2025年高比例新能源电网多断面限额的人工智能计算与调控技术报告-四川大学

四川大学高比例新能源电网多断面限额的人工智能计算与调控技术2025年7月25日新疆伊犁211234研究背景西部地区大规模清洁能源须经长距离跨省跨区输电通道外送西部地区大规模清洁能源须经长距离跨省跨区输电通道外送转移至经济中心，输电断面安全协同运行是保障清洁能源“送得出”前提，对此国家高度重视跨省跨区输电调度工作并出台相关政策措施。国家高度重视跨省跨区输电调度工作国家高度重视跨省跨区输电调度工作雅下装机容量预计达7000~8100万疆电外送中新能源外送电量达到的28.94%理办法(征求意见稿)》研究背景研究背景外送制约因素本地消纳困难本地消纳困难部分区省内交流通道受阻功率达170万千瓦整体提升断面1%的效能效率，则可提升至少10万千瓦的清洁能源外送电力研究背景②关键断面输电极限是保安全、促消纳、市场化的重要安全边界。为了保证电网安全稳定，且避免向调度计算引入过高复杂度，方式部门习惯利用在多个极端场景下计算得到的多组断面极限输电容量(Totaltransfercapability,②HHLZD③⑩二①①满足各类稳定约束(稳与特定运行方式对应，具有时变属性与运行方式集对应，在特定季节或方式下为固数值从某方式起沿既定功率增长方向的断面最大功率电网运行的安全底线，低于此值的运行方式严格安全四川大学四川大学模型驱动/传统机器学习/深度学习随运行方式变化的时变参数，调控须实时监测其变化，计算复杂度极高必失稳，是断面最大潜力辅助制定断面限额、确定既定跨省区交易路径下可安全交易的上限(挖潜)对比角度技术实现固有属性使用目标断面限额模型驱动/数据驱动/工程经验在特定季度或方式下不随运行方式变化的静态参数断面功率低于限额值即能稳定运行，是运行阶段系统安全的硬约束保障限额边界内所有运行方式安全运行(兜底)TTCTTC是评估断面输电潜力的有效指标，但计算复杂度高不利于在线应用限额是保证系统稳定运行的关键边界，但过于保守不利于开发外送潜力通过调整运行方式增强受阻断面输电极限，从而降低通道受阻功率，增加新能源外送。工程应用壁垒工程应用壁垒模型驱动的方法模型驱动的方法模型驱动的方法模型驱动的方法基于Al的方法基基于Al的方法四川大学四川大学TTC评估方法与应用壁垒实际电网实际电网计算复杂度极高，潮流张成(源荷增长λ)也须根据稳定模式特别设计，数据准备代价太大，AI方案需要诸多经验加持才达较好效果，实用困难!研究背景研究背景早期学术研究主流方向实际工程中调度部门关注的安全指标断面限额描述了断面割集下的最保守安全包络面，是静态参数，断面限额描述了断面割集下的最保守安全包络面，是静态参数，工程实用性更好!但问题在于，其通常过保守(精确底限难以获取)[]T平.周孝信，严创绎，等考虑合理安全原则的大型互联电网在线传翰极限计算[J]_中国电机工程学报，2010.3022)1-6.[SSUINII,ZIAOF,WANCG11etal.AuomauicLearnaingofFineCperatingRusforOnlinePowe[21郭琦，赵晋泉、张伯明，等一种线路极限传输客量的在线计算方法[NeworksandLearningSystems,2016,27(8:1708-1719.13j邱离，刘友波，许立雄，等基于深度确定性黄略梯度的电网断面极限传输能力动态趋忧控市师J].中国电机工程学报.2021,41(15:5128-5139.6YTI、DTNGM.WANGJctalASccnaio-lasilfcaticnHybril-lascdBencingMeticlfoxPowerJhanalof4jOUG,LIUVZAOJctal.Anabytiedeplearming-basedsurogatemodtelforopecatinalplaningwithPowenSyslens,2021.36|4).3507-551MderPoserSyslensanCleanEnecey,202412(7]范俊红，严刻峰、刘佳露，等基于多断面功率限额相关度的电力系统运行方式规则优化生成方法研究J].电网技术，2025,492:66-675四川大学四川大学关键挑战断面2断面6断面2断面6断面1断面1断面6断面2断面2断面6断面2断面5断面3断面5断面4四川大学四川大学TTCTTC数值√海量清洁能源运行方式√海量清洁能源运行方式精√高效的高维系统全局特征难以全局精确表征输电断面限额边界智能辨识0关键挑战关键挑战四川大学依托依托Al高效的复杂系统全局特征处理和模式捕捉能力，已初步探索了AI驱动的多档位、多断面的精确限额条件映射规则生成技术，具备低复杂度、高可解释性特点，适用于多类大电网应用场景。30“市场+限额“组合优化类器测服优势2:高效、可信、安全的电力调控优势2:高效、可信、安全的电力调控优势1:随机运行方式下多断面耦合关系发现优势3:作为疏导跨省跨区电力市场中各市场主体利益分摊的“桥梁”12123四川大学四川大学断面极限传输能力和断面输电限额的含义?√断面输电限额是“低于此值即稳定”的限值，运行阶段系统安全的硬约束；TTC则是“高于此值即失稳”,某一功率增长模式下断面传输潜力>断面极限传输能力与输电限额使用场景有何差别?√断面TTC可用于计算输电限额、交易上限估计、真实传输潜力估计等，计算复杂度较高；输电限额可用于约束实际断面潮流，将复杂动态稳定边界降维投影到低复杂度的断面割平面，为市场出清、调度运行提供简单线性边界条件。断面极限传输能力和断面限额间的异同为何?√小系统下，断面割平面上稳定与失稳运行方式明确分离，断面极限传输能力和断面限额接近；大系统下，断面限额和单一方式下断面极限传输能力有较大差异二是稳定与失稳运行四川大学四川大学66—仅通过断面功率描述安全边界，忽略了形成当前功率水平的电源出力、负荷分布、5一组完整运行特征单射于某个安全状态，但断面功率与之为一对多关系，易知断面功率与安全状态是一对多的，5PG35activepower/p.u.学术研究亟待解决的问题工程上过保守的断面限额!技术路线无监督学习多个运行方式簇无监督学习多个运行方式簇断面限额条件映射规则运行方式增补关键特征辨识强耦合断面对断面相关性分析失稳域边界搜索及过滤多断面耦合限额边界强耦合断面对断面相关性分析形态分析边界过滤形态分析边界过滤网格剖分凸包算法基于无监督学习的多断面限额条件映射规则生成方法学术研究数据驱动数据驱动FmPk,isminPk(i)Pk,se=maxPk(i)Pk(i)≥0,Vk∈IKPk(i)≥0,Vk∈KSe(i)=Q,Vc∈C(Pk=max(Pk,is,Pk,se)Pk321学术研究学术研究口问题：断面割空间中稳定与失稳方式杂糅，若以最保守原则选择兜底电网安全运行的限额边界，将直接舍弃稳定与失稳方式混淆的运行域，可能压降通道外送能力√解决方法：将断面割空间划分为几个子空间，在各自子空间内则可减小稳定与失稳方式混淆的运行域大小，从而挖掘出更多可用的传输功率高且稳定的运行方式历历史数据增补数据机组出力拉丁超立方增补数据极端场景类过采样(Maximalinformationcoefficien基于无监督学习的运行方式簇生成聚类算法5特征选择后的运行方式数据集运行方式簇□算例验证条件断面限额规则下断面运行状态档位编号：■0■#1□#2□+3□#4□#5□#6□#7■#8■#9保守限额2分档□断面限额/MW相较传统方法计算的保守限额，2、5、10三种分档数下最大可挖掘断面外送计及聚类方式信息的限额提升潜力计及聚类方式信息的限额提升潜力条件断面限额规则下弃新能源情况所提断面限额条件映射规则可有效挖掘输电潜力!四川大学3.计及多断面耦合效应的限额边界辨识方法四川大学3.计及多断面耦合效应的限额边界辨识方法①相关系数法提取强耦合断面对，确定断面耦合的正反关系②比较单断面投影上失稳-稳定运行方式功率大小，确定稳定-失稳Inter-corridor#2powertransf0③利用具有可解释性的网格剖分/2④在聚类所得的运行方式簇间遍历①~③,形成多断面耦合的条件限额规则2131所提方法能准确辨识限额边界，进一步释放输电潜力，相较于不考虑断面相关性方法，基于网格剖分算法和凸包算法的多断面输电潜力挖掘能力提升分别可达57.86%、48.16%四川大学四川大学j=argminl(x()-c,lP₅(t)≤T₅(t)=min运行成本函数条件断面限额约束√两种方案——KKT松弛法/罚函数法——将…上层模型电网运行下层模型类/档位判定上层模型电网运行四川大学四川大学□算例验证·IEEE39节点测试系统·10档位规则·与传统保守限额(无聚类、单一限额)、独立断面限额(聚类、多限额、不考虑断面相·Gurobi求解器、运行方式数据集利用Python调用PSASP自动仿真生成，样本条数为5000条，安全校核考虑热稳校核、静态电压稳定校核与N-1暂态稳定校核□断面限额—断面潮流—A3的限额—A2的限额—A1的限额一A0的0(a)保守限额约束模型(b)独立断面限额条件映射功率/MW功00多500000W时间/h(c)凸包限额模型(d)多断面耦合限额条件映射模型断面2有功功率/MW(e)13:00时刻三种模型断面潮流与限额结果11234四川大学亟待解决的问题1.如何考虑新能源的不确定性?2.如何利用多断面耦合的条件限额规则实现断面功率的分档切换联调，是否存在普适性的限额规则与求解器可3.如何控制限额联调的保守性，以满足实际中对安全保守性的能调需求离线阶段限额条件映射规则生成运行方式样本数据关键特征提取多核UL学习(MKKM)cizster+1cluster+2cleser#A-1chusterk米1多断面限额安全域1多断面限额安全域条件映射CSDT学习框架额条件映射切换器分支节点新能源场景直流计划值1负荷曲线w控制变量模型模型o子间题主问题LB子间题UB添加约束UBNaB-LBKNa鲁棒的、可解释的多断面限额提升调度策略四川大学学术研究1、考虑新能源不确定性的分布鲁棒机组组合模型四川大学学术研究问题一：利用条件断面限额提升新能源外送消纳，势必要考虑新能源的不确定性因素；解决方法：结合条件断面限额与分布鲁棒优化，形成多断面限额的分布鲁棒切换联调策略一8一8多断面限额条件映射约束多断面限额条件映射约束四川大学四川大学无监督学习算法海量运行方式断面限额条件映射规则的应用框架无监督学习算法海量运行方式运行方式条件映射场景集运行方式簇#1运行方式簇#2运行方式簇#j断面分档限额强相关性强相关性非线性类调控调控对象限额切换机组启停机组启停机组出力弃风弃光条件映射规则凌策变量松弛与罚函数方法影响结果的最优性，且可能难以收敛；距离判据缺乏可解释性，难以形成非K-means族无监督学习算法类归属判据高度非线性，不兼容求解器运行条件从属判定，本质是分类问题，而决策树具备较好的可解释性、符合调度员决策思维、支持混合整数规划模型表征四川大学学术研究四川大学学术研究决策树训练ciuoumacisuoESUL4预先定义好树结构，建模为混合整数建模限额切换器MILP嵌入机制可解释的断面限额提升决策!可解释的断面限额提升决策!3、保守性调度引导的代价敏感学习策四川大学问题三：前述方法无法主动控制限额联调的保守性，难以满足实际工程中安全保守性需求；守性的能调问题满足保守性调基于可行域度需求针对限额边界保守性提升的代价敏感策略调度保守性限额切换调控可解释求解范式断面f₂功率p.u.用JAPTR计算的网格网格一致性参号点打包嵌入打包嵌入主问题打包各类约束以及CSDT限额切换机制子问题L(21×(0).2(n)=mnc(21更新策略更新场景概率学术研究学术研究四川大学A1:所提方法；A2:不考虑断面相关性；A3:不考虑断面相关性，不考虑条件限额规则；A4:不考虑断面限额约束ofA3调度结果计及新能源不确定场景的调度结果计及新能源不确定场景的调度结果所提方法调度结果断面平均输电功率提升47.8%,断面限额平均提升41.2%机组组合成本对比模型无限额约束传统保守限额独立限额规则所提限额规则所提模型决策的断面输电限额最高，外送功率也最所提模型决策的断面输电限额最高，外送功率也最备经济性优势四川大学不确定性下多断面限额人工智能可信调控四川大学不确定性下多断面限额人工智能可信调控SY断面分档限额规则展示断面输电能力提升效果展示分档断面限额传统断面限额SY断面分档限额规则展示断面输电能力提升效果展示分档断面限额传统断面限额--当前方式断面潮流分档断面限额传统断面限额档位1…限额提升率-7.1% 高价值密度运行方式集智能生成多断面限额有限时间计算理论及智能增强方法0ZhongY,QiuG*,LiuJ,LiuT,LiuY,WeiW.AnExplicitTransientRFaultLocationFactor参数迁移策略参数迁移策略主pf1MW样口8pfIMW限额搜索轨迹限额搜索轨迹0限额计算结果对比四川大学四川大学[2]YouboLiu,et.al.,“OnlineTTCEstimationUsingNonparametricAnalyticsCvol.34,no.1,pp.494-505,Jan.2[4]GaoQiu,YouboLiu*,et.al.,"AnTransactionsonPowerSystems,vol.36,no.4,pp.3507[5]Ji'angLiu,YouboLiu,GaoQiu,et.al.,"Cooperativedispatchofdemandresponseandstabilityconstrainsystems:Ahybridlearning-aidedmethod,"AppliedEnergy,vol.381,p.125139,2025.[6]GaoQiu,et.al.,"Surrogate-assistedOptimalRe-DispatchControlforRisk-awareRegulatiTransmission&Distribution,vol.15,no.13,pp.1949-1961,2021.[8]Gao.Qiu,et.al.,"HybridDeepLearningforD