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物理信息梯度估计加速基于深度学习的交流最优潮流
Physics-Informed Gradient Estimation for Accelerating Deep Learning-Based AC-OPF
| 作者 | Kejun Chen · Shourya Bose · Yu Zhang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 智能化与AI应用 |
| 技术标签 | SiC器件 深度学习 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 最优潮流问题 神经网络 半监督学习框架 岭回归 梯度估计方法 |
语言:
中文摘要
通过采用基于神经网络的响应式在线求解器,可以快速且可靠地解决最优潮流(OPF)问题。可再生能源发电的动态特性和电网条件的多变性要求利用新的数据实例频繁更新神经网络。为满足这一需求并减少数据准备所需的时间,我们提出了一种借助数据增强的半监督学习框架。在此框架下,岭回归取代了传统求解器,便于快速预测给定输入负荷需求的最优解。此外,为了在训练过程中加速反向传播,我们开发了新颖的批量均值梯度估计方法,并采用简化支路集来降低梯度计算的复杂度。数值模拟表明,配备了所提出的梯度估计器的神经网络能够始终获得可行且接近最优的解。这些结果凸显了我们的方法在实时最优潮流应用实际实施中的有效性。
English Abstract
The optimal power flow (OPF) problem can be rapidly and reliably solved by employing responsive online solvers based on neural networks. The dynamic nature of renewable energy generation and the variability of power grid conditions necessitate frequent neural network updates with new data instances. To address this need and reduce the time required for data preparation time, we propose a semisupervised learning framework aided by data augmentation. In this context, ridge regression replaces the traditional solver, facilitating swift prediction of optimal solutions for the given input load demands. In addition, to accelerate the backpropagation during training, we develop novel batch-mean gradient estimation approaches along with a reduced branch set to alleviate the complexity of gradient computation. Numerical simulations demonstrate that our neural network, equipped with the proposed gradient estimators, consistently achieves feasible and near-optimal solutions. These results underline the effectiveness of our approach for practical implementation in real-time OPF applications.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于深度学习的交流最优潮流(AC-OPF)加速技术具有重要的战略价值。随着我司在新能源发电和储能系统领域的深度布局,如何实现分布式能源的实时优化调度已成为核心技术挑战。
该论文提出的物理信息梯度估计方法直击新能源并网的关键痛点。光伏、风电等可再生能源的间歇性和波动性要求电网优化算法具备毫秒级响应能力,传统数值求解器难以满足实时性需求。论文采用神经网络替代传统求解器,结合岭回归快速预测最优解,这与我司智能逆变器和储能系统的能量管理策略高度契合。特别是其半监督学习框架能够降低对标注数据的依赖,这对于处理我司全球各地不同电网工况下的海量运行数据具有实际意义。
技术价值方面,提出的批量均值梯度估计和分支集简化方法显著降低了训练复杂度,使神经网络能够随电网条件动态更新,这对我司构建自适应的分布式能源管理系统极具参考价值。该技术可直接应用于大型光储电站的实时功率分配、微电网的多目标优化以及虚拟电厂的协调控制场景。
然而,技术落地仍面临挑战:一是神经网络模型在极端工况下的鲁棒性需要验证,二是不同电网标准下的模型泛化能力有待提升,三是与现有SCADA系统的集成复杂度较高。建议我司技术团队重点关注该方法与IEC 61850等电力通信标准的融合,并在实验电网环境中开展可行性验证,为下一代智能能源管理平台储备核心算法能力。