯聚了清華大學、哈佛大學、佐治亞理工學院、賓夕法尼亞大學、劍橋大學等學府的高端技術人才和高管人才。團隊研發出適配于不同行業的高性能材料體系，依托自主研發的Lux系列打印機和配套軟件，為鞋類、齒科、醫療、消費、汽車等行業創新升級提供解決方案，打造兼具定制化和批量化的新型數字化制造模式及生態閉環，讓制造更簡單！www.LuxCreo.cn 歡迎關注清鋒公眾號：qingfengshidai了解更多專業信息。如有合作需求或者感興趣的產品，可以掃描下方二維碼聯系清鋒 ↓↓↓ 公司電話：010-63941626 公司郵箱：business@luxcreo.com 銷售經理電話：18614034268 官方網站：www.LuxCreo.cn 公司地址：北京市海淀區建材城中路27號金隅智造工場S5幢1017

清鋒（北京）科技有限公司 2022-05-18

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