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。     

基于特征分离型神经网络的电力系统暂态稳定性评估与优化方法

该文基于神经网络(artificial neural networks,ANN),提出一种特征分离型暂态稳定智能评估模型,并针对迁移学习样本生成过程提出样本生成方法。根据不同电气特征对电力系统暂态稳定性的关联程度不同,利用神经网络构建了特征分离型暂态稳定智能评估模型;针对潮流变化或拓扑变化的影响,引入迁移学习方法对评估模型进行再训练,提出关键故障位置原则和关键故障持续时间原则指导迁移学习样本生成过程;进而提出通过调节机组出力提升暂态稳定性的优化算法。算例结果验证了分离特征对评估性能提升的有效性;采用迁移学习样本生成原则在减少样本生成数量、提升评估性能方面效果显著;所提优化模型能够有效提升电力系统暂态稳定性,为电力系统暂态稳定性智能评估与优化提供了新的思路。     

基于改进CGAN的电力系统暂态稳定评估样本增强方法

基于数据驱动的暂态稳定评估方法已成为电网安全领域研究的重点,由于实际电力系统中暂态失稳情况极少,给通过数据挖掘方法判断失稳情况带来了极大困难。针对这个问题,提出了一种用于暂态稳定评估中失稳样本合成的数据增强方法,对条件生成对抗神经网络(CGAN)训练方法的适应性进行改进以提高其学习稳定性,在离线训练时利用改进CGAN交替训练生成器和判别器,学习电力系统暂态数据的分布特性,然后采用极限学习机(ELM)分类器筛选出改进CGAN所生成的多组样本中G-mean值最高的生成样本,将其中失稳样本对原始失稳样本进行增强,最后用增强后的原始样本训练分类器,实现在线暂态稳定评估。仿真结果表明,所提出的样本数据增强方法通过改进CGAN实现对原始数据分布特征的有效学习,进而提升暂态稳定评估的正确率,具有抗噪声干扰性强、对高维数据鲁棒性好的优点,能够有效平衡电力系统失稳数据。     

基于深度置信网络的电力系统暂态稳定评估方法

为进一步提高电力系统暂态稳定评估(transient stability assessment,TSA)的准确率,将"深度学习"方法引入电力系统暂态稳定评估,提出一种基于深度置信网络(deep belief networks,DBN)的TSA方法。构建一组能够反映系统暂态稳定特性的32维原始特征作为DBN模型的输入量,稳定结果作为输出量,利用深层架构对稳定结果与系统特征之间的映射关系进行训练。采用一种先使用无标注样本进行贪心无监督学习,后使用有标注样本进行监督学习的方法训练DBN模型的参数。训练后的模型能充分利用深层架构的特征提取优势,并能够利用大量无标注数据提高模型的泛化能力。新英格兰10机39节点系统上的仿真结果表明所提方法比常用的暂态稳定评估方法准确率更高,且能够在仅少量训练样本和含有无关特征的情况下获得优越的评估性能。     

基于多支持向量机综合的电力系统暂态稳定评估

目前,利用数据挖掘方法进行电力系统暂态稳定评估的研究,对结果中不稳定样本被误判为稳定样本的情况重视不足,不符合电网运行对安全性的要求。针对该问题,文中提出了安全域概念下基于多支持向量机综合的电力系统暂态稳定评估方法。该方法首先利用网格法对支持向量机进行参数寻优,然后选取分类准确率高的若干组支持向量机参数,在这些参数下训练支持向量机,最后对训练得到的支持向量机进行综合,实现电力系统暂态稳定评估。对仿真系统的分析表明,文中提出的方法能够充分利用不同参数的支持向量机提供的有用信息,大量减少"误判稳定"样本的个数,可以对应用数据挖掘理论进行电力系统暂态稳定评估的实际应用提供有益的参考。     

基于堆叠自动编码器的电力系统暂态稳定评估

将深度学习的思想和模型引入电力系统暂态稳定评估研究中,提出一种基于堆叠自动编码器的电力系统暂态稳定评估方法。该方法无需人工计算形成输入特征,直接面向底层量测数据,通过深层架构建立量测数据与稳定类别之间的非线性映射关系。采用一种"预训练–参数微调"的两阶段学习方法,同时引入稀疏化技术和Dropout技术对模型参数进行优化。训练后的模型能够依靠深层结构挖掘数据的隐藏模式,提取出有利于暂态稳定评估的高阶特征。此外,该方法能够通过大量无标注样本的无监督训练提高模型泛化能力,从而大大缩减训练样本时域仿真耗时。新英格兰10机39节点系统上的仿真结果表明所提方法比常规浅层评估方法的评估性能更加优越。     

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入,利用模型深层结构建立输入与稳定结果之间的映射关系.面对噪声问题,模型通过注意力机制,采用软阈值函数自动学习噪声阈值,减小噪声及无关特征干扰;并通过焦点损失函数(FL),引入权重系数修正模型训练的倾向性,利用调制因子重点关注误分类样本,提高模型训练效率和评估性能.通过新英格兰10机39节点系统进行仿真分析,所提模型能够有效减小不同程度的噪声干扰,在不平衡数据集上修正模型训练偏向性,以减少误分类样本,在不同PMU配置方案下,均取得较好评估效果.     

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。     

基于改进长短期记忆网络的电力系统暂态稳定评估方法研究

现代电力系统海量量测数据为电力系统暂态稳定评估提供可靠的数据基础,与此同时,数据信息挖掘成为研究焦点,暂态稳定分析中不平衡故障样本以及多特征电气量时间序列数据中所蕴藏的信息仍有待深入挖掘。为此,该文提出一种结合注意力机制的长短期记忆网络(long short term memory network with attention,LSTMA)方法,用以深入挖掘暂态稳定评估样本中所蕴藏的信息。在离线训练环节,以长短期记忆网络为基础分类器,引入Attention注意力机制引导模型学习样本中关键特征,并对损失函数进行改进,以此强化对不平衡样本的学习能力;在线应用环节,在目标域小样本条件下采用迁移学习方法更新成型的离线LSTMA模型,并对比不同迁移学习策略对模型性能影响,经过迁移学习建立的新运行点下的改进LSTMA模型评估精度有效提高,训练时间大幅减少,所得出的迁移学习策略确定方法有利于实际应用环节快速决策。研究在IEEE39节点和IEEE300节点系统上进行实验,验证了所提方法的有效性。     

基于改进DCGAN的电力系统暂态稳定增强型自适应评估

海量的量测数据为基于数据驱动的暂态稳定预测方法提供了基础,然而故障态样本固有的不平衡性质影响了该类方法的性能。针对暂态稳定预测的样本不平衡问题,提出了一种基于改进深度卷积生成对抗网络(DCGAN)的样本增强方法,通过生成器和判别器交替对抗训练生成全新有效的失稳样本作为原始训练集的补充。离线训练时,采用深度置信网络作为分类器,采用扩充后的样本集对其进行训练,有效提高了模型对失稳样本的识别率;在线应用时,当系统发生预料之外的变化,采用样本迁移和模型微调技术更新离线模型,进一步对迁移之后的失稳样本进行增强,显著提高了暂态稳定自适应评估的迁移速度和在新场景下失稳样本的识别率,使得评估结果更加可靠。在IEEE 39节点系统和IEEE 140节点系统上的实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于马尔可夫链蒙特卡罗方法的电力系统暂态稳定概率评估

研究了一种电力系统暂态稳定概率评估方法,提出了利用马尔可夫链蒙特卡罗方法模拟负荷水平,考虑随机序列之间的相关性;模拟过程中,提出以故障信息作为输入特征、基于AdaBoost-DT的暂态稳定评估方法。新英格兰39节点测试系统的仿真表明,本文提出的马尔可夫链蒙特卡罗方法比传统的蒙特卡罗方法更快速收敛,同时AdaBoost-DT大幅减少仿真时间,且能有效预测暂态稳定性。     

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。     

基于深度学习的多输入特征融合的暂态电压稳定性评估方法

暂态电压稳定性评估是电力系统稳定性评估中的难点和重点.提出一种基于深度学习、考虑多输入特征集的暂态电压稳定性评估方法,首先建立包含故障前、故障发生时刻、故障切除时刻的多输入故障集;然后基于深度学习建立卷积神经网络并离线训练PMU数据,最终达到快速准确评估暂态电压稳定性的目的.仿真结果表明,提出的评估方法与现有的神经网络...     

基于改进CatBoost的电力系统暂态稳定评估方法

在实际电网的运行过程中,通过同步相量测量单元实时采集到的电网动态参数通常含有部分噪声,且有时会因通信故障造成数值的随机缺失,对基于人工智能的电力系统暂态稳定评估模型造成很大影响.为此,提出一种基于改进CatBoost的暂态稳定评估方法.通过分箱算法对输入特征数据进行离散化处理,提高模型对噪声的鲁棒性;采用加权的焦点损失函数代替交叉熵损失函数,提升模型的可信度并减少模型对失稳样本的漏判;将量测数据部分缺失的样本划分到单独的节点中继续建模,从而充分挖掘不完整样本中的暂态信息.在新英格兰10机39节点上的实验结果表明,所提方法的准确率和查全率均优于其他几类机器学习算法,而且所提方法对噪声和数值缺失表现出良好的鲁棒性且具有较快的训练速度和预测速度.     

基于grcForest模型的风电并网系统暂态电压稳定评估

针对现阶段机器学习在风电并网系统暂态电压稳定评估的快速性、准确性方面存在的不足,提出了一种基于grcForest模型的风电并网系统暂态电压稳定评估方法。首先针对输入特征数目随着级联森林层数的增加可能出现的梯度增长或梯度减少的问题,采用残差网络对其进行优化,保证了层数增加后的模型依旧能保持最初的学习能力;其次分析风电并网系统暂态电压的关键影响因素,结合暂态故障构建输入特征;再通过评估模型离线训练,完成模型的参数设置和性能优化;最后把构建完成的输入特征应用于grcForest风电并网系统暂态电压稳定评估模型,结合数据对模型进行评估验证。IEEE10机39节点系统的仿真分析验证了该方法的快速性和准确性。     

感应电动机模型和机械转矩参数对暂态电压稳定评估的影响

基于三阶感应电动机模型,同时考虑机械转矩参数,给出了快速评估法下极限切除时间的计算方法,分析了转子绕组电磁暂态特性和机械转矩参数对极限切除时间的影响。该方法提高了感应电动机模型精度,同时计算更加简便,可用于动态安全评估系统的计算。IEEE30系统仿真结果表明较高的机械转矩次数有利于负荷节点暂态电压稳定,而转子绕组的电磁暂态特性不利于负荷节点的暂态电压稳定,模型精度对极限切除时间的影响小于机械转矩参数的影响。     

Derivation of stability limits using analytical sensitivity of thetransient energy margin

It is noted that the transient energy function (TEF) method has matured to a stage where reliable and accurate assessment of transient stability of a multimachine power system is possible. Stability limits in terms of plant generation limits, load changes, or network configuration changes are derived using analytical sensitivity of the energy margin. A detailed development of the analytical sensitivity procedure is presented. The technique is tested on the 17-generator Iowa network, and a good assessment of the stability limits is obtained. Experience based on more than 2500 runs on several actual power networks indicates that, for the classical power system model, the TEF method gives stability results as accurately and as reliably as conventional time-domain simulation programs     

基于一维卷积神经网络的电力系统暂态稳定在线评估

传统电力系统暂态稳定评估基于时域仿真计算,计算复杂度高,难以在线应用。提出一种基于一维卷积神经网络的电力系统暂态稳定在线评估,可极大提升暂态稳定在线评估速度。通过马尔可夫链蒙特卡洛抽样算法进行电力系统运行状态模拟,生成大规模运行数据。通过电力系统时域仿真计算确定发电机最大功角差。将电力系统运行数据作为一维卷积神经网络的输入,发电机最大功角差作为输出,训练一维卷积神经网络。在线应用场景下,一维卷积神经网络可基于当前运行数据快速计算发电机最大功角差,实现暂态稳定性在线评估。新英格兰39节点系统验证了所提在线评估算法的可行性。     

大规模电力系统暂态稳定性实时仿真及快速判断

在使用电力系统经典模型和分段线性化的基础上,本文利用隐式梯形积分规则并结合矩阵求逆运算的松驰方法,推导出一种电力系统暂态稳定性数值仿真及快速判断方法。理论分析及算例表明,这种新方法非常简便快速,有望成为大规模电力系统暂态稳定性实时仿真和分析工具。