融合多类型深度迁移学习的电力系统暂态稳定自适应评估

针对不同类型人工智能网络应用于电力系统暂态稳定评估时精度和泛化能力不稳定、运行方式或拓扑结构发生较大变化时评估精度下降、重新训练新模型费时费力等问题,提出一种融合多类型深度迁移学习模型（tmDLM）的自适应评估方法,该方法融合了深度置信网络、卷积神经网络以及长短期记忆网络3种不同的深度学习模型。将训练好的各类深度学习模型作为源域模型,当运行方式或拓扑结构发生较大变化时,采用少量目标域样本集微调预训练模型,使其快速跟踪系统当前的运行状态,并得到tmDLM。新英格兰10机39节点系统和华中电网的仿真结果表明：所提方法可以充分发挥各类深度学习方法的优势,具有良好的泛化能力;六分类模型能够在判稳的同时进行稳定裕度/失稳程度等级的评估;经过迁移后的深度学习模型具有良好的评估精度和时效性,大幅缩短了模型更新时间,实现了电力系统暂态稳定的自适应评估。     

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(graphattention 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。结合算例分析了输入选择和采样点数对稳定评估效果的影响,应用可视化技术分析了图注意力网络的特征聚合效果。通过与多种深度学习模型下建立的TSA模型的性能对比,充分验证所提出模型的优越性。     

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。     

图像化数据驱动的电力系统暂态稳定性在线评估方法

目前电力系统暂态稳定性评估（TSA）大多采用标准算例生成的数据集,然而实际电网的母线、发电机、线路等电力元件的数量巨大,难以实现评估模型的实时监视和在线更新;而现有降维方法常常遗漏重要信息,导致预测精度下降。提出一种图像化数据驱动的电力系统暂态稳定性在线评估方法,将输入时间序列重新排列成二维图像,利用二维主成分分析法（2D-PCA）对原始图像进行特征降维,并建立卷积神经网络（CNN）模型进行系统稳定性预测。在IEEE-39算例中进行验证,结果表明本文所提基于2D-PCA和CNN的TSA模型在保证预测精度的同时能够大幅提高训练效率,有望推进深度学习在电力系统暂态稳定性在线评估的应用。     

基于主动迁移学习的电力系统拓扑自适应暂态稳定评估

在基于深度学习的数据驱动型电力系统暂态稳定评估技术中,需要解决的一个关键应用挑战是对系统拓扑结构变化和电网扩展的适用性问题。该文首先提出一种考虑电气属性的互注意力图池化方法,基于注意力机制,按照电网节点的属性和距离执行差异化的特征综合,提升图深度学习特征聚合对拓扑结构变化的适用性。在此基础上,提出一种基于主动迁移学习的暂态稳定评估方案,在电网结构大幅变化或扩展时可以利用少量新系统标注样本完成模型的学习。提出梯度加权距离评价样本相似性,从原系统中获取新系统样本伪标签以实现新系统模型的初始训练。设计考虑不确定性和多样性的主动采样策略从新系统中持续挑选高价值样本进行标注,大幅减少样本标注成本。在IEEE 39、300节点系统上的测试结果验证了该文方案的优越性。     

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。     

基于人工智能的大系统分层在线暂态稳定评估

在对比分析电力系统已有暂态稳定评估（TSA）方法的基础上,提出了一种以人工智能为主体的层次型大系统在线暂态稳定评估方案。以一个7机24节点系统为例,详细介绍了基于启发式推理和人工神经网络的方案实现过程及仿真测试结果,并重点讨论了基于样本的输入特征向量筛选方法。该方案无需时域积分运算,能提供故障筛选、稳定评级、主导失稳机组估计以及危险事件的故障临界切除时间（CCT）估计等多级稳定信息,较好地满足了在线TSA的要求。     

考虑电力系统拓扑变化的消息传递图神经网络暂态稳定评估

近年来,数据驱动相关方法已经在电力系统暂态稳定评估等领域得到了广泛的应用。然而,传统数据驱动方法大多用于分析欧式数据,对电网拓扑连接关系的刻画受限,导致传统方法在新拓扑下的应用泛化能力不足。为此,该文基于消息传递图神经网络(message passing neural network,MPNN),提出一种基于稳态数据的电力系统暂态稳定评估方法。通过图数据处理和拓扑连接关系建模,训练得到能够描述电力系统拓扑变化的暂态稳定性评估模型。论文在新英格兰39节点系统上进行全面的仿真,生成包含600多种拓扑在内的百万级别样本数据。算例分析表明,与传统数据驱动方法相比,所提方法在面对拓扑频繁变化的运行场景数据集上具有更好的性能,对未学习过的新拓扑具有更强的泛化能力。     

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。     

Post-disturbance transient stabilityassessment of power systems towardsoptimal accuracy-speed tradeoff

The recent development of phasor measurement technique opens the way for real-time post-disturbance transient stability assessment (TSA). Following a disturbance, since the transient instability can occur very fast, there is an urgent need for fast TSA with sufficient accuracy. This paper first identifies the tradeoff relationship between the accuracy and speed in post-disturbance TSA, and then proposes an optimal self-adaptive TSA method to optimally balance such tradeoff. It uses ensemble learning and credible decision-making rule to progressively predict the post-disturbance transient stability status, and models a multi-objective optimization problem to search for the optimal balance between TSA accuracy and speed. With such optimally balanced TSA performance, the TSA decision can be made as fast as possible while maintaining an acceptable level of accuracy. The proposed method is tested on New England 10-machine 39-bus system, and the simulation results verify its high efficacy.     

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。     

电力系统参数空间暂态稳定边界构建及在线快速更新方法

为适应在线暂态稳定分析与控制,提出了一种电力系统参数空间中的暂态稳定边界构建及快速更新方法.对于给定的关键故障和既定故障前后的网络拓扑结构,首先,基于横向可扩展的宽度学习系统,构建了极限切除时间与电力系统参数之间的映射关系.为提高实际故障切除时间阈值附近的预测准确率,通过构建二次比例因子对临界误差进行修正.然后,结合预设故障切除时间阈值确定相应暂态稳定边界,并评估当前系统的稳定裕度.最后,在保证暂态稳定评估准确性的基础上,基于增量学习方法提出了无须重新训练全部网络的在线快速更新策略.通过对IEEE 39节点测试系统和中国南方电网实例系统仿真分析发现,所构建模型能够对系统暂态稳定性进行准确评估,并具有良好的泛化性能.同时,快速更新策略可在保证预测准确率的情况下,大幅减少模型更新时间,为在线暂态稳定评估提供了支撑.     

基于数据增强和深度残差网络的电力系统暂态稳定预测

针对传统数据驱动的电力系统暂态稳定分析方法中,较少考虑输入数据存在噪声和信息缺失后对预测模型性能的影响问题,提出一种基于数据增强和深度残差网络的暂态稳定预测方法。首先,考虑噪声和信息缺失情况,对原始训练数据进行扩充;然后,采用发电机受扰后动态数据作为输入特征;考虑到输入的高维时序数据具有图像的特点,利用图像处理中一种特殊的卷积神经网络—深度残差网络构建用于暂态稳定评估的深层模型。算例分析表明,所提出的方法能够提高模型的泛化能力,在含噪声以及部分发电机信息缺失情况下具有更好的鲁棒性。     

基于神经网络暂态稳定评估方法的一种新思路

基于神经网络的暂态稳定评估技术提出了一种新思路。使用半监督学习算法来训练反向传播神经网络 ,得到一个连续分布的暂态稳定指标 ,该指标可用来指明相对稳定度和确定类间边界区。一种数据结构分析方法被用来观察输入空间的可分性及边界区。在此基础上 ,提出一种新的分类方法 ,即将边界区样本分为不确定类 ,以避免误分类。在两个系统中的应用结果表明 ,该方法对暂态稳定评估问题的有效性。     

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。