一种电力系统特定运行方式样本生成方法和装置

技术领域

本发明涉及一种电力系统特定运行方式样本生成方法和装置，属于电力系统安全分析技术领域。

背景技术

电力系统运行方式分析作为保证电网安全经济运行的重要手段，需考虑的运行工况数量及分析难度随着电网规模的不断增加而与日俱增，如何得到满足电网分析需求的运行方式样本集成为了编制电网运行方式报告和稳定运行规定的基础性问题。新能源高比例接入电力系统后，常规发电机组在跟随负荷需求进行出力调整的同时，还需要平衡新能源出力的波动，传统基于人工经验的运行方式分析方法难以有效解决含高比例不确定性资源的电力系统运行难题。因此，以样本驱动的随机分析方法成为目前研究的重要方向之一，此类方法通过生成大量电力系统运行场景样本，以此为基础展开不确定性和可靠性分析，最终得到满足电网所有运行场景的运行方式安排。现有的样本生成方法可以分为随机模拟法和优化模型法两大类：以蒙特卡洛模拟法为代表的随机模拟法主要通过在确定的基态潮流基础上，对电力系统中不确定性因素随机抽样进而得到大量运行方式样本；以计划潮流法为代表的优化模型法主要通过根据电网实际运行状态建立含多个约束的优化模型，通过求解优化问题进而得到符合调度人员预期的运行方式样本。然而，随着电力系统规模的不断增大，随机模拟法往往面临组合爆炸问题、通过海量电力系统仿真后往往只能得到少量所需的特定运行方式样本，优化模型法由于求解难度大、样本生成耗时长、生成样本效率低而难以适用于需要生成大量样本用于分析的场景。因此，亟需一种高效、准确、满足调度人员需求的电力系统特定类型运行方式样本生成方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种电力系统特定运行方式样本生成方法，通过对已有的海量电力系统运行方式样本，利用基础生成对抗网络模型学习海量样本中运行方式的特征，针对其中所需的特定类型样本结合迁移学习方法进一步调整模型，以实现对特定运行方式样本的快速生成，使之满足调度运行人员对特定运行方式分析时的样本需求。

本发明的另一个目的在于提出一种电力系统特定运行方式样本生成装置。

本发明提出的电力系统特定运行方式样本生成方法，包括以下步骤：

S1，采集电力系统在不同运行方式下的运行数据或结合电力系统模型对电力系统运行状态进行蒙特卡洛仿真，得到反映电网状态及所关注特定对象的运行方式数据；

S2，根据运行方式样本划分规则将运行方式分为全运行方式样本集和特定运行方式样本集；

S3，对所述运行方式数据进行分析得到所述特定类型运行方式样本集中的关键特征和其他特征；以及利用生成对抗网络算法在所述全运行方式样本集上训练，得到生成各种类型运行方式的基础生成模型；

S4，通过模型迁移法并进行模型预训练，得到迁移后的基础生成模型与判别模型；

S5，基于所述迁移后的基础生成模型，根据所述特定类型运行方式样本集训练得到目标生成模型；

S6，通过所述目标生成模型生成所述关键特征，并与所述其他特征相结合得到所需的特定类型运行方式样本。

本发明提出的电力系统特定运行方式样本生成方法，通过利用已有的运行方式样本训练基础生成模型，实现对已有数据集的利用效率最大化；随后，利用模型迁移方法及对抗训练方法基于特定类型运行方式样本训练迁移后的生成模型，得到适用于特定运行方式的生成模型，实现高效生成调度人员所需的特定类型样本数据。本发明方法可以快速、准确、高效地生成调度人员所需的特定运行方式样本，节约计算资源、提高运行方式计算效率，为后续样本分析提供数据基础，具有良好的实用价值。

另外，根据本发明上述实施例的电力系统特定运行方式样本生成方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述S1包括：

对预设具有G台发电机和L个负荷的N节点电力系统，基于其历史运行样本或通过蒙特卡洛仿真得到的d个样本，构造初始得到全运行方式样本集D

上标k表示样本集中的第k个潮流样本，k＝1,2,…,d；

X

其中，下标i表示电力系统中的第i台发电机，i＝1,2,…,G，下标j表示电力系统中的第j个负荷，j＝1,2,…,L，

c

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据得到的全运行方式样本集D

S2.1，根据电力系统历史运行情况和运行人员经验，结合特征提取方式确定运行方式分析所需的特征集得到全运行方式样本重点特征集D

S2.2，基于D

进一步地，在本发明的一个实施例中，基于所述全运行方式样本重点特征集D

所述生成对抗网络模型包括：生成模型M

其中，M

进一步地，在本发明的一个实施例中，基于已完成训练的基础生成模型M

S4.1，构造与基础生成模型M

S4.1，构造与基础判别模型M

进一步地，在本发明的一个实施例中，将参数迁移后的生成模型M

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述S6包括：

S6.1，预设调度人员需要特定运行方式样本数量为Ng，已生成样本数量r的初值为0；

S6.2，构造与S3中相同的先验分布p

S6.3，计算重点特征向量x

S6.4，根据特征向量编号k

S6.5，将生成的运行方式样本X

S6.6，当r

为达到上述目的，本发明另一方面提出了一种电力系统特定运行方式样本生成装置，包括：

数据采集模块，用于采集电力系统在不同运行方式下的运行数据或结合电力系统模型对电力系统运行状态进行蒙特卡洛仿真，得到反映电网状态及所关注特定对象的运行方式数据；

样本集划分模块，用于根据运行方式样本划分规则将运行方式分为全运行方式样本集和特定运行方式样本集；

模型训练模块，用于对所述运行方式数据进行分析得到所述特定类型运行方式样本集中的关键特征和其他特征；以及利用生成对抗网络算法在所述全运行方式样本集上训练，得到生成各种类型运行方式的基础生成模型；

模型迁移模块，用于通过模型迁移法并进行模型预训练，得到迁移后的基础生成模型与判别模型；

目标生成模块，用于基于所述迁移后的基础生成模型，根据所述特定类型运行方式样本集训练得到目标生成模型；

样本生成模块，用于通过所述目标生成模型生成所述关键特征，并与所述其他特征相结合得到所需的特定类型运行方式样本。

本发明实施例的电力系统特定运行方式样本生成装置，通过利用已有的运行方式样本训练基础生成模型，实现对已有数据集的利用效率最大化；随后，利用模型迁移方法及对抗训练方法基于特定类型运行方式样本训练迁移后的生成模型，得到适用于特定运行方式的生成模型，实现高效生成调度人员所需的特定类型样本数据。本发明方法可以快速、准确、高效地生成调度人员所需的特定运行方式样本，节约计算资源、提高运行方式计算效率，为后续样本分析提供数据基础，具有良好的实用价值。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的电力系统特定运行方式样本生成方法流程图。

图2为根据本发明一个实施例的电力系统特定运行方式样本生成装置的结构示意图图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的电力系统特定运行方式样本生成方法。

图1是本发明一个实施例的电力系统特定运行方式样本生成方法的流程图。

如图1所示，该方法包括但不限于以下步骤：

S1，采集电力系统在不同运行方式下的运行数据或结合电力系统模型对电力系统运行状态进行蒙特卡洛仿真，得到反映电网状态及所关注特定对象的运行方式数据。

具体的，对一个给定具有G台发电机和L个负荷的N节点电力系统，基于其历史运行样本或通过蒙特卡洛仿真得到的d个样本，构造初始得到全运行方式样本集D

上标k表示样本集中的第k个潮流样本，k＝1,2,…,d；

X

X

c

在本发明的一个实施例中，采用蒙特卡洛仿真得到10000个样本，蒙特卡洛仿真范围设置为所有发电机电压幅值标幺值的0.95～1.05、非参考节点发电机有功出力的80％～120％、所有负荷的有功及无功需求的80％～120％，设定运行方式的评价指标为所选电网输电断面的安全裕度，则有c

步骤S2，根据运行方式样本划分规则将运行方式分为全运行方式样本集和特定运行方式样本集。

具体的，针对得到的全运行方式样本集D

(2-1)根据电力系统历史运行情况和运行人员经验，结合特征提取方法确定运行方式分析所需的特征集得到全运行方式样本重点特征集D

(2-2)在D

在本发明的一个实施例中，选定所有非平衡发电机的有功出力、机端电压幅值以及所有负荷的有功需求和无功需求作为重点特征集D

步骤S3，对运行方式数据进行分析得到特定类型运行方式样本集中的关键特征和其他特征；以及利用生成对抗网络算法在全运行方式样本集上训练，得到生成各种类型运行方式的基础生成模型。

具体的，基于全运行方式样本重点特征集D

生成对抗网络模型是一种成熟的生成模型训练算法，由生成模型M

式中，M

在本发明的一个实施例中，选取50维标准高斯分布作为先验分布p

步骤S4，通过模型迁移法并进行模型预训练，得到迁移后的基础生成模型与判别模型。

具体的，基于已完成训练的基础生成模型M

(4-1)构造与基础生成模型M

(4-2)构造与基础判别模型M

步骤S5，使基于迁移后的基础生成模型，根据特定类型运行方式样本集训练得到目标生成模型。

具体的，将参数迁移后的生成模型M

步骤S6，使基于迁移后的基础生成模型，根据特定类型运行方式样本集训练得到目标生成模型。

具体的，基于训练完成的生成模型进行样本生成，具体步骤如下：

(6-1)设调度人员需要特定运行方式样本数量为Ng，已生成样本数量r的初值为0；

(6-2)构造与(3)中相同的先验分布p

(6-3)计算重点特征向量x

在本发明的一个实施例中，选取距离DT为欧式距离；

(6-4)根据特征向量编号k

(6-5)将生成的运行方式样本X

(6-6)当r

根据本发明实施例提出的电力系统特定运行方式样本生成方法，通过利用已有的运行方式样本训练基础生成模型，实现对已有数据集的利用效率最大化；随后，利用模型迁移方法及对抗训练方法基于特定类型运行方式样本训练迁移后的生成模型，得到适用于特定运行方式的生成模型，实现高效生成调度人员所需的特定类型样本数据。本发明方法可以快速、准确、高效地生成调度人员所需的特定运行方式样本，节约计算资源、提高运行方式计算效率，为后续样本分析提供数据基础，具有良好的实用价值。

为了实现上述实施例，如图2所示，本实施例中还提供了电力系统特定运行方式样本生成装置10，该装置10包括：数据采集模块100、样本集划分模块200、模型训练模块300、模型迁移模块400、目标生成模块500和样本生成模块600。

数据采集模块100，用于采集电力系统在不同运行方式下的运行数据或结合电力系统模型对电力系统运行状态进行蒙特卡洛仿真，得到反映电网状态及所关注特定对象的运行方式数据；

样本集划分模块200，用于根据运行方式样本划分规则将运行方式分为全运行方式样本集和特定运行方式样本集；

模型训练模块300，用于对运行方式数据进行分析得到特定类型运行方式样本集中的关键特征和其他特征；以及利用生成对抗网络算法在全运行方式样本集上训练，得到生成各种类型运行方式的基础生成模型；

模型迁移模块400，用于通过模型迁移法并进行模型预训练，得到迁移后的基础生成模型与判别模型；

目标生成模块500，用于基于迁移后的基础生成模型，根据特定类型运行方式样本集训练得到目标生成模型；

样本生成模块600，用于通过目标生成模型生成所述关键特征，并与其他特征相结合得到所需的特定类型运行方式样本。

根据本发明实施例的电力系统特定运行方式样本生成装置，通过利用已有的运行方式样本训练基础生成模型，实现对已有数据集的利用效率最大化；随后，利用模型迁移方法及对抗训练方法基于特定类型运行方式样本训练迁移后的生成模型，得到适用于特定运行方式的生成模型，实现高效生成调度人员所需的特定类型样本数据。本发明方法可以快速、准确、高效地生成调度人员所需的特定运行方式样本，节约计算资源、提高运行方式计算效率，为后续样本分析提供数据基础，具有良好的实用价值。

由此，本发明先采集电力系统在不同运行方式下的运行数据或结合电力系统模型对其运行状态进行蒙特卡洛仿真，得到大量反映电网状态及所关注特定对象的运行方式数据，根据所研究的特定运行方式指标将运行方式分为全运行方式样本集和特定运行方式样本集；结合专家经验和特征选择方法，对运行方式数据进行分析得到特定类型运行方式样本中的需要生成的关键特征及不需要生成的其他特征；利用生成对抗网络算法在全运行方式样本集上训练，得到可以生成各种类型运行方式的基础生成模型；结合模型迁移及模型预训练方法，得到迁移后的生成模型与判别模型；在迁移后的模型基础上，基于特定类型运行方式样本训练得到目标生成模型；通过目标生成模型生成所需的特定类型运行方式关键特征，与其他特征样本集中抽样得到的其他特征相结合，最终得到所需的特定类型运行方式样本，实现快速、准确地生成大量满足特定需求的电力系统运行方式样本。

需要说明的是，前述对电力系统特定运行方式样本生成方法实施例的解释说明也适用于该实施例的电力系统特定运行方式样本生成装置，此处不再赘述。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。