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专利号: 202010614331X
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于相关性和冗余性检测的电力系统安全评估方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:基于电力系统历史运行数据和若干预想事故下的动态仿真,构建包含若干电力系统运行变量和动态安全分类标签的原始数据库;

步骤2:对原始数据库进行特征选择,从若干运行变量中选出与类标签相关度高的变量作为关键特征,形成高效数据库;

步骤3:结合遗传算法(GA)和BP神经网络(BPNN),构建电力系统动态安全评估模型,利用高效数据库对评估模型进行离线训练与更新;

步骤4:基于同步相量测量单元(PMU)实时测量数据,利用评估模型,对电力系统进行在线动态安全评估;

在步骤2中,对于原始数据库中的大量电力系统运行变量,利用最大相关最小冗余准则(MRMR)来进行特征选择,选取与分类标签相关度高的变量作为关键特征;首先利用类标签与候选特征的互信息来表述相关,利用候选特征与已选特征间的互信息的平均值来表述冗余,然后利用排序思想对相关部分和冗余部分进行处理,实现基于最大相关和最小冗余准则的特征选择,其具体过程如下所示:(1)互信息是最大相关最小冗余准则(MRMR)算法中相关度与冗余度的计算基础,如公式(4)所示:式中:p(x)、p(y)和p(x,y)分别为变量x和y的概率密度和联合概率密度;

I(fi;c)为候选特征fi与类标签c之间的互信息,表示该特征fi和类标签c之间的相关程度,其值越大,表明特征与类标签越相关;计算候选特征集X中的特征fi与类标签c之间的互信息,选取具有最大互信息的特征fj,放入集合S中;

(2)验证已选特征数是否大于设定阈值N,如果已选特征值小于N,则计算候选特征fi与已选特征fj间互信息的平均值,如公式(5)所示:式中:S和|S|分别为已选特征集合及其包含的特征数目;I(fi;fj)为候选特征fi和已选特征fj之间的互信息;r为fi和fj互信息的平均值,表示该特征与已选特征间的冗余程度,其值越大,表明候选特征与已选特征越冗余;

然后利用最大相关最小冗余准则(MRMR)计算公式(6):

对Φ(fi)进行排序,若Φ(fi)最大值所对应的特征只有一个,则选取对应特征;若Φ(fi)最大值所对应的特征不止一个,则从对应特征中选取与类标签具有最大互信息的特征;

(3)重复上述步骤,直到所选取的特征等于所设定的阈值N;

在步骤3中,利用遗传算法(GA)对BP神经网络(BPNN)的权值进行初始化,获取近似最优权值;基于遗传算法(GA)求得的近似最优权值,利用经过特征选择的高效数据库对BP神经网络(BPNN)进行离线训练,构建电力系统动态安全评估模型;

在步骤3中,利用遗传算法(GA)对BP神经网络(BPNN)的权值初始化的具体步骤如下所示:(1)对BP神经网络(BPNN)所要优化的连接权值以实数的形式进行编码,并且各连接权‑|r|值以概率分布e 随机分布;

(2)采用BP神经网络(BPNN)的期望输出和实际输出的均方根误差,作为遗传算法(GA)的适应度函数;此外,用轮盘赌选择策略,选择适应度良好的个体,并且使用自适应交叉和突然变异算子保持种群个体的多样性,防止发生早熟现象;

(3)当均方根误差值小于所设定的阈值ε或是遗传算法(GA)的迭代达到设置的最大迭代次数M,则终止遗传算法(GA),此时所求的结果为接近最佳结果的连接权值。

2.根据权利要求1所述的一种基于相关性和冗余性检测的电力系统安全评估方法,其特征在于,在步骤1中,利用动态安全分类规则,构建动态安全指标以及分类标签,如公式(1)、(2)所示:式中:TSM为暂态稳定裕度;CCT为电力系统发生故障时临界切除时间;ACT为故障点实际切除时间;α为自定义阈值;标签1表示安全状态;标签0表示不安全状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于相关性和冗余性检测的电力系统安全评估方法,其特征在于,在步骤2中,对原始数据库中的各种运行变量进行z‑score标准化处理,以去除数据的单位限制,z‑score标准化如公式(3)所示:式中:xi为某运行变量的原始值; 为该运行变量经过z‑score标准化后的值;μ为所获取样本中该变量的均值;σ为所获取样本中该变量的标准差。

4.根据权利要求1所述的一种基于相关性和冗余性检测的电力系统安全评估方法,其特征在于,在步骤3中,基于遗传算法(GA)求得的近似最优权值,利用经过特征选择的高效数据库对BP神经网络(BPNN)进行离线训练,将关键特征作为输入,安全分类标签作为输出,构建关键特征和动态安全分类标签之间的映射关系。

5.根据权利要求4所述的一种基于相关性和冗余性检测的电力系统安全评估方法,其特征在于,在步骤3中,利用新工况产生的新数据来对模型进行重新训练,从而获得相应的动态安全评估模型。

6.根据权利要求1所述的一种基于相关性和冗余性检测的电力系统安全评估方法,其特征在于,在步骤4中,基于同步相量测量单元(PMU)实时测量数据,选择对应的特征,利用训练好的动态安全评估模型,对电力系统进行在线动态安全评估。