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基于物理信息神经网络的鲁棒电力系统状态估计
Robust Power System State Estimation Using Physics-Informed Neural Networks
| 作者 | Solon Falas · Markos Asprou · Charalambos Konstantinou · Maria K. Michael |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年7月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 深度学习 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 电力系统状态估计 物理信息神经网络 准确性 鲁棒性 数据操纵攻击 |
语言:
中文摘要
现代电力系统在状态估计和实时监测方面面临重大挑战,特别是在故障条件或网络攻击下的响应速度和准确性方面。本文提出一种结合物理信息神经网络(PINNs)的混合方法,以提高电力系统状态估计的准确性和鲁棒性。通过将物理定律嵌入神经网络架构,PINNs 提高了输电网络在正常和故障条件下应用的估计准确性,同时在应对诸如数据操纵攻击等安全问题方面也显示出潜力。实验结果表明,所提出的方法优于传统机器学习模型,在训练数据集的未见子集上的准确性提高了近 83%,在全新的、不相关的数据集上的性能提升了近 65%。实验还表明,在针对系统中关键母线的数据操纵攻击期间,PINN 比等效神经网络的准确性可提高近 93%。
English Abstract
Modern power systems face significant challenges in state estimation and real-time monitoring, particularly regarding response speed and accuracy under faulty conditions or cyber-attacks. This article proposes a hybrid approach using physics-informed neural networks (PINNs) to enhance the accuracy and robustness of power system state estimation. By embedding physical laws into the neural network architecture, PINNs improve estimation accuracy for transmission grid applications under both normal and faulty conditions, while also showing potential in addressing security concerns, such as data manipulation attacks. Experimental results show that the proposed approach outperforms traditional machine learning models, achieving up to 83% higher accuracy on unseen subsets of the training dataset and 65% better performance on entirely new, unrelated datasets. Experiments also show that during a data manipulation attack against a critical bus in a system, the PINN can be up to 93% more accurate than an equivalent neural network.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于物理信息神经网络(PINNs)的电力系统状态估计技术具有重要的战略价值。作为全球领先的新能源设备供应商和系统集成商,阳光电源在光伏逆变器、储能系统及智慧能源管理平台方面的核心竞争力,正日益依赖于对电网实时状态的精准感知与快速响应能力。
该技术的核心优势在于将物理定律嵌入神经网络架构,这与阳光电源在逆变器控制和储能系统能量管理中积累的电力电子物理模型高度契合。在分布式光伏并网场景中,PINNs技术可显著提升故障工况下的状态估计准确性(提升83%),这对于我们的智能逆变器在电网扰动时的主动支撑能力至关重要。特别是在大规模储能电站应用中,该技术能够在数据攻击场景下保持93%的精度优势,这为构建更安全可靠的能源管理系统(EMS)提供了新思路。
从技术成熟度评估,PINNs在电力系统的应用仍处于研究阶段,但其在跨数据集泛化能力上的突出表现(65%性能提升)表明了较强的工程化潜力。对阳光电源而言,主要挑战在于如何将该算法轻量化部署到边缘侧设备(如逆变器DSP芯片),以及如何与现有SCADA系统和iSolarCloud平台深度融合。
建议重点关注三个应用方向:一是增强型逆变器的电网感知能力,二是储能系统的预测性维护,三是虚拟电厂场景下的分布式状态估计。这项技术若能成功产业化,将有力支撑阳光电源在新型电力系统中的数字化转型战略。