四川大學高比例新能源電網(wǎng)多斷面限額的人工智能計算與調(diào)控技術(shù)2025年7月25日新疆伊犁211234研究背景西部地區(qū)大規(guī)模清潔能源須經(jīng)長距離跨省跨區(qū)輸電通道外送西部地區(qū)大規(guī)模清潔能源須經(jīng)長距離跨省跨區(qū)輸電通道外送轉(zhuǎn)移至經(jīng)濟中心，輸電斷面安全協(xié)同運行是保障清潔能源“送得出”前提，對此國家高度重視跨省跨區(qū)輸電調(diào)度工作并出臺相關(guān)政策措施。國家高度重視跨省跨區(qū)輸電調(diào)度工作國家高度重視跨省跨區(qū)輸電調(diào)度工作雅下裝機容量預計達7000~8100萬疆電外送中新能源外送電量達到的28.94%理辦法(征求意見稿)》研究背景研究背景外送制約因素本地消納困難本地消納困難部分區(qū)省內(nèi)交流通道受阻功率達170萬千瓦整體提升斷面1%的效能效率，則可提升至少10萬千瓦的清潔能源外送電力研究背景②關(guān)鍵斷面輸電極限是保安全、促消納、市場化的重要安全邊界。為了保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定，且避免向調(diào)度計算引入過高復雜度，方式部門習慣利用在多個極端場景下計算得到的多組斷面極限輸電容量(Totaltransfercapability,②HHLZD③⑩二①①滿足各類穩(wěn)定約束(穩(wěn)與特定運行方式對應(yīng)，具有時變屬性與運行方式集對應(yīng)，在特定季節(jié)或方式下為固數(shù)值從某方式起沿既定功率增長方向的斷面最大功率電網(wǎng)運行的安全底線，低于此值的運行方式嚴格安全四川大學四川大學模型驅(qū)動/傳統(tǒng)機器學習/深度學習隨運行方式變化的時變參數(shù)，調(diào)控須實時監(jiān)測其變化，計算復雜度極高必失穩(wěn)，是斷面最大潛力輔助制定斷面限額、確定既定跨省區(qū)交易路徑下可安全交易的上限(挖潛)對比角度技術(shù)實現(xiàn)固有屬性使用目標斷面限額模型驅(qū)動/數(shù)據(jù)驅(qū)動/工程經(jīng)驗在特定季度或方式下不隨運行方式變化的靜態(tài)參數(shù)斷面功率低于限額值即能穩(wěn)定運行，是運行階段系統(tǒng)安全的硬約束保障限額邊界內(nèi)所有運行方式安全運行(兜底)TTCTTC是評估斷面輸電潛力的有效指標，但計算復雜度高不利于在線應(yīng)用限額是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵邊界，但過于保守不利于開發(fā)外送潛力通過調(diào)整運行方式增強受阻斷面輸電極限，從而降低通道受阻功率，增加新能源外送。工程應(yīng)用壁壘工程應(yīng)用壁壘模型驅(qū)動的方法模型驅(qū)動的方法模型驅(qū)動的方法模型驅(qū)動的方法基于Al的方法基基于Al的方法四川大學四川大學TTC評估方法與應(yīng)用壁壘實際電網(wǎng)實際電網(wǎng)計算復雜度極高，潮流張成(源荷增長λ)也須根據(jù)穩(wěn)定模式特別設(shè)計，數(shù)據(jù)準備代價太大，AI方案需要諸多經(jīng)驗加持才達較好效果，實用困難!研究背景研究背景早期學術(shù)研究主流方向?qū)嶋H工程中調(diào)度部門關(guān)注的安全指標斷面限額描述了斷面割集下的最保守安全包絡(luò)面，是靜態(tài)參數(shù)，斷面限額描述了斷面割集下的最保守安全包絡(luò)面，是靜態(tài)參數(shù)，工程實用性更好!但問題在于，其通常過保守(精確底限難以獲取)[]T平.周孝信，嚴創(chuàng)繹，等考慮合理安全原則的大型互聯(lián)電網(wǎng)在線傳翰極限計算[J]_中國電機工程學報，2010.3022)1-6.[SSUINII,ZIAOF,WANCG11etal.AuomauicLearnaingofFineCperatingRusforOnlinePowe[21郭琦，趙晉泉、張伯明，等一種線路極限傳輸客量的在線計算方法[NeworksandLearningSystems,2016,27(8:1708-1719.13j邱離，劉友波，許立雄，等基于深度確定性黃略梯度的電網(wǎng)斷面極限傳輸能力動態(tài)趨憂控市師J].中國電機工程學報.2021,41(15:5128-5139.6YTI、DTNGM.WANGJctalASccnaio-lasilfcaticnHybril-lascdBencingMeticlfoxPowerJhanalof4jOUG,LIUVZAOJctal.Anabytiedeplearming-basedsurogatemodtelforopecatinalplaningwithPowenSyslens,2021.36|4).3507-551MderPoserSyslensanCleanEnecey,202412(7]范俊紅，嚴刻峰、劉佳露，等基于多斷面功率限額相關(guān)度的電力系統(tǒng)運行方式規(guī)則優(yōu)化生成方法研究J].電網(wǎng)技術(shù)，2025,492:66-675四川大學四川大學關(guān)鍵挑戰(zhàn)斷面2斷面6斷面2斷面6斷面1斷面1斷面6斷面2斷面2斷面6斷面2斷面5斷面3斷面5斷面4四川大學四川大學TTCTTC數(shù)值√海量清潔能源運行方式√海量清潔能源運行方式精√高效的高維系統(tǒng)全局特征難以全局精確表征輸電斷面限額邊界智能辨識0關(guān)鍵挑戰(zhàn)關(guān)鍵挑戰(zhàn)四川大學依托依托Al高效的復雜系統(tǒng)全局特征處理和模式捕捉能力，已初步探索了AI驅(qū)動的多檔位、多斷面的精確限額條件映射規(guī)則生成技術(shù)，具備低復雜度、高可解釋性特點，適用于多類大電網(wǎng)應(yīng)用場景。30“市場+限額“組合優(yōu)化類器測服優(yōu)勢2:高效、可信、安全的電力調(diào)控優(yōu)勢2:高效、可信、安全的電力調(diào)控優(yōu)勢1:隨機運行方式下多斷面耦合關(guān)系發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢3:作為疏導跨省跨區(qū)電力市場中各市場主體利益分攤的“橋梁”12123四川大學四川大學斷面極限傳輸能力和斷面輸電限額的含義?√斷面輸電限額是“低于此值即穩(wěn)定”的限值，運行階段系統(tǒng)安全的硬約束；TTC則是“高于此值即失穩(wěn)”,某一功率增長模式下斷面?zhèn)鬏敐摿?gt;斷面極限傳輸能力與輸電限額使用場景有何差別?√斷面TTC可用于計算輸電限額、交易上限估計、真實傳輸潛力估計等，計算復雜度較高；輸電限額可用于約束實際斷面潮流，將復雜動態(tài)穩(wěn)定邊界降維投影到低復雜度的斷面割平面，為市場出清、調(diào)度運行提供簡單線性邊界條件。斷面極限傳輸能力和斷面限額間的異同為何?√小系統(tǒng)下，斷面割平面上穩(wěn)定與失穩(wěn)運行方式明確分離，斷面極限傳輸能力和斷面限額接近；大系統(tǒng)下，斷面限額和單一方式下斷面極限傳輸能力有較大差異二是穩(wěn)定與失穩(wěn)運行四川大學四川大學66—僅通過斷面功率描述安全邊界，忽略了形成當前功率水平的電源出力、負荷分布、5一組完整運行特征單射于某個安全狀態(tài)，但斷面功率與之為一對多關(guān)系，易知斷面功率與安全狀態(tài)是一對多的，5PG35activepower/p.u.學術(shù)研究亟待解決的問題工程上過保守的斷面限額!技術(shù)路線無監(jiān)督學習多個運行方式簇無監(jiān)督學習多個運行方式簇斷面限額條件映射規(guī)則運行方式增補關(guān)鍵特征辨識強耦合斷面對斷面相關(guān)性分析失穩(wěn)域邊界搜索及過濾多斷面耦合限額邊界強耦合斷面對斷面相關(guān)性分析形態(tài)分析邊界過濾形態(tài)分析邊界過濾網(wǎng)格剖分凸包算法基于無監(jiān)督學習的多斷面限額條件映射規(guī)則生成方法學術(shù)研究數(shù)據(jù)驅(qū)動數(shù)據(jù)驅(qū)動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學術(shù)研究學術(shù)研究口問題：斷面割空間中穩(wěn)定與失穩(wěn)方式雜糅，若以最保守原則選擇兜底電網(wǎng)安全運行的限額邊界，將直接舍棄穩(wěn)定與失穩(wěn)方式混淆的運行域，可能壓降通道外送能力√解決方法：將斷面割空間劃分為幾個子空間，在各自子空間內(nèi)則可減小穩(wěn)定與失穩(wěn)方式混淆的運行域大小，從而挖掘出更多可用的傳輸功率高且穩(wěn)定的運行方式歷歷史數(shù)據(jù)增補數(shù)據(jù)機組出力拉丁超立方增補數(shù)據(jù)極端場景類過采樣(Maximalinformationcoefficien基于無監(jiān)督學習的運行方式簇生成聚類算法5特征選擇后的運行方式數(shù)據(jù)集運行方式簇□算例驗證條件斷面限額規(guī)則下斷面運行狀態(tài)檔位編號：■0■#1□#2□+3□#4□#5□#6□#7■#8■#9保守限額2分檔□斷面限額/MW相較傳統(tǒng)方法計算的保守限額，2、5、10三種分檔數(shù)下最大可挖掘斷面外送計及聚類方式信息的限額提升潛力計及聚類方式信息的限額提升潛力條件斷面限額規(guī)則下棄新能源情況所提斷面限額條件映射規(guī)則可有效挖掘輸電潛力!四川大學3.計及多斷面耦合效應(yīng)的限額邊界辨識方法四川大學3.計及多斷面耦合效應(yīng)的限額邊界辨識方法①相關(guān)系數(shù)法提取強耦合斷面對，確定斷面耦合的正反關(guān)系②比較單斷面投影上失穩(wěn)-穩(wěn)定運行方式功率大小，確定穩(wěn)定-失穩(wěn)Inter-corridor#2powertransf0③利用具有可解釋性的網(wǎng)格剖分/2④在聚類所得的運行方式簇間遍歷①~③,形成多斷面耦合的條件限額規(guī)則2131所提方法能準確辨識限額邊界，進一步釋放輸電潛力，相較于不考慮斷面相關(guān)性方法，基于網(wǎng)格剖分算法和凸包算法的多斷面輸電潛力挖掘能力提升分別可達57.86%、48.16%四川大學四川大學j=argminl(x()-c,lP?(t)≤T?(t)=min運行成本函數(shù)條件斷面限額約束√兩種方案——KKT松弛法/罰函數(shù)法——將…上層模型電網(wǎng)運行下層模型類/檔位判定上層模型電網(wǎng)運行四川大學四川大學□算例驗證·IEEE39節(jié)點測試系統(tǒng)·10檔位規(guī)則·與傳統(tǒng)保守限額(無聚類、單一限額)、獨立斷面限額(聚類、多限額、不考慮斷面相·Gurobi求解器、運行方式數(shù)據(jù)集利用Python調(diào)用PSASP自動仿真生成，樣本條數(shù)為5000條，安全校核考慮熱穩(wěn)校核、靜態(tài)電壓穩(wěn)定校核與N-1暫態(tài)穩(wěn)定校核□斷面限額—斷面潮流—A3的限額—A2的限額—A1的限額一A0的0(a)保守限額約束模型(b)獨立斷面限額條件映射功率/MW功00多500000W時間/h(c)凸包限額模型(d)多斷面耦合限額條件映射模型斷面2有功功率/MW(e)13:00時刻三種模型斷面潮流與限額結(jié)果11234四川大學亟待解決的問題1.如何考慮新能源的不確定性?2.如何利用多斷面耦合的條件限額規(guī)則實現(xiàn)斷面功率的分檔切換聯(lián)調(diào)，是否存在普適性的限額規(guī)則與求解器可3.如何控制限額聯(lián)調(diào)的保守性，以滿足實際中對安全保守性的能調(diào)需求離線階段限額條件映射規(guī)則生成運行方式樣本數(shù)據(jù)關(guān)鍵特征提取多核UL學習(MKKM)cizster+1cluster+2cleser#A-1chusterk米1多斷面限額安全域1多斷面限額安全域條件映射CSDT學習框架額條件映射切換器分支節(jié)點新能源場景直流計劃值1負荷曲線w控制變量模型模型o子間題主問題LB子間題UB添加約束UBNaB-LBKNa魯棒的、可解釋的多斷面限額提升調(diào)度策略四川大學學術(shù)研究1、考慮新能源不確定性的分布魯棒機組組合模型四川大學學術(shù)研究問題一：利用條件斷面限額提升新能源外送消納，勢必要考慮新能源的不確定性因素；解決方法：結(jié)合條件斷面限額與分布魯棒優(yōu)化，形成多斷面限額的分布魯棒切換聯(lián)調(diào)策略一8一8多斷面限額條件映射約束多斷面限額條件映射約束四川大學四川大學無監(jiān)督學習算法海量運行方式斷面限額條件映射規(guī)則的應(yīng)用框架無監(jiān)督學習算法海量運行方式運行方式條件映射場景集運行方式簇#1運行方式簇#2運行方式簇#j斷面分檔限額強相關(guān)性強相關(guān)性非線性類調(diào)控調(diào)控對象限額切換機組啟停機組啟停機組出力棄風棄光條件映射規(guī)則凌策變量松弛與罰函數(shù)方法影響結(jié)果的最優(yōu)性，且可能難以收斂；距離判據(jù)缺乏可解釋性，難以形成非K-means族無監(jiān)督學習算法類歸屬判據(jù)高度非線性，不兼容求解器運行條件從屬判定，本質(zhì)是分類問題，而決策樹具備較好的可解釋性、符合調(diào)度員決策思維、支持混合整數(shù)規(guī)劃模型表征四川大學學術(shù)研究四川大學學術(shù)研究決策樹訓練ciuoumacisuoESUL4預先定義好樹結(jié)構(gòu)，建模為混合整數(shù)建模限額切換器MILP嵌入機制可解釋的斷面限額提升決策!可解釋的斷面限額提升決策!3、保守性調(diào)度引導的代價敏感學習策四川大學問題三：前述方法無法主動控制限額聯(lián)調(diào)的保守性，難以滿足實際工程中安全保守性需求；守性的能調(diào)問題滿足保守性調(diào)基于可行域度需求針對限額邊界保守性提升的代價敏感策略調(diào)度保守性限額切換調(diào)控可解釋求解范式斷面f?功率p.u.用JAPTR計算的網(wǎng)格網(wǎng)格一致性參號點打包嵌入打包嵌入主問題打包各類約束以及CSDT限額切換機制子問題L(21×(0).2(n)=mnc(21更新策略更新場景概率學術(shù)研究學術(shù)研究四川大學A1:所提方法；A2:不考慮斷面相關(guān)性；A3:不考慮斷面相關(guān)性，不考慮條件限額規(guī)則；A4:不考慮斷面限額約束ofA3調(diào)度結(jié)果計及新能源不確定場景的調(diào)度結(jié)果計及新能源不確定場景的調(diào)度結(jié)果所提方法調(diào)度結(jié)果斷面平均輸電功率提升47.8%,斷面限額平均提升41.2%機組組合成本對比模型無限額約束傳統(tǒng)保守限額獨立限額規(guī)則所提限額規(guī)則所提模型決策的斷面輸電限額最高，外送功率也最所提模型決策的斷面輸電限額最高，外送功率也最備經(jīng)濟性優(yōu)勢四川大學不確定性下多斷面限額人工智能可信調(diào)控四川大學不確定性下多斷面限額人工智能可信調(diào)控SY斷面分檔限額規(guī)則展示斷面輸電能力提升效果展示分檔斷面限額傳統(tǒng)斷面限額SY斷面分檔限額規(guī)則展示斷面輸電能力提升效果展示分檔斷面限額傳統(tǒng)斷面限額--當前方式斷面潮流分檔斷面限額傳統(tǒng)斷面限額檔位1…限額提升率-7.1% 高價值密度運行方式集智能生成多斷面限額有限時間計算理論及智能增強方法0ZhongY,QiuG*,LiuJ,LiuT,LiuY,WeiW.AnExplicitTransientRFaultLocationFactor參數(shù)遷移策略參數(shù)遷移策略主pf1MW樣口8pfIMW限額搜索軌跡限額搜索軌跡0限額計算結(jié)果對比四川大學四川大學[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