← 返回
智能化与AI应用 机器学习 ★ 5.0

基于机器学习代理的手动与自动开关在配电网中的优化配置

Optimal Placement of Manual and Automatic Switches in Power Distribution Systems Using a Machine Learning Proxy

作者 Mehrdad Ebrahimi · Mohammad Rastegar · Kiana Karami
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年2月
技术分类 智能化与AI应用
技术标签 机器学习
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 故障管理 开关优化 机器学习 堆叠集成模型 贝叶斯优化算法
语言:

中文摘要

故障管理涉及在故障发生后尽快恢复停电用户的操作,而优化开关布局有助于实现这一目标。然而,由于问题的非线性和巨大的搜索空间,开关优化问题需要大量的计算工作。因此,对于大规模配电系统而言,该问题可能难以求解。本文提出了一种基于机器学习的代理方法,用于确定实际配电系统中手动和自动开关的最佳数量和位置。目标函数包含设备成本和可靠性指标,包括系统平均停电频率指标(SAIFI)、系统平均停电持续时间指标(SAIDI)和未供电量(ENS)指标。所提出的模型是一个堆叠集成模型,其中基于卷积神经网络(CNN)的模型作为基础学习器,从输入数据中捕捉复杂的空间信息。基础学习器的输入数据是通过可解释人工智能(XAI)工具从大量候选安装点特征集中进行最优选择的。元模型将基础学习器的预测结果相结合,以确定开关的最佳安装点,它是一个全连接人工神经网络。本文使用贝叶斯优化算法来最优构建堆叠集成模型。我们使用一个实际配电系统对所提出的模型与最先进的基于学习和基于数学的模型进行了验证。仿真结果表明,所提出的模型在计算复杂度和最优性方面优于现有最先进的模型。

English Abstract

Fault management involves actions to restore interrupted customers as quickly as possible after a fault occurrence, which is facilitated by optimal switch placement. However, the switch optimization problem requires significant computational effort because of the nonlinearity and the large search space. Hence, the problem may be interactable for large-scale power distribution systems. This paper proposes a machine learning-based proxy to determine the optimal number and location of switches in real-world power distribution systems, including manual and automatic switches. The objective function comprises equipment costs and reliability indices, including the system average interruption frequency index (SAIFI), the system average interruption duration index (SAIDI), and the energy not supplied (ENS) index. The proposed model is a stacked ensemble model, in which convolutional neural network (CNN)-based models serve as base learners to capture complex and spatial information from their input data. The input data for the base learners are optimally selected by explainable artificial intelligence (XAI) tools from a large feature set of candidate installation points. The metamodel combines the base learners' predictions to determine the optimal points for installing switches and is a fully connected artificial neural network. This paper uses the Bayesian optimization algorithm to optimally construct the stacked ensemble model. We validate the proposed model alongside state-of-the-art learning-based and mathematics-based models using a real power distribution system. The simulation results demonstrate that the proposed model outperforms the state-of-the-art models in terms of computational complexity and optimality.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于机器学习的配电网开关优化技术具有重要的战略价值。随着公司在分布式光伏、储能系统及综合能源解决方案领域的深度布局,配电网的智能化管理已成为提升系统可靠性和经济性的关键环节。

该技术的核心价值在于通过堆叠集成学习模型,大幅降低开关优化问题的计算复杂度,这对阳光电源的配电侧储能系统和微电网解决方案具有直接应用意义。在新能源高渗透率场景下,配电网故障管理的复杂性显著增加,传统优化方法难以适应大规模实时决策需求。该论文提出的CNN基础学习器能够捕捉空间拓扑信息,结合可解释AI工具进行特征选择,这与阳光电源智慧能源管理系统的技术路线高度契合。

从应用前景看,该技术可整合到阳光电源的EMS能源管理平台中,优化手动和自动开关的配置策略,降低SAIDI、SAIFI等可靠性指标,减少用户停电损失。特别是在工商业储能项目中,精准的开关布局能够提升系统应急响应能力,增强客户侧供电连续性保障。

技术挑战主要体现在三个方面:一是模型训练需要大量历史故障数据,需要与电网公司建立数据共享机制;二是不同地区配电网拓扑差异大,模型泛化能力需要验证;三是需要与现有SCADA系统和阳光电源自主研发的iSolarCloud平台实现深度集成。建议公司可考虑在示范项目中试点应用,积累实际运行数据,逐步完善算法模型,形成差异化的智能配电解决方案竞争优势。