[發明專利]一種基于圖卷積網絡的微電網拓撲辨識方法

有效

• 申請號: 202110896197.1
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113536509B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 孫偉;朱世睿;朱夢雨;李奇越;李帷韜
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/27;G06N3/0464;G06N3/08;G06F113/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種基于圖卷積網絡的微電網拓撲辨識方法，包括：1、將微電網中的DG單元作為節點，所有可能連接的線路作為邊，獲取微電網的拓撲圖并將其抽象成線圖；2、計算相鄰DG單元的輸出電壓差數據和斷路器狀態數據，分別作為訓練樣本的輸入與輸出；3、構建圖卷積網絡并初始化網絡參數；4、根據微電網線圖的鄰接矩陣和訓練樣本，利用梯度下降算法訓練圖卷積網絡并保存訓練完成的網絡模型；5、以相鄰DG單元的電壓差序列作為輸入，利用訓練完成的網絡模型計算斷路器狀態，實現微電網拓撲辨識。本發明能獲得更加精確的微電網運行拓撲信息；且能讓拓撲辨識的計算效率能夠滿足實時性的要求，從而使微電網運行拓撲的辨識過程更加智能。

技術領域

本發明屬于微電網運行拓撲技術領域，尤其涉及一種基于圖卷積網絡的微電網拓撲辨識方法。

背景技術

微電網(Micro-Grid)是指由分布式發電(Distributed?Generation，DG)單元、儲能裝置、負荷、控制裝置等組成的小型發配電系統。要保證微電網系統穩定安全的運行，需要對微電網采取合適的控制策略，以保證各DG單元的無功功率在運行時保持均衡狀態。當微電網線路出現故障時，繼電保護系統通過控制斷路器開關切除故障線路，導致微電網拓撲發生變化。而微電網需要及時獲取拓撲結構，并根據拓撲結構調整各DG單元的控制策略，抑制因線路阻抗不匹配而導致的微電網無功失衡問題，保證微電網穩定安全運行。因此正確辨識網絡拓撲對微電網控制具有重要意義。

目前電力網絡拓撲辨識方法主要可分為兩大類。一類方法是依靠智能測量設備和歷史拓撲庫，以潮流分析或者傳統的數學運算為基礎。例如，基于DSCADA和μPMU數據融合的配電網拓撲辨識方法，通過歷史數據庫羅列所有可能的拓撲情況，并將含相位的節點電壓實際量測以及各拓撲結構下的潮流計算結果進行對比，從而對當前配電網中的開關狀態變化進行辨識；還有基于鄰接矩陣的網絡拓撲辨識方法，將拓撲網絡用節點-支路關聯矩陣來描述，并利用關聯矩陣的簡化加快網絡拓撲的分析速度。然而此類方法需要安裝相應的硬件測量設備，過于依賴歷史數據庫中拓撲結構的全面性；而且這類拓撲辨識方法效率低且實時性差，難以滿足微電網控制對拓撲辨識的快速性需求。另一類拓撲辨識方法是利用人工智能領域中的深度學習技術，運行數據驅動的思想，而不依賴于網絡拓撲結構的先驗知識。例如，基于深度神經網絡的配電網拓撲辨識方法，利用可用于模式識別的電壓序列數據，并設計了兩層前饋深度神經網絡來識別配電網中開關和保護裝置的狀態；另外，還有采用結合主成分分析和深度置信網絡的電網拓撲識別方法，利用主成分分析法中魯棒特征提取的特點來處理數據和濾除噪聲，并使用深度置信網絡來捕捉電壓幅值和線路開關狀態之間的非線性關系。此類方法雖然能夠利用采集的數據進行在線拓撲辨識，但是僅僅是單獨對電網中節點或者線路數據的挖掘，并沒有考慮電網節點間的結構信息，因此拓撲辨識的準確度并不理想。

發明內容

本發明為解決現有方法中拓撲辨識的準確率不夠高和計算效率低等一系列問題，提供一種基于圖卷積網絡的微電網拓撲辨識方法，以期能獲得更加精確的微電網運行拓撲信息，讓拓撲辨識的計算效率能夠滿足實時性的要求，從而使微電網運行拓撲的辨識過程更加智能。

本發明為達到上述發明目的，采用如下技術方案：

本發明一種基于圖卷積網絡微電網拓撲辨識方法的特點在于，包括如下步驟：

步驟1、獲取微電網在無故障下的拓撲圖并抽象成線圖；

步驟1.1、將微電網中的DG單元作為節點，DG單元間可能連接的線路作為邊，從而得到微電網在無故障下的拓撲圖記為G＝{V,E}，其中，V＝{v₀,v₁,...,v_i,...,v_N-1}為拓撲圖G中的節點集合，E＝{e_i,j|i∈[0,N-1],j∈[0,N-1]}為拓撲圖G中的邊集合，e_i,j表示第i個節點v_i和第j個節點v_j之間存在邊，N為拓撲圖G中節點的總個數，i≠j；