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储能系统技术 储能系统 SiC器件 ★ 5.0

基于物理雅可比信息的编码器-解码器神经网络用于非线性潮流回归

Physically Jacobian-Informed Encoder-Decoder ANNs for Nonlinear Power Flow Regression

作者 Hao Yang · Kai Zheng · Wendong Su · Zhenglong Sun · Guowei Cai · Zhaohao Ding
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2024年7月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 SiC器件
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 潮流计算 数据驱动 编码器 - 解码器神经网络 多任务学习 雅可比信息
语言:

中文摘要

潮流(PF)是电力系统稳态分析与控制的基础。传统的基于一组隐式非线性方程构建的模型驱动潮流计算方法采用牛顿 - 拉夫逊法进行迭代求解。然而,潮流计算的速度和收敛性会受到合适初值以及迭代过程效率的影响。数据驱动的潮流回归方法可以通过从潮流数据集学习显式映射函数来克服上述问题。但是,该方法仅实现了从潮流输入到输出的非线性映射,忽略了潮流计算中的物理规则,这可能导致精度和泛化能力较差。本文提出了一种基于物理雅可比信息的编解码器神经网络(NNs)用于潮流非线性回归。基于正向和反向潮流模型,构建了一种采用编解码器神经网络的多任务学习方法用于数据驱动的潮流回归。为引入潮流物理特性,将相应的雅可比信息嵌入回归模型以提高精度和泛化能力。IEEE 测试系统验证了所提方法具有高精度和良好泛化能力的性能。

English Abstract

Power flow (PF) is the basis of steady-state analysis and control of power systems. The conventional model-driven PF formulated by a set of implicated nonlinear equations is solved iteratively by using Newton-Raphson method. But, the speed and convergence of PF computation are influenced by proper initial values and the efficiency of iterative process. The data-driven PF regression method can overcome the above issues by learning an explicit mapping function from PF data set. However, it simply achieves the nonlinear map from PF input to output, overlooking the physical rules in the PF calculation, which may result in poor accuracy and generalization. This paper presents a physically jacobian-informed encoder-decoder neural networks (NNs) for PF nonlinear regression. Based on the forward and inverse PF model, a multi-task learning method with encoder-decoder NNs is constructed for data-driven PF regression. To introduce PF physical characteristics, the corresponding jacobian information is embedded into the regression model to improve the accuracy and generalization. The performance of high accuracy and generalization of the proposed method is validated by IEEE test systems.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务实践来看,这项基于物理雅可比信息的神经网络潮流计算技术具有显著的工程应用价值。在新能源电站并网运行中,快速准确的潮流计算是实现主动电压支撑、功率调度优化和故障预判的基础。传统牛顿-拉夫逊迭代方法在高比例新能源接入场景下常面临收敛性问题,特别是在光伏、储能等分布式资源大规模并网时,系统运行点的频繁变化对计算速度和鲁棒性提出更高要求。

该论文提出的编码器-解码器架构将物理约束嵌入数据驱动模型,这与阳光电源在智能逆变器和储能系统控制器开发中的需求高度契合。通过引入雅可比矩阵信息,模型不仅能学习输入输出映射关系,更能捕捉电网物理特性,这对提升阳光电源1500V大功率逆变器的并网控制精度、优化储能系统的功率响应策略具有直接价值。在虚拟电厂和微电网解决方案中,该技术可支撑毫秒级的实时潮流分析,为源网荷储协同控制提供决策基础。

从技术成熟度评估,该方法在IEEE标准测试系统上已验证有效性,但向实际电网场景迁移仍面临挑战:训练数据需覆盖新能源出力的强随机性和间歇性特征;模型泛化能力需在拓扑变化、设备投切等动态场景中验证;嵌入式部署对算力和实时性要求较高。

对阳光电源而言,可考虑将此技术集成到iSolarCloud平台的数字孪生模块,或应用于储能系统的预测性控制算法,但需结合实际电网数据进行深度定制化开发和长期可靠性验证。