广西师范大学学报(自然科学版) ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (5): 64-74.doi: 10.16088/j.issn.1001-6600.2024071802

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基于深度极限学习机的暂态稳定预防控制方法

刘颂凯1,2, 曾羽聪1,2, 张磊1,2*, 李彦彰3, 王秋杰1,2, 刘龙成1,2, 陈萍1,2, 赵文博1,2   

  1. 1.三峡大学 电气与新能源学院,湖北 宜昌 443002;
    2.新能源微电网湖北省协同创新中心,湖北 宜昌 443002;
    3.国网湖北省电力有限公司武汉市供电公司,湖北 武汉 430010
  • 收稿日期:2024-07-18 修回日期:2024-11-04 出版日期:2025-09-05 发布日期:2025-08-05
  • 通讯作者: 张磊(1986—),男,湖北鹤峰人,三峡大学副教授,博士。E-mail:leizhang0323@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(52307109);湖北省自然科学基金(2022CFB825)

Transient Stability Preventive Control Method Based on Deep Extreme Learning Machine

LIU Songkai1,2, ZENG Yucong1,2, ZHANG Lei1,2*, LI Yanzhang3, WANG Qiujie1,2, LIU Longcheng1,2, CHEN Ping1,2, ZHAO Wenbo1,2   

  1. 1. College of Electrical Engineering and New Energy, China Three Gorges University, Yichang Hubei 443002, China;
    2. Hubei Provincial Collaborative Innovation Center for New Energy Microgrid, Yichang Hubei 443002, China;
    3. Wuhan Power Supply Company of State Grid Hubei Electric Power Co., Ltd, Wuhan Hubei 430010, China
  • Received:2024-07-18 Revised:2024-11-04 Online:2025-09-05 Published:2025-08-05

摘要: 在电力系统暂态稳定预防控制中时域仿真计算复杂,同时系统存在样本不平衡问题,影响机器学习模型的性能。针对上述问题,本文提出一种基于深度极限学习机(deep extreme learning machine,DELM)的暂态稳定预防控制方法。首先采用过采样技术处理样本不平衡;然后利用DELM发现平衡数据集的潜在信息,建立电力系统运行特征和暂态稳定指标之间的映射模型,在预防控制中引入基于DELM的暂态稳定预测模型来代替暂态稳定约束最优潮流(transient stability constrained optimal power flow,TSCOPF)模型中含微分代数方程的暂态稳定约束,减少计算复杂度,并采用萤火虫算法对模型进行求解,获取最终策略;最后在IEEE 39节点系统进行仿真验证。结果表明,在预防故障发生时,本文所提的预防控制方法能够以2 042美元的优化调整成本实现系统暂态稳定性的提高,将暂态失稳的情况调节为稳定,且采用的萤火虫算法求解的计算时间可以控制在20 s以内,表明本文提出的基于DELM暂态稳定预防控制方法能够有效提升系统的暂态稳定性,且在具有较快的计算速度的同时具有良好的经济性。

关键词: 暂态稳定, 预防控制, 最优潮流, 样本不平衡, 深度极限学习机, 萤火虫算法

Abstract: In the transient stability prevention and control of power system, the time domain simulation calculation is complex, and there is a problem of sample class imbalance in the system, which affects the performance of machine learning model. To solve these problems, a transient stability prevention and control method based on deep extreme learning machine (DELM) is proposed. Firstly, the oversampling technique is used to deal with the unbalance of sample class. Then, DELM is used to discover the potential information of the balanced data set, and a mapping model between the operating parameters of the power system and the transient stability index is established. The transient stability prediction model based on DELM is introduced in preventive control to replace the transient stability constraint optimal power flow (TSCOPF) model containing differential algebraic equations with transient stability constraints, the computational complexity is reduced, and the model is solved by firefly algorithm to obtain the final strategy. Finally, the IEEE 39-node system is simulated and verified. The results show that the proposed preventive control method can improve the transient stability of the system at an optimal adjustment cost of \$2 042, adjust the transient instability to stability, and the calculation time of the firefly algorithm can be controlled within 20 s. This indicates that the transient stability prevention and control method based on DELM proposed in this paper can effectively improve the transient stability of the system, and has a fast calculation speed and good economy.

Key words: transient stability, preventive control, optimal power flow, sample imbalance, deep extreme learning machine, firefly algorithm

中图分类号:  TM712;TP181

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