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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)(以下簡稱“微網(wǎng)”)技術(shù)密不可分[1]。目前,微網(wǎng)仍處于研究和實驗室階段,且其結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜,準確把握該研究領(lǐng)域的熱點和前沿,對微網(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[4]、運行優(yōu)化[5]、保護控制[6]、實驗仿真[7]等,研究熱點相對分散,所以很難把握具體的前沿趨勢。行業(yè)專家對微網(wǎng)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀研究,大部分是基于定性的點狀信息采集和加工分析的方法,主觀性較強,未通過具體數(shù)據(jù)進行量化角度的統(tǒng)計分析。

情報計量學(xué)是一門以情報(數(shù)據(jù)、文本、文獻等)為研究對象,以統(tǒng)計學(xué)和引文分析等為研究方法,揭示情報結(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是情報計量學(xué)中的先進工具,以科學(xué)文獻為數(shù)據(jù)源,對文獻中的相關(guān)信息進行分析與處理[11],繪制相關(guān)領(lǐng)域的知識圖譜,從量化視角突出研究熱點和前沿。目前,在國內(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)域中還未得到運用。

本文運用可視化軟件CiteSpace,對中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫中微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的工程索引(EI)期刊文獻進行關(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。

1 微網(wǎng)數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

選擇中國知網(wǎng)(CNKI)全文數(shù)據(jù)庫,以“微網(wǎng)”或“微電網(wǎng)”為關(guān)鍵詞,在EI期刊中進行檢索,文獻覆蓋時間范圍為2000—2017年,共得到1 342條相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果,來源于電力領(lǐng)域及交叉學(xué)科的22種期刊,具體期刊如表1所示。手動剔除征稿信息等無關(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

運用可視化軟件CiteSpace對數(shù)據(jù)源文獻進行處理,針對核心作者群體和研究機構(gòu)展開分析,通過頻次統(tǒng)計分析指標描述作者群體和機構(gòu)的研究力量分布;針對熱點技術(shù)和前沿關(guān)注點的識別,基于關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析,通過頻次統(tǒng)計分析指標和中介中心性指標識別前沿的熱點技術(shù),通過突現(xiàn)值指標定位領(lǐng)域前沿關(guān)注點。綜合以上熱點技術(shù)和前沿關(guān)注點,分析微網(wǎng)領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢。具體流程如圖1所示。

表1 來源期刊表

圖1 可視化分析流程示意

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

2 微網(wǎng)領(lǐng)域研究成果趨勢和研發(fā)力量分布

2.1 時間分布

針對CNKI中檢索的微網(wǎng)1 291條期刊文獻數(shù)據(jù),研究其時間分布情況,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(2017年的文獻還未完全收錄)。從數(shù)量曲線的趨勢可以看出,未來幾年微網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱度將持續(xù)上升,相關(guān)文獻和研究成果也會越來越多。

圖2 微網(wǎng)期刊文獻發(fā)表時間分布

2.2 核心作者分布

國內(nèi)微網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)表EI期刊文獻數(shù)量前10位的作者所發(fā)表的論文數(shù)量達到264篇,占2000—2017年EI期刊微網(wǎng)相關(guān)文獻總量的20.4%,具體如表2所示。從定量的角度來看,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,其所屬團隊的研究力量也就越強。

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

對排名前3位作者的情況作簡要總結(jié):王成山,天津大學(xué),主要研究方向為城市電網(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),主要研究方向為分布式電源并網(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,主要研究方向為分布式發(fā)電以及微網(wǎng)方向的技術(shù)等。

2.3 研究機構(gòu)分布

國內(nèi)各個研究機構(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,其他各個機構(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)一家獨大的形勢。

表3 國內(nèi)微網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)文前10名的機構(gòu)

3 微網(wǎng)領(lǐng)域的熱點定位、前沿關(guān)注點及趨勢分析

3.1 微網(wǎng)領(lǐng)域熱點定位

通過認知微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點,有助于更好地把握整個行業(yè)的發(fā)展動向,使相應(yīng)行業(yè)人員明確領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢,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。運用CiteSpace軟件對檢索到的期刊文獻展開關(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。

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)點類型設(shè)置為“keyword”,時間間隔選擇1年,其他都選擇默認格式。運行軟件進行初步分析,生成的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)有207個節(jié)點,828條連線,這導(dǎo)致共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)太密集,重點不突出,故利用軟件自帶的網(wǎng)絡(luò)裁剪功能,對合并后的網(wǎng)絡(luò)進行裁剪,結(jié)果如圖3所示。裁剪后的網(wǎng)絡(luò)共有207個節(jié)點,224條連線。由圖3獲取了高頻節(jié)點信息表格,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)濟調(diào)度270.13電動汽車240.02可再生能源240.31混合儲能220.07多目標優(yōu)化220.17多代理系統(tǒng)170.05可靠性評估140.01無縫切換130.08優(yōu)化配置130.21能源互聯(lián)網(wǎng)120.02經(jīng)濟運行120.15超級電容90.09微型燃氣輪機80.01

由圖3可以看出,“微網(wǎng)”和“微電網(wǎng)”的節(jié)點最大,對應(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”“儲能”“逆變器”“孤島運行”以及“電能質(zhì)量”等關(guān)鍵詞在圖中的節(jié)點也非常顯眼,出現(xiàn)頻次較多,節(jié)點相對較大,或者中介中心性較高,是微網(wǎng)領(lǐng)域的重要節(jié)點,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)計分析指標和中介中心性指標,判定微網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)熱點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、孤島運行與孤島檢測技術(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)注點識別

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。由于領(lǐng)域局部熱點的變化可能通過詞頻增長率(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。

圖4列出了2000—2017年間微網(wǎng)技術(shù)研究的突現(xiàn)強度前9位的關(guān)鍵詞。經(jīng)過人為排除和篩選后,根據(jù)圖4可知,突現(xiàn)強度較強的關(guān)鍵詞前4名是“分布式發(fā)電”“智能電網(wǎng)”“微型燃氣輪機”“能源互聯(lián)網(wǎng)”,其變動趨勢最大,為這段時期內(nèi)微網(wǎng)的前沿?zé)狳c。突現(xiàn)值較高的“孤島檢測”“并網(wǎng)運行”“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)域普及過程中的一系列關(guān)注點。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,是微網(wǎng)領(lǐng)域的研究前沿。

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

3.3 未來趨勢分析

總結(jié)上述領(lǐng)域熱點定位以及前沿關(guān)注點的識別分析,可認為既是熱點又是前沿關(guān)注點的技術(shù)就是需要重點關(guān)注的技術(shù),即技術(shù)與關(guān)注點中包含的關(guān)鍵詞的頻次和突現(xiàn)值均較高,就認為是未來微網(wǎng)領(lǐng)域重點關(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

(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)運行將會對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和調(diào)度運行帶來一定的影響。如何在滿足系統(tǒng)要求下,充分利用分布式發(fā)電技術(shù)在各個方面(包括經(jīng)濟、能源和環(huán)境等)的優(yōu)勢,依然是微網(wǎng)領(lǐng)域今后的一個研究熱點。

(2) 微網(wǎng)儲能及能量管理技術(shù) 目前電池類、超級電容器和光伏電池等元件儲能是微網(wǎng)儲能技術(shù)的研究重點,儲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,已實現(xiàn)了分布式能源的即插即用。未來儲能技術(shù)將向多種儲能元件協(xié)調(diào)配合使用方向發(fā)展,混合儲能系統(tǒng)的優(yōu)化將成為未來微網(wǎng)能量管理的一個研究趨勢。

(3) 孤島檢測技術(shù) 孤島檢測是微網(wǎng)安全穩(wěn)定運行過程中的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。為了實現(xiàn)微網(wǎng)并網(wǎng),孤島模式的無縫切換,采用主動檢測方法實現(xiàn)非破壞性無盲區(qū)孤島檢測,也是微網(wǎng)研究者們未來的一個研究熱點。

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

微網(wǎng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進步的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),其發(fā)展勢必推動能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域前進。未來微網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展將向能源互聯(lián)網(wǎng)方向靠近,未來能源互聯(lián)網(wǎng)勢必成為行業(yè)領(lǐng)域的關(guān)注點,且關(guān)注度會越來越高。

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

(1) 微網(wǎng)運行控制技術(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)整體運行控制也是微網(wǎng)領(lǐng)域的熱點和趨勢。

(2) 有關(guān)微網(wǎng)電能質(zhì)量的關(guān)注點 微網(wǎng)內(nèi)存在逆變器型微電源和旋轉(zhuǎn)電機型微電源(微型燃氣輪機)以及大量的非線性負載,可能會造成諧波污染、電壓波動、電壓(頻率)閃變、環(huán)流等問題,所以微網(wǎng)的電能質(zhì)量問題依然是未來微網(wǎng)的研究熱點之一。

4 結(jié) 語

本文基于CiteSpace軟件對22種EI期刊中涉及微網(wǎng)的文獻進行了研究,從量化角度分析總結(jié)了微網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點與前沿,避免了過去研究過程中過度偏于主觀的定性分析。經(jīng)過分析得到該領(lǐng)域的研發(fā)力量分布:在核心作者群體中,王成山團隊和李鵬團隊在微網(wǎng)領(lǐng)域最為突出;在研究機構(gòu)中,中國電力科學(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)院等具有較強研究力量;針對關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析得到了微網(wǎng)領(lǐng)域熱點技術(shù)與關(guān)注點的預(yù)測,其主要集中在微網(wǎng)分布式發(fā)電技術(shù)、儲能技術(shù)、檢測技術(shù)、電能質(zhì)量和能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)注點等。

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),未來可以針對微網(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。