基于CiteSpace軟件的微電網(wǎng)研究熱點(diǎn)分析

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(上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院, 上海 200090)

微電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),該領(lǐng)域的發(fā)展與微電網(wǎng)(以下簡(jiǎn)稱“微網(wǎng)”)技術(shù)密不可分[1]。目前,微網(wǎng)仍處于研究和實(shí)驗(yàn)室階段,且其結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜,準(zhǔn)確把握該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前沿,對(duì)微網(wǎng)的發(fā)展具有重要意義。由于微網(wǎng)的研究方向較多[2-3],例如規(guī)劃設(shè)計(jì)[4]、運(yùn)行優(yōu)化[5]、保護(hù)控制[6]、實(shí)驗(yàn)仿真[7]等,研究熱點(diǎn)相對(duì)分散,所以很難把握具體的前沿趨勢(shì)。行業(yè)專家對(duì)微網(wǎng)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀研究,大部分是基于定性的點(diǎn)狀信息采集和加工分析的方法,主觀性較強(qiáng),未通過(guò)具體數(shù)據(jù)進(jìn)行量化角度的統(tǒng)計(jì)分析。

情報(bào)計(jì)量學(xué)是一門以情報(bào)(數(shù)據(jù)、文本、文獻(xiàn)等)為研究對(duì)象,以統(tǒng)計(jì)學(xué)和引文分析等為研究方法,揭示情報(bào)結(jié)構(gòu)和規(guī)律性的一門學(xué)科[8]。它已在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域[9]和電力行業(yè)現(xiàn)狀研究領(lǐng)域[10]得到了相關(guān)應(yīng)用?？梢暬浖﨏iteSpace是情報(bào)計(jì)量學(xué)中的先進(jìn)工具,以科學(xué)文獻(xiàn)為數(shù)據(jù)源,對(duì)文獻(xiàn)中的相關(guān)信息進(jìn)行分析與處理[11],繪制相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)圖譜,從量化視角突出研究熱點(diǎn)和前沿。目前,在國(guó)內(nèi)家用空調(diào)領(lǐng)域[12]和光電技術(shù)領(lǐng)域[13]已基于該軟件進(jìn)行了相關(guān)研究,但此類研究方法在微網(wǎng)領(lǐng)域中還未得到運(yùn)用。

本文運(yùn)用可視化軟件CiteSpace,對(duì)中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫(kù)中微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的工程索引(EI)期刊文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞和突現(xiàn)詞分析,繪制可視化圖譜,分析和總結(jié)了當(dāng)前微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

1 微網(wǎng)數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

選擇中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)全文數(shù)據(jù)庫(kù),以“微網(wǎng)”或“微電網(wǎng)”為關(guān)鍵詞,在EI期刊中進(jìn)行檢索,文獻(xiàn)覆蓋時(shí)間范圍為2000—2017年,共得到1 342條相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果,來(lái)源于電力領(lǐng)域及交叉學(xué)科的22種期刊,具體期刊如表1所示。手動(dòng)剔除征稿信息等無(wú)關(guān)記錄后得到1 291條結(jié)果。數(shù)據(jù)下載截止日期為2017年9月15日。

1.2 研究方法

運(yùn)用可視化軟件CiteSpace對(duì)數(shù)據(jù)源文獻(xiàn)進(jìn)行處理,針對(duì)核心作者群體和研究機(jī)構(gòu)展開分析,通過(guò)頻次統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)描述作者群體和機(jī)構(gòu)的研究力量分布;針對(duì)熱點(diǎn)技術(shù)和前沿關(guān)注點(diǎn)的識(shí)別,基于關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析,通過(guò)頻次統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)和中介中心性指標(biāo)識(shí)別前沿的熱點(diǎn)技術(shù),通過(guò)突現(xiàn)值指標(biāo)定位領(lǐng)域前沿關(guān)注點(diǎn)。綜合以上熱點(diǎn)技術(shù)和前沿關(guān)注點(diǎn),分析微網(wǎng)領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。具體流程如圖1所示。

表1 來(lái)源期刊表

圖1 可視化分析流程示意

圖1中所依據(jù)的指標(biāo)包括:頻次統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo),節(jié)點(diǎn)的大小體現(xiàn)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次多少,節(jié)點(diǎn)越大,所受關(guān)注度越高;中介中心性指標(biāo)是文獻(xiàn)重要性的衡量指標(biāo);突現(xiàn)值指標(biāo)是指關(guān)鍵詞的詞頻變化率,體現(xiàn)了關(guān)注點(diǎn)的熱度變化。

2 微網(wǎng)領(lǐng)域研究成果趨勢(shì)和研發(fā)力量分布

2.1 時(shí)間分布

針對(duì)CNKI中檢索的微網(wǎng)1 291條期刊文獻(xiàn)數(shù)據(jù),研究其時(shí)間分布情況,結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出,“微網(wǎng)”概念在2003年就被提出,隨后幾年未得到較多的重視。從2008年開始,文章數(shù)量快速增長(zhǎng)(2017年的文獻(xiàn)還未完全收錄)。從數(shù)量曲線的趨勢(shì)可以看出,未來(lái)幾年微網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱度將持續(xù)上升,相關(guān)文獻(xiàn)和研究成果也會(huì)越來(lái)越多。

圖2 微網(wǎng)期刊文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間分布

2.2 核心作者分布

國(guó)內(nèi)微網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)表EI期刊文獻(xiàn)數(shù)量前10位的作者所發(fā)表的論文數(shù)量達(dá)到264篇,占2000—2017年EI期刊微網(wǎng)相關(guān)文獻(xiàn)總量的20.4%,具體如表2所示。從定量的角度來(lái)看,EI期刊發(fā)表數(shù)目越多,則該作者在微網(wǎng)領(lǐng)域的影響也就越大,其所屬團(tuán)隊(duì)的研究力量也就越強(qiáng)。

表2 國(guó)內(nèi)微網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)文前10名的作者

對(duì)排名前3位作者的情況作簡(jiǎn)要總結(jié):王成山,天津大學(xué),主要研究方向?yàn)槌鞘须娋W(wǎng)規(guī)劃、分布式發(fā)電技術(shù)及微網(wǎng)、電力系統(tǒng)安全性分析等;李鵬,華北電力大學(xué),主要研究方向?yàn)榉植际诫娫床⒕W(wǎng)發(fā)電與微網(wǎng)技術(shù)、電能質(zhì)量分析、柔性配電技術(shù)、電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用等;趙波,浙江省電力公司,主要研究方向?yàn)榉植际桨l(fā)電以及微網(wǎng)方向的技術(shù)等。

2.3 研究機(jī)構(gòu)分布

國(guó)內(nèi)各個(gè)研究機(jī)構(gòu)2000—2017年在22種微網(wǎng)領(lǐng)域的EI期刊的發(fā)文數(shù)量如表3所示。由表3可以看出,中國(guó)電力科學(xué)研究院和浙江大學(xué)電氣學(xué)院在微網(wǎng)領(lǐng)域的研究力量較強(qiáng),其他各個(gè)機(jī)構(gòu)的發(fā)文數(shù)量緊隨其后,微網(wǎng)領(lǐng)域的研究力量分布總體比較均勻,并未出現(xiàn)一家獨(dú)大的形勢(shì)。

表3 國(guó)內(nèi)微網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)文前10名的機(jī)構(gòu)

3 微網(wǎng)領(lǐng)域的熱點(diǎn)定位、前沿關(guān)注點(diǎn)及趨勢(shì)分析

3.1 微網(wǎng)領(lǐng)域熱點(diǎn)定位

通過(guò)認(rèn)知微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),有助于更好地把握整個(gè)行業(yè)的發(fā)展動(dòng)向,使相應(yīng)行業(yè)人員明確領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢(shì),為下一階段微網(wǎng)領(lǐng)域的研究提供更具有意義的參考性建議。運(yùn)用CiteSpace軟件對(duì)檢索到的期刊文獻(xiàn)展開關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析,生成微網(wǎng)可視化技術(shù)圖譜,并定位微網(wǎng)技術(shù)熱點(diǎn)。

將2000—2017年公開的全部期刊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成WoS數(shù)據(jù)格式導(dǎo)入CiteSpace軟件,節(jié)點(diǎn)類型設(shè)置為“keyword”,時(shí)間間隔選擇1年,其他都選擇默認(rèn)格式。運(yùn)行軟件進(jìn)行初步分析,生成的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)有207個(gè)節(jié)點(diǎn),828條連線,這導(dǎo)致共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)太密集,重點(diǎn)不突出,故利用軟件自帶的網(wǎng)絡(luò)裁剪功能,對(duì)合并后的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行裁剪,結(jié)果如圖3所示。裁剪后的網(wǎng)絡(luò)共有207個(gè)節(jié)點(diǎn),224條連線。由圖3獲取了高頻節(jié)點(diǎn)信息表格,如表4所示。

圖3 微網(wǎng)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

關(guān)鍵詞頻次中介中心性關(guān)鍵詞頻次中介中心性微電網(wǎng)4400.08微網(wǎng)2550.11下垂控制1140.04分布式電源1140.09分布式發(fā)電810.31儲(chǔ)能650.01直流微電網(wǎng)510.15逆變器450.31能量管理390.09孤島運(yùn)行370.22協(xié)調(diào)控制320.09電能質(zhì)量300.37蓄電池290.25經(jīng)濟(jì)調(diào)度270.13電動(dòng)汽車240.02可再生能源240.31混合儲(chǔ)能220.07多目標(biāo)優(yōu)化220.17多代理系統(tǒng)170.05可靠性評(píng)估140.01無(wú)縫切換130.08優(yōu)化配置130.21能源互聯(lián)網(wǎng)120.02經(jīng)濟(jì)運(yùn)行120.15超級(jí)電容90.09微型燃?xì)廨啓C(jī)80.01

由圖3可以看出,“微網(wǎng)”和“微電網(wǎng)”的節(jié)點(diǎn)最大,對(duì)應(yīng)高頻關(guān)鍵詞表中的頻次也最多,這是由于將“微網(wǎng)”和“微電網(wǎng)”作為檢索詞所導(dǎo)致的。此外,“下垂控制”“分布式電源”“儲(chǔ)能”“逆變器”“孤島運(yùn)行”以及“電能質(zhì)量”等關(guān)鍵詞在圖中的節(jié)點(diǎn)也非常顯眼,出現(xiàn)頻次較多,節(jié)點(diǎn)相對(duì)較大,或者中介中心性較高,是微網(wǎng)領(lǐng)域的重要節(jié)點(diǎn),也是拓展微網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵樞紐。

綜合頻次統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)和中介中心性指標(biāo),判定微網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)主要集中在下垂控制技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)、逆變器的研究、孤島運(yùn)行與孤島檢測(cè)技術(shù)、微網(wǎng)中的電能質(zhì)量5方面。

3.2 微網(wǎng)領(lǐng)域前沿關(guān)注點(diǎn)識(shí)別

采用CiteSpace軟件中的突現(xiàn)詞檢索功能,辨別詞頻變化率較大的詞語(yǔ)。由于領(lǐng)域局部熱點(diǎn)的變化可能通過(guò)詞頻增長(zhǎng)率(突現(xiàn)率)變化大的關(guān)鍵詞所體現(xiàn),研究和分析這類關(guān)鍵詞有助于發(fā)現(xiàn)和推動(dòng)學(xué)科領(lǐng)域中的微觀因素,在揭示學(xué)科發(fā)展方面更具代表性。因此,認(rèn)為高突現(xiàn)率的關(guān)鍵詞在一定意義上可以代表某一領(lǐng)域的前沿關(guān)注點(diǎn)。

圖4列出了2000—2017年間微網(wǎng)技術(shù)研究的突現(xiàn)強(qiáng)度前9位的關(guān)鍵詞。經(jīng)過(guò)人為排除和篩選后,根據(jù)圖4可知,突現(xiàn)強(qiáng)度較強(qiáng)的關(guān)鍵詞前4名是“分布式發(fā)電”“智能電網(wǎng)”“微型燃?xì)廨啓C(jī)”“能源互聯(lián)網(wǎng)”,其變動(dòng)趨勢(shì)最大,為這段時(shí)期內(nèi)微網(wǎng)的前沿?zé)狳c(diǎn)。突現(xiàn)值較高的“孤島檢測(cè)”“并網(wǎng)運(yùn)行”“微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)”等,在微網(wǎng)領(lǐng)域受到的關(guān)注度也很大,是微網(wǎng)領(lǐng)域普及過(guò)程中的一系列關(guān)注點(diǎn)。此外,“能源互聯(lián)網(wǎng)”的突現(xiàn)率從近3年開始呈上升趨勢(shì),是微網(wǎng)領(lǐng)域的研究前沿。

綜合突現(xiàn)值與突現(xiàn)時(shí)段的不同,總結(jié)出微網(wǎng)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)主要集中在:分布式發(fā)電;孤島檢測(cè);微網(wǎng)能源管理系統(tǒng);能源互聯(lián)網(wǎng)。

3.3 未來(lái)趨勢(shì)分析

總結(jié)上述領(lǐng)域熱點(diǎn)定位以及前沿關(guān)注點(diǎn)的識(shí)別分析,可認(rèn)為既是熱點(diǎn)又是前沿關(guān)注點(diǎn)的技術(shù)就是需要重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù),即技術(shù)與關(guān)注點(diǎn)中包含的關(guān)鍵詞的頻次和突現(xiàn)值均較高,就認(rèn)為是未來(lái)微網(wǎng)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注與發(fā)展的技術(shù)。具體技術(shù)中所包含的高頻詞和突現(xiàn)詞如表5所示。

表5 微網(wǎng)技術(shù)所含關(guān)鍵詞與突現(xiàn)詞統(tǒng)計(jì)表

3.3.1 含有頻次高和突現(xiàn)值高的關(guān)鍵詞的技術(shù)與關(guān)注點(diǎn)

(1) 微網(wǎng)分布式發(fā)電技術(shù) 分布式發(fā)電技術(shù)有助于充分利用各地豐富的清潔可再生能源,但分布式電源大規(guī)模的并網(wǎng)運(yùn)行將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和調(diào)度運(yùn)行帶來(lái)一定的影響。如何在滿足系統(tǒng)要求下,充分利用分布式發(fā)電技術(shù)在各個(gè)方面(包括經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境等)的優(yōu)勢(shì),依然是微網(wǎng)領(lǐng)域今后的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

(2) 微網(wǎng)儲(chǔ)能及能量管理技術(shù) 目前電池類、超級(jí)電容器和光伏電池等元件儲(chǔ)能是微網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)的研究重點(diǎn),儲(chǔ)能往往伴隨著微電網(wǎng)的能量管理。微網(wǎng)能量管理發(fā)展到現(xiàn)在,已實(shí)現(xiàn)了分布式能源的即插即用。未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)將向多種儲(chǔ)能元件協(xié)調(diào)配合使用方向發(fā)展,混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化將成為未來(lái)微網(wǎng)能量管理的一個(gè)研究趨勢(shì)。

(3) 孤島檢測(cè)技術(shù) 孤島檢測(cè)是微網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)并網(wǎng),孤島模式的無(wú)縫切換,采用主動(dòng)檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)非破壞性無(wú)盲區(qū)孤島檢測(cè),也是微網(wǎng)研究者們未來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

3.3.2 含有頻次較高和突現(xiàn)值高的關(guān)鍵詞的技術(shù)與關(guān)注點(diǎn)

微網(wǎng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)步的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),其發(fā)展勢(shì)必推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域前進(jìn)。未來(lái)微網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展將向能源互聯(lián)網(wǎng)方向靠近,未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)勢(shì)必成為行業(yè)領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn),且關(guān)注度會(huì)越來(lái)越高。

3.3.3 含有頻次高和突現(xiàn)值較高的關(guān)鍵詞的技術(shù)與關(guān)注點(diǎn)

(1) 微網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù) 與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制技術(shù)不同,微網(wǎng)側(cè)重并、離網(wǎng)控制技術(shù)(分布式電源控制技術(shù)有下垂控制技術(shù)、v/f控制技術(shù)、p/v控制技術(shù))。此外,微網(wǎng)整體運(yùn)行控制也是微網(wǎng)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。

(2) 有關(guān)微網(wǎng)電能質(zhì)量的關(guān)注點(diǎn) 微網(wǎng)內(nèi)存在逆變器型微電源和旋轉(zhuǎn)電機(jī)型微電源(微型燃?xì)廨啓C(jī))以及大量的非線性負(fù)載,可能會(huì)造成諧波污染、電壓波動(dòng)、電壓(頻率)閃變、環(huán)流等問(wèn)題,所以微網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題依然是未來(lái)微網(wǎng)的研究熱點(diǎn)之一。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于CiteSpace軟件對(duì)22種EI期刊中涉及微網(wǎng)的文獻(xiàn)進(jìn)行了研究,從量化角度分析總結(jié)了微網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與前沿,避免了過(guò)去研究過(guò)程中過(guò)度偏于主觀的定性分析。經(jīng)過(guò)分析得到該領(lǐng)域的研發(fā)力量分布:在核心作者群體中,王成山團(tuán)隊(duì)和李鵬團(tuán)隊(duì)在微網(wǎng)領(lǐng)域最為突出;在研究機(jī)構(gòu)中,中國(guó)電力科學(xué)研究院、浙江大學(xué)電氣學(xué)院、華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院等具有較強(qiáng)研究力量;針對(duì)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析得到了微網(wǎng)領(lǐng)域熱點(diǎn)技術(shù)與關(guān)注點(diǎn)的預(yù)測(cè),其主要集中在微網(wǎng)分布式發(fā)電技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、電能質(zhì)量和能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)注點(diǎn)等。

為了更好地了解微網(wǎng)領(lǐng)域某一分支的具體技術(shù)脈絡(luò),未來(lái)可以針對(duì)微網(wǎng)某一特定的技術(shù)分支展開可視化分析,更深地挖掘某一技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)。這一系列的分析結(jié)果,能為微網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展提供參考性的指導(dǎo)建議。