2025年04月22日 星期二

广西师范大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 42 ›› Issue (6): 89-100.doi: 10.16088/j.issn.1001-6600.2024022402

• “污水处理”专栏 • 上一篇    下一篇

基于时空特征融合的电力系统暂态稳定评估

李欣1,2*, 宁静1   

  1. 1.三峡大学 电气与新能源学院,湖北 宜昌 443000;
    2.智慧能源技术湖北省工程研究中心(三峡大学),湖北 宜昌 443000
  • 收稿日期:2024-02-24 修回日期:2024-04-08 出版日期:2024-12-30 发布日期:2024-12-30
  • 通讯作者: 李欣(1986—),男,山西吕梁人,三峡大学副教授。E-mail: ctgulx@ctgu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(52107107)

Online Assessment of Transient Stability in Power Systems Based on Spatiotemporal Feature Fusion

LI Xin1,2*, NING Jing1   

  1. 1. School of Electrical and New Energy, China Three Gorges University, Yichang Hubei 443000, China;
    2. Hubei Provincial Engineering Research Center of Intelligent Energy Technology(China Three Gorges University), Yichang Hubei 443000, China
  • Received:2024-02-24 Revised:2024-04-08 Online:2024-12-30 Published:2024-12-30

摘要: 为提高暂态评估模型对电气动态特征的提取能力,以及面临系统拓扑结构发生变化时的泛化能力,本文提出一种具有时空双通道并行结构的在线评估模型。首先,该模型基于门控循环单元(GRU)捕捉暂态时序数据的动态信息,基于图注意力网络(GAT)构建电力系统拓扑结构与暂态稳定状态的非线性拟合关系,并通过注意力机制融合两通道的时空特征,从而得到更可靠的评估结果。其次,将该模型与迁移学习技术相结合,当原系统拓扑结构发生变化后,更新模型的网络参数,实现模型的在线更新。最后,采用IEEE 39节点系统和IEEE 300节点系统进行仿真与验证,模型评估准确率分别达到98.62%和98.51%,表明所提方法能够实现高效的暂态稳定评估,且有较强的鲁棒性。

关键词: 电力系统, 暂态稳定评估, 深度学习, 时空特征, 注意力特征融合, 迁移学习

Abstract: In order to improve the transient assessment model’s ability to extract electrical dynamic features and its generalization ability when facing changes in system topology, this paper proposes an online assessment model with a temporal and spatial dual-channel parallel structure. Firstly, the dynamic information of the transient time series data of the model is captured by the Gated Recurrent Unit (GRU). The nonlinear fitting relationship between power system topology and transient stability state is constructed based on the Graph Attention Network (GAT). And the spatial and temporal features of the two channels are fused through the attention mechanism to obtain more reliable evaluation results. Then, when the topology of the original system changes, the model is combined with transfer learning technology to update the network parameters of the model and realize the online update of the model. Finally, through the simulation and verification of IEEE 39-node system and IEEE 300-node system, the model evaluation accuracy reaches 98.62% and 98.51%, respectively. The results show that the proposed method can realize efficient transient stability evaluation and has strong robustness.

Key words: electric power system, transient stability assessment, deep learning, spatiotemporal feature, attention feature fusion, transfer learning

中图分类号:  TM712

[1] KUNDUR P, PASERBA J, AJJARAPU V, et al. Definition and classification of power system stability IEEE/CIGRE joint task force on stability terms and definitions[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2004, 19(3): 1387-1401. DOI: 10.1109/TPWRS.2004.825981.
[2] 周孝信,陈树勇,鲁宗相,等.能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J].中国电机工程学报,2018,38(7):1893-1904.DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.180067.
[3] 李欣,胡晓乐,郭攀锋.基于知识发现和分层ELM的暂态失稳模式辨识[J].广西大学学报(自然科学版),2021,46(4):982-995.DOI: 10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2021.0982.
[4] GONZALEZ J, PAPADOPOULOS P N, MILANOVIĆ J V, et al. Risk-constrained minimization of combined event detection and decision time for online transient stability assessment[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2021, 12(5): 4564-4572. DOI: 10.1109/TSG.2021.3086236.
[5] LIU Y, SUN K, YAO R, et al. Power system time domain simulation using a differential transformation method[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2019, 34(5): 3739-3748. DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2901654.
[6] ZOU Y, YIN M H, CHIANG H D. Theoretical foundation of the controlling UEP method for direct transient-stability analysis of network-preserving power system models[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications, 2003, 50(10): 1324-1336. DOI: 10.1109/TCSI.2003.817771.
[7] 齐航,任喆,李常刚,等.动态安全智能评估中故障位置特征表达的电气坐标距离保持[J].中国电机工程学报,2024,44(12):4615-4625.DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.223375.
[8] 江昌旭,刘晨曦,林铮,等.基于深度强化学习的电力系统暂态稳定控制策略研究综述[J].高电压技术,2023,49(12):5171-5186.DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20230350.
[9] 马骞,杨以涵,刘文颖,等.多输入特征融合的组合支持向量机电力系统暂态稳定评估[J].中国电机工程学报,2005,25(6):17-23.DOI: 10.3321/j.issn:0258-8013.2005.06.004.
[10] 李嘉敏,杨红英,闫莉萍,等.样本不平衡情况下的电力系统暂态稳定集成评估方法[J].电力系统自动化,2021,45(10):34-41.DOI: 10.7500/AEPS20200309001.
[11] ZHOU X M, GUAN X, SUN D, et al. Transient stability assessment based on gated graph neural network with imbalanced data in Internet of energy[J]. IEEE Internet of Things Journal, 2022, 9(12): 9320-9331. DOI: 10.1109/JIOT.2021.3127895.
[12] 庄颖睿,肖谭南,程林,等.基于时空图卷积网络的电力系统暂态稳定评估[J].电力系统自动化,2022,46(11):11-18.DOI: 10.7500/AEPS20210629014.
[13] 王铮澄,周艳真,郭庆来,等.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[J].中国电机工程学报,2021,41(7):2341-2349.DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.202139.
[14] 刘雨晴,刘曌,王小君,等.融合同步知识和时空信息的电力系统暂态稳定评估框架[J/OL].电网技术:1-13[2024-02-23].https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.1401. DOI: 10.13335/j.1000-3673.pst.2023.1401.
[15] 周生存,罗毅,易煊承,等.考虑数据缺失的图注意力网络暂态稳定评估[J].中国电力,2024,57(5):157-167.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307019.
[16] 孙黎霞,彭嘉杰,白景涛,等.结合图嵌入算法的电力系统多任务暂态稳定评估[J].电力系统自动化,2022,46(2):83-91.DOI: 10.7500/AEPS20201129003.
[17] 钟智,管霖,苏寅生,等.基于图注意力深度网络的电力系统暂态稳定评估[J].电网技术,2021,45(6):2122-2130.DOI: 10.13335/j.1000-3673.pst.2020.0897.
[18] 张亮,安军,周毅博.基于时间卷积和图注意力网络的电力系统暂态稳定评估[J].电力系统自动化,2023,47(7):114-122.DOI: 10.7500/AEPS20220106003.
[19] 张若愚,吴俊勇,李宝琴,等.基于迁移学习的电力系统暂态稳定自适应预测[J].电网技术,2020,44(6):2196-2203.DOI: 10.13335/j.1000-3673.pst.2019.2376.
[20] 赵冬梅,谢家康,王闯,等.基于Bagging集成学习的电力系统暂态稳定在线评估[J].电力系统保护与控制,2022,50(8):1-10.DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.210817.
[21] VELICKOVIC P, CUCURULL G, CASANOVA A, et al. Graph attention networks[EB/OL]. (2018-02-04)[2024-02-23]. https://arxiv.org/abs/1710.10903. DOI: 10.48550/arXiv.1710.10903.
[22] KAMWA I, SAMANTARAY S R, JOOS G. Compliance analysis of PMU algorithms and devices for wide-area stabilizing control of large power systems[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2013, 28(2): 1766-1778. DOI: 10.1109/TPWRS.2012.2221168.
[23] WANG B, FANG B W, WANG Y J, et al. Power system transient stability assessment based on big data and the core vector machine[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2016, 7(5): 2561-2570. DOI: 10.1109/TSG.2016.2549063.
[24] 张晨宇,王慧芳,叶晓君.基于XGBoost算法的电力系统暂态稳定评估[J].电力自动化设备,2019,39(3):77-83,89.DOI: 10.16081/j.issn.1006-6047.2019.03.012.
[25] WU S, ZHENG L, HU W, et al. Improved deep belief network and model interpretation method for power system transient stability assessment[J]. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2020, 8(1): 27-37. DOI: 10.35833/MPCE.2019.000058.
[26] 谭本东,杨军,刘源,等.考虑数据缺失的电力系统暂态稳定自适应集成评估方法[J].电力系统自动化,2021,45(23):68-75.DOI: 10.7500/AEPS20200208004.
[1] 侯海燕, 谭玉枚, 宋树祥, 夏海英. 头部姿态鲁棒的面部表情识别[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2024, 42(6): 126-137.
[2] 卢家辉, 陈庆锋, 王文广, 余谦, 何乃旭, 韩宗钊. 基于多尺度注意力的器官图像分割方法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2024, 42(6): 138-148.
[3] 杜帅文, 靳婷. 基于用户行为特征的深度混合推荐算法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2024, 42(5): 91-100.
[4] 易见兵, 彭鑫, 曹锋, 李俊, 谢唯嘉. 多尺度特征融合的点云配准算法研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2024, 42(3): 108-120.
[5] 肖宇庭, 吕晓琪, 谷宇, 刘传强. 基于拆分残差网络的糖尿病视网膜病变分类[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2024, 42(1): 91-101.
[6] 高飞, 郭晓斌, 袁冬芳, 曹富军. 改进PINNs方法求解边界层对流占优扩散方程[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2023, 41(6): 33-50.
[7] 吴子弦, 成军, 符坚铃, 周心雯, 谢佳龙, 宁全. 基于PI的Semi-Markovian电力系统事件触发控制设计分析[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2023, 41(5): 76-85.
[8] 蒋懿波, 刘会家, 吴田. 基于改进残差网络的输电线路雷击过电压识别研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2023, 41(4): 74-83.
[9] 杨烁祯, 张珑, 王建华, 张恒远. 声音事件检测综述[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2023, 41(2): 1-18.
[10] 王鲁娜, 杜洪波, 朱立军. 基于流形正则的堆叠胶囊自编码器优化算法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2023, 41(2): 76-85.
[11] 牛学德, 高丙朋, 任荣荣, 徐明明. 基于轻量级CNN的作物病虫害识别及安卓端应用[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2022, 40(6): 59-68.
[12] 田晟, 宋霖. 基于CNN和Bagging集成的交通标志识别[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2022, 40(4): 35-46.
[13] 张萍, 徐巧枝. 基于多感受野与分组混合注意力机制的肺结节分割研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2022, 40(3): 76-87.
[14] 李永杰, 周桂红, 刘博. 基于YOLOv3模型的人脸检测与头部姿态估计融合算法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2022, 40(3): 95-103.
[15] 吴军, 欧阳艾嘉, 张琳. 基于多头注意力机制的磷酸化位点预测模型[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2022, 40(3): 161-171.
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[1] 周伟, 孙超, 周海涛. 中国澜沧江2种墨头鱼分类地位考证[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2017, 35(2): 117 -125 .
[2] 周克良, 邢素林, 聂丛楠. 基于自适应阈值小波变换的心音去噪方法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2016, 34(1): 19 -25 .
[3] 彭国清, 郭屹立, 韦素娟, 陈海玲, 何运林, 唐绍清. 弄岗淡黄金花茶种群年龄结构与空间分布格局[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2016, 34(3): 138 -143 .
[4] 唐高华, 李玉, 张恒斌, 吴严生. 一类有零因子的有限环的结构[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2015, 33(1): 67 -73 .
[5] 温惠英, 刘丹, 黄姣. 基于驾驶员特性的山区高速公路夜间限速模型[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2015, 33(4): 6 -13 .
[6] 李福涛, 马静, 邹艳丽, 莫玉芳. 几种Kuramoto振子网络同步性能的比较[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2011, 29(4): 16 -20 .
[7] 唐章生, 卢其西, 林勇, 宾石玉, 彭婷, 钟舒红, 甘西. 不同低温条件下吉富罗非鱼的耐受性研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2012, 30(1): 105 -110 .
[8] 刘天莉莲, 王芳贵, 高增辉. FI-gr-内射模[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2019, 37(1): 155 -164 .
[9] 许凯, 田晟, 朱泽坤. 短时事件下的地铁乘客路径选择行为研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2019, 37(2): 9 -14 .
[10] 凌风如, 张超英, 陈燕雁, 覃章荣. LBM中基于半程反弹的统一边界条件研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2020, 38(1): 70 -78 .
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