南瑞集团有限公司 庞传军,王珅,余建明:可解释机器学习在电网调控领域中的应用

学术   科技   2024-08-19 17:10   北京  

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引文信息


庞传军,王珅,余建明.可解释机器学习在电网调控领域中的应用[J].电力信息与通信技术,202422(5)1-9

PANG Chuanjun,WANG Shen,YU Jianming.Application of interpretable machine learning in power grid dispatching and control[J].Electric Power Information and Communication Technology,2024,22(5):1-9(in Chinese)


01

研究背景


随着以新能源为主体的新型电力系统建设,电力系统的电源构成、网架结构、负荷特性比以往发生了重大变化,具有更强的不确定性、复杂性和非线性。电力系统中很多问题难以建立精确的数学模型或者难以单纯用数学模型描述。数据驱动的机器学习是新一代人工智能的核心技术,尽管该技术已经在电网调控领域取得了显著成果,但是可解释性差,阻碍了其在对安全可靠性要求极高的电网调控领域的实际工程应用。因此,提升电网调控领域机器学习技术的可解释性对提高其实用性至关重要。


02

主要创新点



1)本文从电网调度运行人员的角度对机器学习的可解释性进行了定义,分析了机器学习模型的不可解释问题及实现可解释对电网调度运行的意义。机器学习算法存在准确性和可解释性之间的矛盾,如图1所示。
图1  机器学习准确性和可解释性之间的关系
2)鉴于可解释性对机器学习在调控领域应用的重要意义,将机器学习技术应用于电网调控领域,不但要遵循模型训练、模型测试、模型部署等常规流程,还需要增加模型解释和结果解释2个重要步骤,完整的应用流程如图2所示。
图2  考虑可解释性的机器学习技术在电网调控领域的应用流程
3)由于负荷和新能源出力受天气、日期类型等多种不确定性因素的复杂非线性影响,利用不可解释复杂的机器学习,特别是集成学习、深度学习方法可以建立准确度较高的预测模型,然后采用可解释技术对预测模型进行解释,可以辨识各类影响因素对负荷和新能源出力的复杂非线性影响。
4)机器学习技术被广泛应用于电力系统稳定评估领域。与传统的时域仿真法相比,该类方法具有评估精度高、预测时间短的优点,但由于存在可解释性不足的缺点,其实际工程应用也面临障碍。利用可解释技术对基于机器学习的稳定评估模型进行解释,有利于提取稳定性判断规则,提升对模型的信任度。


03
解决的问题和意义

本文研究了机器学习可解释技术及其在电网调控领域的应用,通过实际案例,重点介绍了在电力系统预测和稳定评估场景的应用。机器学习的可解释技术是人工智能领域的热门研究方向之一,未来将涌现出更多的机器学习解释方法,为解决机器学习技术在电网调控领域应用的不可解释问题,促进实际工程应用提供解决途径。




作者介绍

庞传军
庞传军(1984),男,高级工程师,通信作者,研究方向为电力系统自动化、人工智能技术在电力系统中的应用,pangchuanjun@sgepri.sgcc.com.cn。
王珅(1987),男,高级工程师,研究方向为电网调度运行与控制。
余建明(1979),男,高级工程师,研究方向为电力系统及自动化、人工智能技术在电力系统中的应用。


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