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电动汽车驱动 SiC器件 深度学习 ★ 5.0

基于物理信息图神经网络的不平衡配电系统协同动态重构与电压调节

Physics-Informed Graph Neural Networks for Collaborative Dynamic Reconfiguration and Voltage Regulation in Unbalanced Distribution Systems

作者 Jingtao Qin · Rui Yang · Nanpeng Yu
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2025年1月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 SiC器件 深度学习
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 网络重构 电压调节 分布式能源 混合整数二次约束规划 时空图卷积网络
语言:

中文摘要

长期以来,网络重构一直被用作一种战略手段,以最小化配电系统损耗并有效调节电压水平。有载调压变压器对于控制母线电压也至关重要,特别是在应对具有间歇性输出的分布式能源资源(DER)日益增加的接入时。本文提出了新的方法,以应对不平衡三相配电系统中的动态重构和最优分接头设置挑战。我们提出了一个近似的混合整数二次约束规划(MIQCP)来对动态重构进行建模,并基于第一类特殊有序集(SOS1)首次提出了电压调节器(VR)分接头设置的公式。为了降低计算复杂度,我们提出了一种结合链路分类器的基于物理信息的时空图卷积网络(STGCN)。所提出的方法通过固定MIQCP实例中的特定变量,并使用混合整数规划(MIP)求解器求解简化后的子MIP,从而能够高效地生成解决方案。数值研究表明,与基准神经网络模型相比,我们的STGCN模型具有更高的预测精度,可减少DER弃电和电压偏差,同时缩短计算时间。

English Abstract

Network reconfiguration has long been employed as a strategic approach to minimize power distribution system losses and effectively regulate voltage levels. Tap-changing voltage regulators are also critical for controlling bus voltages, especially in accommodating the increasing integration of distributed energy resources (DERs) with intermittent outputs. This paper introduces novel methodologies to address the challenges of dynamic reconfiguration and optimal tap setting in unbalanced three-phase distribution systems. We propose an approximated mixed-integer quadratically constrained program (MIQCP) to model dynamic reconfiguration, along with a pioneering formulation for voltage regulator (VR) tap-setting based on Special Ordered Set type 1 (SOS1). To mitigate computational complexity, we propose a physics-informed spatial-temporal graph convolutional network (STGCN) with an integrated link classifier. The proposed approach enables efficient solution generation by fixing specific variables in the MIQCP instance and solving the simplified sub-MIP using an MIP solver. Numerical studies demonstrate the superior prediction accuracy of our STGCN model compared to baseline neural network models, resulting in reduced DER curtailment and voltage deviation with shorter computation time.
S

SunView 深度解读

该物理信息图神经网络技术对阳光电源配电侧产品具有重要应用价值。在ST储能系统中,可实现多台储能变流器协同优化拓扑与电压调控,应对三相不平衡场景下的快速功率响应;在光储充一体化微网方案中,结合SG逆变器与充电桩的分布式接入,通过动态重构算法优化潮流分布,降低网损并改善电压质量。该方法融合物理约束的深度学习架构,可嵌入iSolarCloud平台实现边缘侧实时决策,为阳光电源构网型储能系统提供智能拓扑管理能力,提升含高比例新能源配电网的运行效率与稳定性,契合公司在智能配电与能源管理领域的技术布局。