國內(nèi)外主動(dòng)配電網(wǎng)研究的可視化分析

文/師亞東 徐立新

國內(nèi)外主動(dòng)配電網(wǎng)研究的可視化分析

文/師亞東 徐立新

主動(dòng)配電網(wǎng)(active distribution network，ADN)的概念于2008年國際大電網(wǎng)會議由C6.11工作組提出，其目的是解決分布式能源接入點(diǎn)多且介入電壓等級低導(dǎo)致的無法大規(guī)模穩(wěn)定接入電網(wǎng)的問題。C6.11工作組給出的定義是主動(dòng)配電網(wǎng)是具有控制分布式發(fā)電、儲能和需求相應(yīng)資源的系統(tǒng)，電網(wǎng)能夠使用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來管理潮流，在適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管和接入?yún)f(xié)議下，分布式能源在一定程度上承擔(dān)支持系統(tǒng)的責(zé)任。而在2012年CIGRE會議上，C6.19工作組根據(jù)對接入配電網(wǎng)的分布式能源的運(yùn)行和控制情況，將最初的“主動(dòng)配電網(wǎng)”概念擴(kuò)展為“主動(dòng)配電系統(tǒng)(active distribution system，ADS)”，并且認(rèn)為未來的配電網(wǎng)不單單是一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)”，而是一個(gè)通過對分布式電源、儲能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車充換電設(shè)施和可控負(fù)荷的主動(dòng)控制而具有優(yōu)化能力的有機(jī)系統(tǒng)。

主動(dòng)配電網(wǎng)作為未來智能配電網(wǎng)的一種發(fā)展模式，已經(jīng)受到世界各國電力行業(yè)的極大關(guān)注。本文選取CNKI和Web of Science數(shù)據(jù)庫收錄的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，利用CiteSpace可視化軟件，繪制主動(dòng)配電網(wǎng)研究的科學(xué)知識圖譜，揭示該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀，以期為進(jìn)一步研究提供參考與借鑒。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

選取CNKI數(shù)據(jù)庫和Web of Science數(shù)據(jù)庫。在CNKI數(shù)據(jù)庫中以“主動(dòng)配電網(wǎng)”或“主動(dòng)配電系統(tǒng)”作為檢索詞在“主題”中進(jìn)行檢索，時(shí)間跨度為2008-2016，共檢索出371篇文獻(xiàn)記錄。在Web of Science數(shù)據(jù)庫中以主題TS=("active distribution network*"OR"active distribution system*")為檢索式，時(shí)間跨度為2008-2016，檢索出323條文獻(xiàn)記錄。本文采用美國德雷克賽大學(xué)陳超美博士開發(fā)的CiteSpace信息可視化軟件，該軟件能夠繪制聚類視圖和時(shí)區(qū)圖，將復(fù)雜的科學(xué)知識領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)程以可視化圖像的方式顯示。通過對檢索到的文獻(xiàn)記錄進(jìn)行分析，展示主動(dòng)配電網(wǎng)領(lǐng)域研究的基本情況、主要研究熱點(diǎn)和前沿趨勢。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)的來源情況

2.1 文獻(xiàn)記錄數(shù)據(jù)描述

從表1可以看出，自主動(dòng)配電網(wǎng)概念提出以來，相關(guān)的研究隨即展開。2008-2012年間國內(nèi)外研究穩(wěn)中有增，變化不大；2013年后樣本文獻(xiàn)開始急劇增長，并保持不斷增長趨勢，但國內(nèi)的文獻(xiàn)增長幅度遠(yuǎn)大于國際文獻(xiàn)，說明從2013年以來，國內(nèi)學(xué)術(shù)界高度關(guān)注主動(dòng)配電網(wǎng)的發(fā)展。

表1 國內(nèi)外主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)年度分布

2.2 主要作者及其合作關(guān)系分析

在CiteSpace生成的作者合作科學(xué)知識圖譜中，國內(nèi)的研究文獻(xiàn)共選擇出346位作者以及作者之間的399條連線，如圖1。國外的研究文獻(xiàn)共選擇出383位作者以及作者之間的423條連線，如圖2。圖中各節(jié)點(diǎn)表示作者發(fā)文量，節(jié)點(diǎn)越大表示該作者發(fā)文量越多；連線代表某年作者間合作的情況。表2、表3分別列出了國內(nèi)與國際主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)發(fā)文量大于5篇的作者。

圖1 國內(nèi)主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)作者合作的知識圖譜

圖2 國外主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)作者合作的知識圖譜

表2 國內(nèi)主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)作者節(jié)點(diǎn)信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果（發(fā)文量＞5篇）

表3 國外主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)作者節(jié)點(diǎn)信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果（發(fā)文量＞5篇）

結(jié)合圖1、圖2和表2、表3可以看出國外主動(dòng)配電網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)文量最高的是Paolone M，其發(fā)文量為13篇，排名第二的作者Jayaweera D的發(fā)文量為8篇。Paolone M博士為意大利都靈理工大學(xué)副教授，目前主要研究方向?yàn)長EMP與電網(wǎng)交互，電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，電源系統(tǒng)保護(hù)以及分布式發(fā)電。發(fā)文量大于5篇的作者中，國際6位，國內(nèi)29位。國內(nèi)最高發(fā)文量的作者劉東比國際的Paolone M多8篇，其為上海交通大學(xué)電氣工程系研究員，主要研究領(lǐng)域?yàn)橹悄芘潆娋W(wǎng)、電力信息物理融合系統(tǒng)及能量管理系統(tǒng)。

在上述發(fā)文作者中，國外的Paolone M與Cherkaoui R有合作關(guān)系且均為電力系統(tǒng)集團(tuán)的成員，合作篇數(shù)為6篇；Jayaweera D與Islam S也有合作關(guān)系，兩人均屬于澳大利亞科廷大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，合作篇數(shù)為6篇。相比之下，國內(nèi)的作者間合作更密切。蒲天驕、宋永華、林今、王曉輝、陳乃仕、萬燦、劉廣一、董雷8位作者間有合作關(guān)系，劉東、余南華、鐘清、尤毅、劉科研、宋旭東6位作者間有合作關(guān)系，劉滌塵、葉笑莉、周慧芝、唐飛4位作者間有合作關(guān)系。國內(nèi)作者間合作范圍較廣，跨機(jī)構(gòu)合作較多，如蒲天驕、宋永華、陳乃仕、劉廣一屬于中國電力科學(xué)院，而林今屬于清華大學(xué)，董雷屬于華北電力大學(xué)；劉東、尤毅屬于上海交通大學(xué)，余南華、鐘清則屬于廣東電網(wǎng)有限公司。

2.3 機(jī)構(gòu)合作分析

在CiteSpace生成的機(jī)構(gòu)合作科學(xué)知識圖譜中，國內(nèi)主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)共選擇出110個(gè)機(jī)構(gòu)以及機(jī)構(gòu)間的80條連線，如圖3所示；國際上主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)共選擇出118個(gè)機(jī)構(gòu)以及機(jī)構(gòu)間的49條連線，如圖4所示。

圖3 國內(nèi)主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)機(jī)構(gòu)合作知識圖譜

圖4 國際主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)機(jī)構(gòu)合作知識圖譜

根據(jù)圖3所示，主動(dòng)配電網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)文量大于10篇的國內(nèi)機(jī)構(gòu)有5個(gè)，其中發(fā)文量最多的為中國電力科學(xué)研究院，發(fā)文數(shù)量為51篇，其次為華北電力大學(xué)的27篇、廣東電網(wǎng)公司的20篇、四川大學(xué)的12篇以及上海交通大學(xué)的11篇；而國外機(jī)構(gòu)有4個(gè)，其中發(fā)文量最多的為上海交通大學(xué)的14篇，其次為洛桑聯(lián)合理工大學(xué)的13篇、天津大學(xué)的12篇以及華北電力大學(xué)的12篇。從高發(fā)文量機(jī)構(gòu)來看，高校和電氣專業(yè)研究院所為相關(guān)研究的絕對主力，其中以中國電力科學(xué)研究院為典型代表。同時(shí)中國電力科學(xué)研究院與華北電力大學(xué)、上海交通大學(xué)間存在緊密的合作關(guān)系。

2.4 關(guān)鍵詞分析

在文獻(xiàn)中所占的篇幅雖然不大，卻是文章的核心與精髓，是文章主題的高度概括和集中體現(xiàn)，因此對文章的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析來確定研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在CiteSpace生成的關(guān)鍵詞共現(xiàn)科學(xué)知識圖譜中隱藏了關(guān)鍵詞“主動(dòng)配電網(wǎng)/active distribution network”，對于CNKI數(shù)據(jù)運(yùn)行結(jié)果中選擇出66個(gè)關(guān)鍵詞，如圖5所示。而對于Web of Science數(shù)據(jù)運(yùn)行結(jié)果中選擇出63個(gè)關(guān)鍵詞，如圖6所示。圖中每個(gè)彩色“年輪”代表一個(gè)研究熱點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的半徑大小反映該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)。根據(jù)CiteSpace運(yùn)行結(jié)果，整理得到熱點(diǎn)關(guān)鍵詞表，如表4，該表顯示了國內(nèi)外主動(dòng)配電網(wǎng)的主要研究熱點(diǎn)及出現(xiàn)的頻次。

圖5 國內(nèi)主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜

圖6 國外主動(dòng)配電網(wǎng)研究文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜

由圖5可知，國內(nèi)主動(dòng)配電網(wǎng)研究主要是“分布式電源”這一個(gè)大的聚類，其中包括“分布式能源”和“分布式發(fā)電”，這說明它們是國內(nèi)主動(dòng)配電網(wǎng)研究的熱點(diǎn)；另外“配電網(wǎng)規(guī)劃”、“微電網(wǎng)”等出現(xiàn)的頻率也較高，也是國內(nèi)主動(dòng)配電網(wǎng)研究的熱點(diǎn)。由圖6可知，國際上主動(dòng)配電網(wǎng)研究主要熱點(diǎn)為“distribution system”、“generation”、“distributedgeneration”、“genetic algorithm”、“smart grid”、“microgrid”等。

表4 國外主動(dòng)配電網(wǎng)研究的關(guān)鍵詞表

由表4可知，國內(nèi)主動(dòng)配電網(wǎng)的關(guān)鍵詞分布更為集中，頻次最高為166次，出現(xiàn)概率為0.447（166/371），遠(yuǎn)高于國際的0.238（77/323），說明國內(nèi)主動(dòng)配電網(wǎng)領(lǐng)域的研究范圍相對集中，而國際在這方面的研究范圍廣泛。對比國內(nèi)外出現(xiàn)的關(guān)鍵詞，可知兩者間存在相同的熱點(diǎn)，如“分布式發(fā)電”、“智能電網(wǎng)”、“微電網(wǎng)”、“（供電）可靠性”，這些相同的熱點(diǎn)領(lǐng)域反映了國內(nèi)外對主動(dòng)配電網(wǎng)研究的交集，代表了主動(dòng)配電網(wǎng)研究的主流領(lǐng)域。同時(shí)，國內(nèi)研究還關(guān)注分布式電源的應(yīng)用、配電網(wǎng)的規(guī)劃研究、可再生能源以及儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域；國外研究則關(guān)注配電系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用、主動(dòng)配電網(wǎng)遺傳算法優(yōu)化與最優(yōu)潮流、分布式電源大規(guī)模化接入導(dǎo)致的電壓控制等領(lǐng)域。

2.5 文獻(xiàn)共被引分析

文獻(xiàn)共被引分析知識圖譜能夠形象地反映主動(dòng)配電網(wǎng)研究領(lǐng)域的知識基礎(chǔ)。如果兩篇文獻(xiàn)同時(shí)被一篇或多篇文獻(xiàn)引用。則這兩篇文獻(xiàn)即為共被引關(guān)系，兩者的研究內(nèi)容、方法理論也比較相關(guān)。由于CNKI數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)并沒有包含共被引文獻(xiàn)信息，所以主動(dòng)配電網(wǎng)共被引文獻(xiàn)分析以Web of Science數(shù)據(jù)為主要分析對象。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入并運(yùn)行后得到如圖7所示的共被引文獻(xiàn)圖譜。

圖7形象地表示了主動(dòng)配電網(wǎng)研究中的共被引文獻(xiàn)。圖中不同的節(jié)點(diǎn)代表不同的文獻(xiàn)，節(jié)點(diǎn)大小表示文獻(xiàn)被引的頻數(shù)大小，節(jié)點(diǎn)間的連線代表文獻(xiàn)的共被引關(guān)系。表5列舉了前五位被引頻次最高的文獻(xiàn)信息。排名第一位的是一本介紹微電網(wǎng)和主動(dòng)配電網(wǎng)知識的書籍，重點(diǎn)關(guān)注將傳統(tǒng)的被動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為未來主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的配套技術(shù)；第二篇文章提出了一種基于遺傳算法的主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)擴(kuò)展規(guī)劃，該算法同時(shí)考慮了可靠性、損耗和電網(wǎng)投資的費(fèi)用；第三篇文章是對配電網(wǎng)容量進(jìn)行評估，提出了一種基于多時(shí)段交流最優(yōu)潮流（OPF）的技術(shù)，在主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理（ANM）實(shí)施時(shí)，來評估新型的多種分布式發(fā)電能夠與配電網(wǎng)互聯(lián)的容量，而嵌入OPF的ANM方案包括協(xié)調(diào)電壓控制、自適應(yīng)功率因數(shù)和能量削減。第四篇文章認(rèn)為在配電系統(tǒng)變革中，最有前景的是分布式發(fā)電管理控制的可能性，因此最新的配電管理系統(tǒng)傾向于整合優(yōu)化功能用于配電網(wǎng)中各種資源的短期調(diào)度和資源控制。第五篇文章提出了一個(gè)存在于嵌入風(fēng)力發(fā)電和蓄電儲能配電網(wǎng)的有源無功優(yōu)化組合方案，該方案提供了一個(gè)最佳的操作方案，保證了可行性。

圖7 主動(dòng)配電網(wǎng)共被引文獻(xiàn)知識圖譜

表5 主動(dòng)配電網(wǎng)高被引文獻(xiàn)信息

3 結(jié)語

通過CiteSpace可視化分析，發(fā)現(xiàn)在主動(dòng)配電網(wǎng)研究領(lǐng)域發(fā)文量逐步增加，尤其是2013年后，增長速度十分明顯，說明該領(lǐng)域得到了國內(nèi)外學(xué)者的重視。國外的Paolone M與Cherkaoui R、Jayaweera D與Islam S兩個(gè)合作團(tuán)隊(duì)；國內(nèi)的蒲天驕、宋永華團(tuán)隊(duì)以及劉東、余南華團(tuán)隊(duì)在這一領(lǐng)域的貢獻(xiàn)尤為突出，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)內(nèi)外的廣泛合作，并以中國電力科學(xué)研究院為研究機(jī)構(gòu)的典型代表?！胺植际桨l(fā)電”、“微電網(wǎng)”、“智能電網(wǎng)”為國內(nèi)外機(jī)構(gòu)共同的研究熱點(diǎn)；主動(dòng)配電網(wǎng)領(lǐng)域研究基礎(chǔ)是傳統(tǒng)的被動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為未來主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的配套技術(shù)、包含分布式發(fā)電與儲能技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、管理與優(yōu)化，其中主動(dòng)配電網(wǎng)的核心價(jià)值在于對配電網(wǎng)的主動(dòng)管理。

師亞東，男，中山大學(xué)資訊管理學(xué)院碩士研究生，廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院科技情報(bào)所實(shí)習(xí)生；徐立新，男，高級工程師，碩士，任職于廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院科技情報(bào)所，從事科技情報(bào)研究工作。