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面向多方风电功率预测的隐私保护自适应联邦深度学习
Privacy-Preserving and Adaptive Federated Deep Learning for Multiparty Wind Power Forecasting
| 作者 | Yi Wang · Qinglai Guo |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2024年7月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | 储能系统 深度学习 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 风电预测 数据驱动方法 SecFedAProx - LSTM 联邦学习 隐私保护 |
语言:
中文摘要
先进的预测工具对于现代电力系统减轻可再生能源的不确定性至关重要。尽管数据驱动的方法在风电预测方面取得了显著进展,但数据可用性有限阻碍了其有效性。严格的数据监管规则和竞争利益使得相邻风电场无法整合数据集以学习更准确的预测模型。为应对这一挑战,我们提出了 SecFedAProx - LSTM,这是一种结合深度学习模型和隐私保护自适应联邦学习框架的新型风电预测方法。该方法动态调整局部优化目标,以在全局收敛性能和探索个体特征之间取得平衡,从而解决统计异质性问题。此外,它采用去中心化多客户端功能加密进行安全的模型聚合,以增强隐私保护保障。在风电集成国家数据集上进行的大量实验验证了我们的方法相对于现有方法的优越性,因为它提高了预测性能并加快了收敛速度。此外,它能在不引入额外实体的情况下有效保护用户隐私免受推理攻击。
English Abstract
Advanced forecasting tools are essential for modern power systems to mitigate the uncertainty of renewable energy sources. Although data-driven approaches have achieved significant progress in wind power forecasting, their effectiveness is hindered by limited data availability. Strict data regulation rules and competitive interests block neighboring wind farms from combing datasets to learn a more accurate forecasting model. To tackle this challenge, we propose SecFedAProx-LSTM, a novel wind power forecasting method incorporating a deep learning model and a privacy-preserving adaptive federated learning framework. This approach dynamically adjusts local optimization objectives to strike a balance between global convergence performance and exploring individual characteristics, thereby addressing statistical heterogeneity. Additionally, it employs decentralized multiclient functional encryption for secure model aggregation to enhance privacy-preserving guarantees. Extensive experiments conducted on the Wind Integration National Dataset validate the superiority of our method over existing approaches, as it improves forecasting performance and accelerates convergence speed. Furthermore, it efficiently protects user privacy from inference attacks without introducing extra entities.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,本文提出的隐私保护自适应联邦学习风电预测方法具有重要的战略参考价值。虽然研究聚焦于风电场景,但其核心技术框架可直接迁移至光伏功率预测、储能系统优化及多能源协同管理等阳光电源的核心业务领域。
该技术的核心价值在于突破了数据孤岛困境。当前阳光电源在全球部署了大量光伏电站和储能项目,但由于数据主权、商业竞争及隐私法规限制,难以整合多方数据训练高精度预测模型。SecFedAProx-LSTM框架通过联邦学习实现"数据不出域、模型共同学习",既保护了各电站运营方的数据隐私,又能利用分布式数据提升预测准确性。其自适应机制可应对不同地域光伏电站的气候差异和设备特性异质性,这对阳光电源构建全球化智慧能源管理平台尤为关键。
从技术成熟度看,该方法基于成熟的LSTM架构和功能加密技术,具备较强的工程化可行性。实验验证显示其在收敛速度和预测精度上均有显著提升,且能有效抵御推理攻击,符合GDPR等国际数据保护标准。这为阳光电源在欧美等监管严格市场的业务拓展提供了合规技术路径。
然而,技术挑战同样存在:多客户端功能加密的计算开销可能影响实时性,需在边缘计算设备上优化;异构设备间的通信效率和模型同步机制需针对能源物联网场景深度定制。建议阳光电源将此技术纳入智慧能源研究路线图,优先在储能系统的多站点协同优化场景中试点验证,逐步构建差异化的数据安全竞争优势。