文/師亞東 徐立新

國內(nèi)外主動配電網(wǎng)研究的可視化分析

文/師亞東 徐立新

主動配電網(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多且介入電壓等級低導致的無法大規(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配電網(wǎng)是具有控制分布式發(fā)電、儲能和需求相應資源的系統(tǒng)，電網(wǎng)能夠使用靈活的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)來管理潮流，在適當?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支持系統(tǒng)的責任。而在2012年CIGRE會議上，C6.19工作組根據(jù)對接入配電網(wǎng)的分布式能源的運行和控制情況，將最初的“主動配電網(wǎng)”概念擴展為“主動配電系統(tǒng)(active distribution system，ADS)”，并且認為未來的配電網(wǎng)不單單是一個“網(wǎng)絡”，而是一個通過對分布式電源、儲能系統(tǒng)、電動汽車充換電設(shè)施和可控負荷的主動控制而具有優(yōu)化能力的有機系統(tǒng)。

主動配電網(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)庫收錄的文獻數(shù)據(jù)，利用CiteSpace可視化軟件，繪制主動配電網(wǎng)研究的科學知識圖譜，揭示該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀，以期為進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“主動配電網(wǎng)”或“主動配電系統(tǒng)”作為檢索詞在“主題”中進行檢索，時間跨度為2008-2016，共檢索出371篇文獻記錄。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，時間跨度為2008-2016，檢索出323條文獻記錄。本文采用美國德雷克賽大學陳超美博士開發(fā)的CiteSpace信息可視化軟件，該軟件能夠繪制聚類視圖和時區(qū)圖，將復雜的科學知識領(lǐng)域發(fā)展進程以可視化圖像的方式顯示。通過對檢索到的文獻記錄進行分析，展示主動配電網(wǎng)領(lǐng)域研究的基本情況、主要研究熱點和前沿趨勢。

2 主動配電網(wǎng)研究文獻的來源情況

2.1 文獻記錄數(shù)據(jù)描述

從表1可以看出，自主動配電網(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年后樣本文獻開始急劇增長，并保持不斷增長趨勢，但國內(nèi)的文獻增長幅度遠大于國際文獻，說明從2013年以來，國內(nèi)學術(shù)界高度關(guān)注主動配電網(wǎng)的發(fā)展。

表1 國內(nèi)外主動配電網(wǎng)研究文獻年度分布

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知識圖譜中，國內(nèi)的研究文獻共選擇出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)點表示作者發(fā)文量，節(jié)點越大表示該作者發(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)與國際主動配電網(wǎng)研究文獻發(fā)文量大于5篇的作者。

圖1 國內(nèi)主動配電網(wǎng)研究文獻作者合作的知識圖譜

圖2 國外主動配電網(wǎng)研究文獻作者合作的知識圖譜

表2 國內(nèi)主動配電網(wǎng)研究文獻作者節(jié)點信息統(tǒng)計結(jié)果（發(fā)文量＞5篇）

表3 國外主動配電網(wǎng)研究文獻作者節(jié)點信息統(tǒng)計結(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副教授，目前主要研究方向為LEMP與電網(wǎng)交互，電力系統(tǒng)動態(tài)，電源系統(tǒng)保護以及分布式發(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，其為上海交通大學電氣工程系研究員，主要研究領(lǐng)域為智能配電網(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電氣與計算機工程學院，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院，而林今屬于清華大學，董雷屬于華北電力大學；劉東、尤毅屬于上海交通大學，余南華、鐘清則屬于廣東電網(wǎng)有限公司。

2.3 機構(gòu)合作分析

在CiteSpace生成的機構(gòu)合作科學知識圖譜中，國內(nèi)主動配電網(wǎng)研究文獻共選擇出110個機構(gòu)以及機構(gòu)間的80條連線，如圖3所示；國際上主動配電網(wǎng)研究文獻共選擇出118個機構(gòu)以及機構(gòu)間的49條連線，如圖4所示。

圖3 國內(nèi)主動配電網(wǎng)研究文獻機構(gòu)合作知識圖譜

圖4 國際主動配電網(wǎng)研究文獻機構(gòu)合作知識圖譜

根據(jù)圖3所示，主動配電網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)文量大于10篇的國內(nèi)機構(gòu)有5個，其中發(fā)文量最多的為中國電力科學研究院，發(fā)文數(shù)量為51篇，其次為華北電力大學的27篇、廣東電網(wǎng)公司的20篇、四川大學的12篇以及上海交通大學的11篇；而國外機構(gòu)有4個，其中發(fā)文量最多的為上海交通大學的14篇，其次為洛桑聯(lián)合理工大學的13篇、天津大學的12篇以及華北電力大學的12篇。從高發(fā)文量機構(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研究院為典型代表。同時中國電力科學研究院與華北電力大學、上海交通大學間存在緊密的合作關(guān)系。

2.4 關(guān)鍵詞分析

在文獻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)鍵詞進行分析來確定研究領(lǐng)域的熱點。在CiteSpace生成的關(guān)鍵詞共現(xiàn)科學知識圖譜中隱藏了關(guān)鍵詞“主動配電網(wǎng)/active distribution network”，對于CNKI數(shù)據(jù)運行結(jié)果中選擇出66個關(guān)鍵詞，如圖5所示。而對于Web of Science數(shù)據(jù)運行結(jié)果中選擇出63個關(guān)鍵詞，如圖6所示。圖中每個彩色“年輪”代表一個研究熱點，節(jié)點的半徑大小反映該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)。根據(jù)CiteSpace運行結(jié)果，整理得到熱點關(guān)鍵詞表，如表4，該表顯示了國內(nèi)外主動配電網(wǎng)的主要研究熱點及出現(xiàn)的頻次。

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

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

由圖5可知，國內(nèi)主動配電網(wǎng)研究主要是“分布式電源”這一個大的聚類，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)主動配電網(wǎng)研究的熱點；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)主動配電網(wǎng)研究的熱點。由圖6可知，國際上主動配電網(wǎng)研究主要熱點為“distribution system”、“generation”、“distributedgeneration”、“genetic algorithm”、“smart grid”、“microgrid”等。

表4 國外主動配電網(wǎng)研究的關(guān)鍵詞表

由表4可知，國內(nèi)主動配電網(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），遠高于國際的0.238（77/323），說明國內(nèi)主動配電網(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，如“分布式發(fā)電”、“智能電網(wǎng)”、“微電網(wǎng)”、“（供電）可靠性”，這些相同的熱點領(lǐng)域反映了國內(nèi)外對主動配電網(wǎng)研究的交集，代表了主動配電網(wǎng)研究的主流領(lǐng)域。同時，國內(nèi)研究還關(guān)注分布式電源的應用、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)應用、主動配電網(wǎng)遺傳算法優(yōu)化與最優(yōu)潮流、分布式電源大規(guī)?；尤雽е碌碾妷嚎刂频阮I(lǐng)域。

2.5 文獻共被引分析

文獻共被引分析知識圖譜能夠形象地反映主動配電網(wǎng)研究領(lǐng)域的知識基礎(chǔ)。如果兩篇文獻同時被一篇或多篇文獻引用。則這兩篇文獻即為共被引關(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信息，所以主動配電網(wǎng)共被引文獻分析以Web of Science數(shù)據(jù)為主要分析對象。將數(shù)據(jù)導入并運行后得到如圖7所示的共被引文獻圖譜。

圖7形象地表示了主動配電網(wǎng)研究中的共被引文獻。圖中不同的節(jié)點代表不同的文獻，節(jié)點大小表示文獻被引的頻數(shù)大小，節(jié)點間的連線代表文獻的共被引關(guān)系。表5列舉了前五位被引頻次最高的文獻信息。排名第一位的是一本介紹微電網(wǎng)和主動配電網(wǎng)知識的書籍，重點關(guān)注將傳統(tǒng)的被動式網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換為未來主動網(wǎng)絡的配套技術(shù)；第二篇文章提出了一種基于遺傳算法的主動配電網(wǎng)系統(tǒng)擴展規(guī)劃，該算法同時考慮了可靠性、損耗和電網(wǎng)投資的費用；第三篇文章是對配電網(wǎng)容量進行評估，提出了一種基于多時段交流最優(yōu)潮流（OPF）的技術(shù)，在主動網(wǎng)絡管理（ANM）實施時，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、自適應功率因數(shù)和能量削減。第四篇文章認為在配電系統(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存在于嵌入風力發(fā)電和蓄電儲能配電網(wǎng)的有源無功優(yōu)化組合方案，該方案提供了一個最佳的操作方案，保證了可行性。

圖7 主動配電網(wǎng)共被引文獻知識圖譜

表5 主動配電網(wǎng)高被引文獻信息

3 結(jié)語

通過CiteSpace可視化分析，發(fā)現(xiàn)在主動配電網(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)外學者的重視。國外的Paolone M與Cherkaoui R、Jayaweera D與Islam S兩個合作團隊；國內(nèi)的蒲天驕、宋永華團隊以及劉東、余南華團隊在這一領(lǐng)域的貢獻尤為突出，實現(xiàn)了機構(gòu)內(nèi)外的廣泛合作，并以中國電力科學研究院為研究機構(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)外機構(gòu)共同的研究熱點；主動配電網(wǎng)領(lǐng)域研究基礎(chǔ)是傳統(tǒng)的被動式網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換為未來主動網(wǎng)絡的配套技術(shù)、包含分布式發(fā)電與儲能技術(shù)網(wǎng)絡的建設(shè)、管理與優(yōu)化，其中主動配電網(wǎng)的核心價值在于對配電網(wǎng)的主動管理。

師亞東，男，中山大學資訊管理學院碩士研究生，廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院科技情報所實習生；徐立新，男，高級工程師，碩士，任職于廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院科技情報所，從事科技情報研究工作。