本發(fā)明屬于能源，涉及一種電力系統(tǒng)機電-電磁暫態(tài)穩(wěn)定評估方法和系統(tǒng)，尤其涉及一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著風(fēng)電、光伏等新能源在電力系統(tǒng)中占比的不斷提高，大量電力電子設(shè)備接入使得新能源電力系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜度大大增加，系統(tǒng)的元件構(gòu)成及動態(tài)過程日趨復(fù)雜，對仿真的元件建模精度以及計算能力提出了更高的要求。

2、對于含高比例新能源電力系統(tǒng)(簡稱新能源系統(tǒng))，傳統(tǒng)的機電暫態(tài)仿真主要反映系統(tǒng)在工頻附近的運行狀況，無法模擬電力電子設(shè)備及其控制環(huán)的高頻特性，難以滿足系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析需求；電磁暫態(tài)仿真雖然能更精確地反映電力電子設(shè)備的動態(tài)特性，但電磁模型的非線性和高階項大大增加了仿真的計算量和計算時間，難以應(yīng)用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的實時仿真。為解決高比例新能源系統(tǒng)機電暫態(tài)建模精度低，無法準確反映真實失穩(wěn)場景，而電磁暫態(tài)仿真速度慢、效率低的雙重難題，本發(fā)明公開了一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法和系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提出一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法和系統(tǒng)，解決高比例新能源系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定評估問題。

2、本發(fā)明的采用的技術(shù)方案如下：

3、一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法，包括以下步驟：

4、分別對含高比例新能源電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)模型及電磁暫態(tài)模型進行時域仿真，設(shè)計典型工況與故障場景，構(gòu)建機電及電磁暫態(tài)時域仿真可信樣本集；

5、構(gòu)建基于長短期記憶網(wǎng)絡(luò)(lstm)的系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型，模型輸入為機電暫態(tài)仿真監(jiān)測曲線，模型輸出為電磁暫態(tài)仿真穩(wěn)定分類概率值；

6、對機電及電磁暫態(tài)時域仿真可信樣本集進行預(yù)處理，利用預(yù)處理后的樣本集基于數(shù)據(jù)驅(qū)動方法訓(xùn)練所述系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型，實現(xiàn)通過機電暫態(tài)仿真監(jiān)測曲線對電磁暫態(tài)穩(wěn)定性的評估。

7、進一步的，所述電磁暫態(tài)模型采用三相模型，其中計算元件模型采用abc三相瞬時值描述，模型包括對鎖相環(huán)控制結(jié)構(gòu)和電力電子變流器的詳細建模；所述機電暫態(tài)模型采用相量模型，其中計算元件模型采用基波相量描述，模型忽略變流器開關(guān)動態(tài)和鎖相環(huán)動態(tài)的快暫態(tài)過程。

8、進一步的，所述設(shè)計典型工況與故障場景，構(gòu)建時域仿真可信樣本集，具體包括：考慮系統(tǒng)負荷率、新能源出力，設(shè)計新能源系統(tǒng)典型工況集；考慮故障類型、故障位置，設(shè)計新能源系統(tǒng)典型故障集；分別對新能源系統(tǒng)進行機電暫態(tài)與電磁暫態(tài)仿真，遍歷典型工況集和典型故障集的所有可行組合，獲得機電暫態(tài)仿真監(jiān)測曲線樣本集和電磁暫態(tài)仿真穩(wěn)定結(jié)果樣本集。

9、進一步的，所述系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型包括由多個lstm單元通過鏈式結(jié)構(gòu)連接而成的lstm網(wǎng)絡(luò)。

10、進一步的，所述對機電及電磁暫態(tài)時域仿真可信樣本集進行預(yù)處理，具體為：

11、對所述機電暫態(tài)仿真曲線樣本進行切割，保留故障前后一段時間的數(shù)據(jù)，并進行歸一化處理；將所述電磁暫態(tài)仿真穩(wěn)定結(jié)果樣本轉(zhuǎn)換為布爾型，所述電磁電磁暫態(tài)仿真穩(wěn)定結(jié)果樣本中系統(tǒng)穩(wěn)定結(jié)果對應(yīng)0，系統(tǒng)失穩(wěn)結(jié)果對應(yīng)1。

12、進一步的，所述利用預(yù)處理后的樣本集基于數(shù)據(jù)驅(qū)動方法訓(xùn)練所述系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型，具體為：

13、前向傳播過程中，通過lstm網(wǎng)絡(luò)提取輸入的機電暫態(tài)仿真監(jiān)測曲線中的系統(tǒng)穩(wěn)定性特征，并通過全連接層的線性變換將穩(wěn)定性特征映射為一維的分類概率值，所述全連接層采用sigmoid激活函數(shù)，使所述分類概率值在0到1之間；

14、反向傳播過程中，采用引入權(quán)重衰減的adam優(yōu)化器，根據(jù)二分類交叉熵(bceloss)損失函數(shù)計算分類誤差，基于梯度下降的反向傳播算法，將分類誤差回傳以計算參數(shù)梯度并更新模型參數(shù)。

15、進一步的，所述引入權(quán)重衰減的adam優(yōu)化器，具體包括：采用自適應(yīng)的adam優(yōu)化器更新模型參數(shù)，在計算梯度時加入權(quán)重衰減項，通過計算梯度的一階矩估計和二階矩估計調(diào)整每個參數(shù)的學(xué)習(xí)率，根據(jù)學(xué)習(xí)率計算每個參數(shù)的更新量，應(yīng)用更新量更新參數(shù)。

16、進一步的，所述二分類交叉熵損失函數(shù)為：

17、l＝-ylog(yp)-(1-y)log(1-yp)

18、其中，l為模型的分類誤差，y為實際電磁暫態(tài)仿真穩(wěn)定結(jié)果，yp為模型輸出的電磁暫態(tài)仿真穩(wěn)定分類概率值。

19、進一步的，所述系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型的輸出為0到1之間的分類概率值，將所述分類概率值與預(yù)設(shè)閾值進行比較，所述分類概率值低于所述閾值時評估結(jié)果為系統(tǒng)穩(wěn)定，高于所述閾值時評估結(jié)果為系統(tǒng)失穩(wěn)。

20、一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估系統(tǒng)，包括：

21、數(shù)據(jù)獲取模塊：用于分別對含高比例新能源電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)模型及電磁暫態(tài)模型進行時域仿真，設(shè)計典型工況與故障場景，構(gòu)建機電及電磁暫態(tài)時域仿真可信樣本集；

22、模型構(gòu)建模塊：用于構(gòu)建基于長短期記憶網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型，模型輸入為機電暫態(tài)仿真監(jiān)測曲線，模型輸出為電磁暫態(tài)仿真穩(wěn)定分類概率值；

23、模型訓(xùn)練模塊：用于對機電及電磁暫態(tài)時域仿真可信樣本集進行預(yù)處理，利用預(yù)處理后的樣本集基于數(shù)據(jù)驅(qū)動方法訓(xùn)練所述系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型，實現(xiàn)通過機電暫態(tài)仿真監(jiān)測曲線對電磁暫態(tài)穩(wěn)定性的評估。

24、本發(fā)明的有益效果是：

25、本發(fā)明基于機器學(xué)習(xí)構(gòu)建了系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動建立機電和電磁時間尺度的映射關(guān)系，實現(xiàn)了僅基于機電暫態(tài)尺度下的系統(tǒng)運行情況，預(yù)測電磁暫態(tài)尺度下的系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而一定程度上解決了高比例新能源系統(tǒng)機電暫態(tài)建模精度低，無法準確反映真實失穩(wěn)場景，而電磁暫態(tài)仿真速度慢、效率低的雙重難題，實現(xiàn)新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估。本發(fā)明可以為高比例新能源系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定物理機理及主導(dǎo)失穩(wěn)特征分析提供基礎(chǔ)。

技術(shù)特征：

1.一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法，其特征在于，所述電磁暫態(tài)模型采用三相模型，其中計算元件模型采用abc三相瞬時值描述，模型包括對鎖相環(huán)控制結(jié)構(gòu)和電力電子變流器的詳細建模；所述機電暫態(tài)模型采用相量模型，其中計算元件模型采用基波相量描述，模型忽略變流器開關(guān)動態(tài)和鎖相環(huán)動態(tài)的快暫態(tài)過程。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法，其特征在于，所述設(shè)計典型工況與故障場景，構(gòu)建時域仿真可信樣本集，具體包括：考慮系統(tǒng)負荷率、新能源出力，設(shè)計新能源系統(tǒng)典型工況集；考慮故障類型、故障位置，設(shè)計新能源系統(tǒng)典型故障集；分別對新能源系統(tǒng)進行機電暫態(tài)與電磁暫態(tài)仿真，遍歷典型工況集和典型故障集的所有可行組合，獲得機電暫態(tài)仿真監(jiān)測曲線樣本集和電磁暫態(tài)仿真穩(wěn)定結(jié)果樣本集。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法，其特征在于，所述系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型包括由多個lstm單元通過鏈式結(jié)構(gòu)連接而成的lstm網(wǎng)絡(luò)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法，其特征在于，所述對機電及電磁暫態(tài)時域仿真可信樣本集進行預(yù)處理，具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法，其特征在于，所述利用預(yù)處理后的樣本集基于數(shù)據(jù)驅(qū)動方法訓(xùn)練所述系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型，具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法，其特征在于，所述引入權(quán)重衰減的adam優(yōu)化器，具體包括：采用自適應(yīng)的adam優(yōu)化器更新模型參數(shù)，在計算梯度時加入權(quán)重衰減項，通過計算梯度的一階矩估計和二階矩估計調(diào)整每個參數(shù)的學(xué)習(xí)率，根據(jù)學(xué)習(xí)率計算每個參數(shù)的更新量，應(yīng)用更新量更新模型參數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法，其特征在于，所述二分類交叉熵損失函數(shù)為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法，其特征在于，所述系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型的輸出為0到1之間的分類概率值，將所述分類概率值與預(yù)設(shè)閾值進行比較，所述分類概率值低于所述閾值時評估結(jié)果為系統(tǒng)穩(wěn)定，高于所述閾值時評估結(jié)果為系統(tǒng)失穩(wěn)。

10.一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于機器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)驅(qū)動的新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估方法和系統(tǒng)。包括：對含新能源系統(tǒng)的機電暫態(tài)模型及電磁暫態(tài)模型進行時域仿真，獲取樣本集；構(gòu)建基于長短期記憶網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動方法訓(xùn)練系統(tǒng)穩(wěn)定性分類模型，實現(xiàn)通過機電暫態(tài)仿真監(jiān)測曲線對電磁暫態(tài)穩(wěn)定性的評估。本發(fā)明通過數(shù)據(jù)驅(qū)動建立機電和電磁時間尺度的映射關(guān)系，實現(xiàn)了僅基于機電暫態(tài)尺度下的系統(tǒng)運行情況，預(yù)測電磁暫態(tài)尺度下的系統(tǒng)穩(wěn)定性，解決了高比例新能源系統(tǒng)機電暫態(tài)建模精度低，無法準確反映真實失穩(wěn)場景，而電磁暫態(tài)仿真速度慢、效率低的雙重難題，實現(xiàn)新能源系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估。

技術(shù)研發(fā)人員：汪震,張雪純,楊益堅,甘德強
受保護的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15