[发明专利]一种基于图注意力网络的电力系统暂态稳定评估方法

权利要求书

1.一种基于图注意力网络的电力系统暂态稳定评估方法，其特征在于，包括：

获取运行数据，所述运行数据包括PMU测量的电网实时运行数据构造的运行数据矩阵X以及根据电网运行拓扑构造的邻接矩阵A；

将所述运行数据输入至电力系统暂态稳定评估模型中进行评估，得到稳定性结果；

所述电力系统暂态稳定评估模型通过如下步骤获得：

步骤1：通过电力系统仿真软件生成不同运行拓扑下的电力系统暂态过程样本，将其作为原始样本集；将样本对应电网拓扑的邻接矩阵A和电网运行状态数据X组成图状结构数据G(A,X)，并根据稳定与否对样本数据进行标注；

步骤2：构建图注意力网络用于图状结构数据G(A,X)的特征提取，所述图注意力网络由多层构成；

步骤3：对最后一层图注意力网络的输出数据进行池化操作，再输入到全连接分类器层当中，以实现稳定分类；

步骤4：将步骤1中标注好的原始样本集按照设定的比例划分为训练集、验证集和测试集，以获得最佳准确率的电力系统暂态稳定评估模型；

在所述步骤1中，X以节点为单位组织，包含从故障发生前一时刻到故障切除后一时刻期间各采样点的节点电压幅值、相角、注入有功功率和无功功率；

所得出的样本特征G(A,X)中的A和X分别表示为：

式中，a_i,j取值为0或1，a_i,j＝1代表母线i与母线j相连，a_i,j＝0代表母线i与母线j不相连，且设置diag(A)＝1；U_k,y表示系统第y时刻第k个母线电压幅值；θ_k,y表示系统第y时刻第k个母线电压相角；P_k,y表示系统第y时刻第k个母线节点注入的有功功率；Q_k,y表示系统第y时刻第k个母线节点注入的无功功率；若母线节点既不是发电机节点也不是负荷节点，则P_k,y＝Q_k,y＝0；i,j,k＝1,2,…,n；_y＝1,2,…,t；n为系统母线总数目，t为采样时刻；

对样本集中表征电网运行状态的矩阵X按列进行如下数据标准化处理，标准化公式为：

式中，X^y为第y个采样时刻采集的特征样本数据，为第y个采样时刻采集的特征样本数据标准化后的值，为第y个采样时刻采集的特征样本数据的均值，为第y个采样时刻采集的特征样本数据的标准差，y＝1,2,…,t，将t个时刻的特征标准化后获得样本特征数据集X^std；

根据暂态稳定仿真结果对样本进行稳定性标注，任意两台发电机相对功角差大于180°，则系统暂态失稳，样本稳定标签为[0,1]；否则系统暂态稳定，样本稳定标签为[1,0]；

在所述步骤2中，所述图注意力网络由三个多头图注意力网络层GAT1、GAT2、GAT3构成，采用Elu作为激活函数，Elu函数表达式为：

GAT1和GAT2的多头输出直接拼接为相邻输出；GAT1层的多头个数记为P₁，单个注意力头中各节点输出特征维数是64，GAT2层的多头个数记为P₂，单个注意力头中各节点输出特征维数是32；GAT1层各节点最终输出特征维数为64×P₁，GAT2层各节点最终输出特征维数为32×P₂，表示为：

GAT3层的多头个数为P₃，单个注意力头中各节点输出特征维数是16；GAT3的多头输出采用取平均值的方式聚合后输出，如公式(6)所示，GAT3层各节点最终输出特征维数为16；

式(5)(6)中，x_i为母线i原始特征，x′_i为母线i新特征，σ为激活函数；P为多头个数；W_p为特征变化矩阵；α_ij,p为在注意力头p中，母线节点j对母线节点i产生的注意力系数；j∈N(i)代表节点j是节点i的相邻节点，通过邻接矩阵A可以获得。