基于改进深度置信网络的电力系统暂态稳定评估研究

为了提高深度置信网络的评估性能,提出一种基于稀疏降噪自动编码器和深度置信网络相结合的暂态稳定评估方法。首先,构建一组对系统暂态变化敏感且维数与系统规模无关的原始输入特征;其次,通过稀疏降噪自动编码器的无监督学习过程提取输入特征,用得到的权值和偏置初始化深度置信网络;最后,采用“预训练－微调”2种学习方法训练深度置信网络,获得原始输入特征与系统暂态稳定结果之间的映射关系。与采用随机初始化受限玻尔兹曼机的传统深度置信网络相比,本文提出的改进评估方法在一定程度上克服了由于随机初始化导致评估准确率无法达到最优的弊端。在新英格兰10机39节点系统上的仿真结果表明,该方法比常用的机器学习算法和深度置信网络有更好的评估性能,仿真结果还证明了本文所提方法具有良好的特征提取能力。     

基于集成深度置信网络的精细化电力系统暂态稳定评估

为了进一步提高电力系统暂态稳定的预测精度及给出更精细化的评估结果,将深度学习与电力系统暂态稳定相结合,根据故障切除后发电机功角"轨迹簇"特征,提出一种基于集成不同结构的深度置信网络(DBN)的精细化电力系统暂态稳定评估模型。该模型的基分类器DBN能够有效地利用深层架构所具有的特征提取能力,充分挖掘出输入特征与暂态稳定评估结果之间的非线性映射关系。在新英格兰10机39节点系统上的实验结果表明,该方法不仅优于浅层学习框架,也比部分深度学习模型的性能更加优越。除此之外,该集成DBN算法不仅有较高的预测精度,而且可以有效地评估系统的稳定裕度和不稳定程度等级;在部分同步相量测量装置信息缺失以及含有噪声时,表现出较强的鲁棒性。     

基于图注意力深度网络的电力系统暂态稳定评估

常规深度学习模型应用于电力系统暂态稳定评估时难以直观和充分地考虑电网拓扑结构对稳定性的影响.论文结合"图深度学习"思想,将图注意力网络(graph attention network,GAT)引入TSA建模,设计了多头注意力方案,采用加权交叉熵损失函数改善不均衡样本的训练效果,提出多图并行训练方案加速训练过程.结合算例...     

基于深度森林的电力系统暂态稳定评估方法

快速准确地实现暂态稳定评估,是电力系统安全运行的重要保障.近年来迅速发展的深度学习技术已经成为解决这一问题的有效手段,然而基于神经网络的深度学习模型存在着调参困难、训练时间长和样本需求量大等缺点.文中将故障切除时刻系统的物理量作为输入特征,以系统的暂态稳定状态作为输出结果,采用集成决策树方法,构建了基于深度森林的电力系...     

基于核主成分分析和深度置信网络的暂态稳定评估

针对电力系统暂态稳定评估实时性较差以及错误率较高的问题,提出了一种核主成分分析结合深度置信网络的暂态稳定评估方法。首先,构造了一组反映电力系统暂态稳定的特征向量;然后,基于核主成分分析法对特征向量集进行特征提取,降维特征向量维数以及过滤冗余特征,将降维后的特征向量传输至深度置信网络;最后,进行训练分析,训练过程包括预训练和微调,优化网络参数,提升深度置信网络评估精度。新英格兰10机39节点系统仿真结果表明,该方法可以有效降低输入数据的维数,去除冗余特征,降低暂态稳定性评估的错误率和测试时间,能准确、快速地判断电力系统的稳态状态。     

基于深度残差网络的电力系统暂态电压稳定评估

随着人工智能技术的发展,基于数据驱动的深度学习方法可兼顾在线评估的快速性与准确性。通过分析电力系统的电压时序信息,构建暂态电压稳定裕度指标。基于实时获取的广域测量信息,选择代表潮流水平的稳态信息、代表故障冲击程度的故障瞬间信息以及代表故障持续进展的滑动信息构建半固定半滑动的异构样本集,基于深度残差网络构建暂态电压稳定评估模型,分别输出系统的暂态电压稳定评估结果、各监测母线的暂态电压稳定评估结果以及电压稳定裕度信息,为在线监控提供指导。在计及高压直流输电和风电接入影响的改进中国电科院36节点系统进行仿真验证,结果表明,该方法无需接收保护设备的故障切除时间信息,可在故障切除时刻之前给出高精度的评估结果,具有较高的实时性和准确性。     

基于改进深度残差收缩网络的电力系统暂态稳定评估

针对电力系统暂态稳定评估中,电力系统同步相量测量装置(PMU)量测数据在采集和传输过程可能存在噪声问题,以及由于暂态稳定与失稳样本不平衡,导致基于数据驱动的暂态稳定评估模型训练的倾向性和误判后果严重问题,提出基于改进深度残差收缩网络(IDRSN)的电力系统暂态稳定评估方法.首先将底层量测电气量构建成特征图形式作为模型输...     

基于迁移学习的电力系统暂态稳定自适应预测EI北大核心CSCD

基于人工智能的电力系统暂态稳定预测,通常需要用离线生成的大量暂稳样本对预测模型进行训练,然后根据系统的实时响应进行在线预测。但当系统的运行方式和拓扑结构发生较大变化时,预测模型的精度会显著下降,亟需一种能跟踪系统变化的自适应暂稳预测方法。针对该问题,将迁移学习引入电力系统暂稳预测,基于卷积神经网络提出了一种自适应预测方法。首先利用离线生成的大量暂稳样本训练并得到基于卷积神经网络的预训练模型。当系统运行方式和拓扑结构发生较大变化时,保持预训练模型的网络结构不变,将其中的2个卷积层、2个池化层和全连接层的网络参数迁移至新模型;提出了一种最小均衡样本集的变步长生成方法,用新生成的最小均衡样本集训练分类层参数,从而快速得到新的预测模型。新英格兰10机39节点系统的测试结果表明:所提方法能自适应跟踪系统运行方式和拓扑结构的变化,有效更新预测模型且大幅减少新模型的训练时间,为基于人工智能的电力系统暂态稳定自适应预测提供了一条新思路。     

基于集成学习的时间自适应电力系统暂态稳定评估方法

对于电力系统暂态稳定评估而言,在故障清除后的早期阶段,临界样本间的特征差异不明显,预测准确率低。随着时间推移,准确率提高,但难以保证评估的及时性。针对暂态稳定评估的评估准确性与及时性之间的矛盾,提出了基于集成学习的时间自适应电力系统暂态稳定评估方法。首先,通过EasyEnsemble算法对不平衡数据进行采样,训练出多个不同评估时刻的集成长短期记忆网络分类器,输出样本在不同评估时刻的稳定性预测结果。其次,将评估时刻进行划分,提出了多阶段阈值分类规则,自适应调整阈值,对样本预测结果进行可信度评估。最后,预测结果评估为不可信的样本交由下一评估时刻的模型继续判断,直到可信度达到阈值后输出。在IEEE 39节点系统的仿真结果表明,所提方法相较于其他时间自适应方法具有更优的评估性能,在样本不平衡的情况下该方法实现了更好的修正效果。     

基于自注意力Transformer编码器的多阶段电力系统暂态稳定评估方法EI北大核心CSCD

人工智能方法在电力系统暂态稳定评估研究中已经取得了一定的成果。常规深层网络普遍被视为“黑盒”模型,这限制了智能算法在实际工程应用中的可信赖性;同时,常规算法对电力系统时序信息的提取能力不足。针对以上问题,构建基于Transformer编码器的多阶段暂态稳定评估方法,其多阶段预测能够有效降低失稳漏判率。和常规算法相比,Transformer模型具有良好的可解释性,其注意力机制引导模型自适应识别并聚焦于关键特征,在一定程度上揭示深层网络内部工作决策过程。此外,采用多时刻信息构建特征空间,Transformer通过注意力机制实现全局感受野,使模型快速捕获电力系统前后时刻间的状态依赖。IEEE-39节点系统上的仿真结果表明,所提方法相比常见数据驱动模型具有更高的暂稳评估准确性,呈现出良好的可解释性,并在数据污染时依然维持较高的性能。     

基于主动迁移学习的电力系统暂态稳定自适应评估

基于深度学习的暂态稳定评估模型通常需要大量的有标注样本用于离线训练。一旦电网的运行方式和拓扑结构发生较大变化,预训练模型的性能将劣化甚至失效,使得在线评估时存在一定的空窗期。为了解决这一问题,以深度置信网络（DBN）为研究载体,将深度学习、迁移学习和主动学习相结合,提出一种基于DBN模型的主动迁移学习方法。首先,训练DBN来挖掘输入特征和暂态稳定评估结果间的映射关系,得到更好的暂态稳定评估效果。其次,当拓扑结构和运行方式发生较大变化时,通过短期仿真生成大量的无标注样本,利用主动学习来筛选少量最富有信息的样本,并通过长期仿真对这部分样本进行标注,显著减少了样本的生成时间。最后,计算源域和目标域数据分布的最大均值差异,选择不同的迁移路径,在确保迁移效果的前提下进一步缩短了迁移时间。采用新英格兰10机39节点系统、NPCC 48机140节点系统和中国华中电网进行了仿真,结果验证了所提方法具有高精度、快速性和鲁棒性,有效缩短了深度学习模型在线应用时的空窗期。     

基于受扰后量测响应信息的两阶段电力系统暂态稳定评估

为充分挖掘电力系统受扰后的量测响应信息,并提供给后续控制更丰富的参考,提出了一种基于快照集成门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)网络的两阶段电力系统暂态稳定评估方法。该方法通过单次训练过程即可高效构建集成模型,且直接面向底层量测数据,可快速完成线上部署。在线应用时,首阶段通过分类模型进行动态的分层评估,逐级筛选出可信样本;次阶段利用回归模型实现进一步的暂态稳定裕度定量预测。此外,通过对模型的损失函数进行修正,有效克服了样本不平衡并强化了对困难样本的挖掘。仿真结果验证了所提方法的有效性,且所提模型的评估性能相较于其他机器学习模型具有显著优势。该文作为前瞻性理论研究,为数据驱动的在线暂态稳定评估的实现提供一种新思路。     

基于Elastic Net的暂态稳定裕度在线评估EI北大核心CSCD

随着电力系统规模的扩大和新能源技术的广泛应用,电力系统暂态稳定特性更加复杂,在线暂态稳定裕度评估面临严峻挑战。提出一种基于Elastic Net的电力系统暂态稳定裕度在线评估的新方法。该方法无需计算形成输入特征,直接面向量测数据,将系统稳态运行节点电压幅值与相角作为样本特征,利用Elastic Net算法完成特征筛选并构建量测数据与故障极限切除时间之间的映射关系,进一步将原始特征映射至高维空间以提高预测模型的准确性。最终,实现根据系统稳态运行信息对暂态稳定裕度的快速预测。对接入风电场的新英格兰39节点系统和IEEE 118节点系统进行算例分析,结果表明,该方法通过少量数据训练即可有效筛除无关特征并具有较高的预测精度。     

基于两阶段集成深度置信网络的电力系统暂态稳定评估

随着人工智能的发展,深度学习技术开始应用于电力系统暂态稳定评估,但面临着模型结构选择和评估性能优化等困难。为充分发挥深度学习的优势,提出一种两阶段集成深度置信网络(deep belief network,DBN)的评估方法。第1阶段预测故障后电力系统的暂态稳定性,由于输入特征和模型结构对暂态稳定评估的影响较大,选择原始电气特征、人工经验特征和堆叠降噪自动编码器提取的特征分别作为输入,训练不同结构的DBN模型,按概率集成机制,建立集成DBN模型,并评价结果的可信度。第2阶段,利用DBN暂稳程度回归预测模型进一步评估可信样本的稳定或失稳程度。在新英格兰10机39节点系统上的仿真结果表明所提方法预测精度高,具有良好的故障筛选性能,同时还能准确衡量可信样本的稳定或失稳程度,为后续控制提供可靠的参考信息。     

基于深度学习的暂态稳定评估与严重度分级

提出一种安全域概念下的堆叠降噪自动编码器和支持向量机集成模型相结合的暂态稳定评估方法。将故障前的潮流量作为输入,利用堆叠降噪自动编码器对输入量进行多层抽象表达,使用提取的各层特征训练支持向量机;建立支持向量机集成分类模型进行暂态稳定评估,对评估结果进行可信度分析,将输入空间划分为稳定区、边界区和失稳区;利用效用理论结合所提出的暂态稳定裕度指标对运行方式进行严重度分级。算例结果表明,所提暂态稳定评估方法具有更高的评估准确率和一定的泛化能力;所提严重度分级方法能够直观表现不同运行方式的危险程度。     

基于堆叠稀疏降噪自编码器的暂态稳定评估模型

深度学习模型凭借其良好的性能被引入到电力系统的暂态稳定性评估中,但进行在线应用时,须关注模型的抗噪能力和泛化能力。文中提出一种基于堆叠稀疏降噪自编码器(SSDAE)的暂态稳定性评估模型,首先对原始输入数据加入噪声得到受损数据样本,然后对受损数据样本进行高阶特征提取,最后将提取的高阶特征重构成未受损的数据,这一训练过程大大提高了模型的抗噪能力。同时,在对输入特征进行重构的过程中,对隐藏层神经元权重和激活程度进行抑制,实现模型的稀疏化,以此提高模型的泛化能力。仿真结果表明,相对于其他机器学习算法,SSDAE模型具有良好的抗噪能力和泛化能力。     

基于Tri-training-SSAE半监督学习算法的电力系统暂态稳定评估

基于机器学习的暂态稳定评估方法主要采用监督学习方法,为了解决监督学习方法所需的有标签样本难以获取的问题,提出基于三体训练-稀疏堆叠自动编码器(Tri-training-SSAE)半监督学习算法的电力系统暂态稳定评估方法。构建基于堆叠稀疏自动编码器的暂态稳定评估模型;在传统的三体训练过程中加入伪标签样本置信度判断,以减小噪声数据对模型训练的影响;以堆叠稀疏自动编码器为基分类器构建三体训练-稀疏堆叠自动编码器模型,利用大量的无标签样本提高模型的泛化能力。通过IEEE 39节点系统与华东某省级电网进行分析验证,结果表明,所提方法在有标签样本数较少时具有更高的评估准确度。     

考虑拓扑变化的电力系统暂态稳定评估

针对电力系统拓扑频繁变化导致暂态稳定评估（TSA）困难的问题,提出一种新颖的基于深度学习的TSA方案。基于深度森林（DF）构建暂态稳定评估模型,创新性地提出考虑主动学习技术和分级策略的DF更新方案。该方案从样本生成和模型训练两方面最大限度节省更新时间,并在电力系统拓扑变化后快速更新DF模型,有较强实用性。最后,在新英格兰39节点系统中对所提TSA方案进行验证,结果表明该方案对拓扑频繁变化的电力系统有更强的适应性与鲁棒性。     

基于双向长短期记忆网络的电力系统暂态稳定评估

为进一步提升电力系统暂态稳定评估的准确率,依据电力系统暂态过程数据的时序特性,建立了一种基于双向长短期记忆(Bi-LSTM)网络的暂态稳定评估模型。该方法通过Bi-LSTM网络建立底层量测数据与电力系统暂态稳定类别之间的非线性映射关系,采用准确率、F1指标和FPR指标综合评估Bi-LSTM网络模型性能的优劣,在此基础上,采用t分布随机近邻嵌入(t-SNE)降维方法和k最近邻(KNN)分类器进一步提升暂态稳定评估的准确率。新英格兰10机39节点系统算例表明:所提模型比传统的机器学习模型和部分深度学习模型拥有更好的评估性能。通过可视化方法和网络预测分数对评估模型进行分析,结果表明Bi-LSTM网络模型具有较强的电力系统暂态过程特征提取能力,适用于电力系统暂态稳定性的评估。进一步研究了底层输入数据的归一化模式和方法对暂态评估模型的影响,结果表明z-score归一化方法要优于min-max归一化方法,采用总维数归一化模式的模型评估性能更好。     

基于Bagging集成学习的电力系统暂态稳定在线评估

针对传统机器学习在处理暂态稳定评估时所表现出的稳定性差、精度低等问题以及离线训练的局限性,提出一种基于多模型融合Bagging集成学习方式的电力系统暂态稳定在线评估模型。首先,结合人工智能前沿理论研究,分析了暂态稳定评估中常用的7种机器学习算法的原理及实现方式,通过Bagging方法进行集成,充分发挥各个模型的优势。其次,给出Bagging集成的数学实现方法并进行了仿真实验。当原系统拓扑结构发生改变时,采用Boosting算法和迁移成分分析,分别对原电网历史数据进行样本迁移和特征迁移,完成对所提模型的在线更新。通过采用IEEE10机39节点系统和IEEE16机68节点系统进行分析,结果表明所提方法比传统机器学习模型精度更高。当数据中掺杂噪声时能够保持稳定运行,在系统拓扑改变时能够通过迁移历史数据进行准确的暂态稳定评估。