基于仿真与实测数据融合的电压暂降风险评估

张逸; 吴逸帆; 李传栋; 陈晶腾

doi:10.7500/AEPS20220928008

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基于仿真与实测数据融合的电压暂降风险评估

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于仿真与实测数据融合的电压暂降风险评估
- Voltage Sag Risk Assessment Based on Fusion of Simulated and Measured Data
- 电力系统自动化 2023年47卷第10期页码：174-185
- 作者机构：
  
  1.福州大学电气工程与自动化学院，福建省福州市 350108
  2.国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建省福州市 350007
  3.国网莆田供电公司，福建省莆田市 351100
- 作者简介：
  
  张逸(1984—)，男，通信作者，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向：电能质量、电力数据分析。E-mail：zhangyi@fzu.edu.cn
  吴逸帆(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电能质量分析与控制。E-mail：wuyifan0513@163.com
  李传栋(1979—)，男，博士，高级工程师，主要研究方向：电能质量分析。E-mail：lichuandong@126.com
- 基金信息：
  
  福建省科技计划引导性项目(2020H0009);福建省自然科学基金资助项目(2020J01123)
- DOI：10.7500/AEPS20220928008
  中图分类号：
- 收稿：2022-09-28，
  
  修回：2023-02-05，
  
  网络出版：2023-04-10，
  
  纸质出版：2023-05-25
- 稿件说明：
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张逸,吴逸帆,李传栋等.基于仿真与实测数据融合的电压暂降风险评估[J].电力系统自动化,2023,47(10):174-185.

ZHANG Yi,WU Yifan,LI Chuandong,et al.Voltage Sag Risk Assessment Based on Fusion of Simulated and Measured Data[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(10):174-185.
张逸,吴逸帆,李传栋等.基于仿真与实测数据融合的电压暂降风险评估[J].电力系统自动化,2023,47(10):174-185. DOI： 10.7500/AEPS20220928008.

ZHANG Yi,WU Yifan,LI Chuandong,et al.Voltage Sag Risk Assessment Based on Fusion of Simulated and Measured Data[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(10):174-185. DOI： 10.7500/AEPS20220928008.

摘要

电压暂降风险评估有助于电压暂降防治与敏感用户选址。仿真模拟方法数据多但难以反映实际环境影响，数据驱动方法样本少且分布不均，导致全网各节点电压暂降风险难以得知。因此，文中提出一种基于仿真与实测数据融合的电压暂降风险评估方法。首先，从仿真与实测数据中筛选电压暂降风险影响因素，并构建表征暂降传播特性的影响域综合量化指标；其次，采用尾部类过采样与头部类欠采样构建仿真源域数据集，基于知识迁移与Armijo-Goldstein准则改进梯度下降法，构建无监测数据节点的残余电压多元回归预测模型；最后，结合预测结果与暂降耐受特性划分电压暂降风险级别。通过实际电网算例分析表明，所提方法的准确率与收敛性能相较于现有常用方法有所提高，能快速准确地评估全网电压暂降风险。

Abstract

Voltage sag risk assessment is helpful for voltage sag prevention and sensitive user siting. The simulation-based methods have a large amount of data which cannot reflect the influence of actual environment

and the data-driven methods have few samples with uneven distribution. So it is difficult to know the voltage sag risk of each bus in the whole network. Therefore

a voltage sag risk assessment method based on the fusion of simulated and measured data is proposed. First

the influencing factors of voltage sag risk are selected from simulated and measured data

and then the comprehensive quantitative index of the influence domain characterizing the voltage sag propagation characteristics is constructed. Second

the tail class oversampling and the head class undersampling are used to construct the simulation source domain dataset

and the gradient descent method is improved by knowledge transfer and Armijo-Goldstein criterion to construct the residual voltage multiple regression prediction model for the buses without measured data. Finally

the voltage sag risk level is classified by combining the predicted results with the voltage sag tolerance characteristics. The analysis of an actual power grid case shows that the accuracy and convergence performance of the proposed method are improved compared with the existing commonly used methods

and the voltage sag risk in the whole network can be evaluated quickly and accurately.

关键词

Keywords

references

王建勋，张逸，张嫣，等 . 面向现代工业园区的电压暂降综合防治方案［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 14 ）： 156 - 163 .

WANG Jianxun ， ZHANG Yi ， ZHANG Yan ， et al . Comprehensive prevention and control scheme for voltage sag in modern industrial park ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 14 ）： 156 - 163 .

沙浩源，郑建勇，梅飞，等 . 基于轨迹特征关键点匹配的电压暂降同源数据精确检测算法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 6 ）： 109 - 116 .

SHA Haoyuan ， ZHENG Jianyong ， MEI Fei ， et al . Accurate detection algorithm for homologous voltage sag data based on matching of feature key points for trajectories ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 6 ）： 109 - 116 .

GOSWAMI A K ， GUPTA C P ， SINGH G K . Voltage sag assessment in a large chemical industry ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2012 ， 48 （ 5 ）： 1739 - 1746 .

吴奇珂，陈昕儒，吴少臣，等 . 基于蒙特卡洛的电网节点电压暂降风险分析［J］. 电气应用， 2017 ， 36 （ 3 ）： 51 - 59 .

WU Qike ， CHEN Xinru ， WU Shaochen ， et al . Risk analysis of grid node voltage sag based on Monte Carlo method ［J］. Electrotechnical Application ， 2017 ， 36 （ 3 ）： 51 - 59 .

韦鹏飞，徐永海，王金浩，等 . 基于拉丁超立方采样的节点敏感设备暂降免疫水平评估［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 15 ）： 3415 - 3425 .

WEI Pengfei ， XU Yonghai ， WANG Jinhao ， et al . Sag immunity level evaluation of sensitive equipment at node based on Latin hypercube sampling ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 15 ）： 3415 - 3425 .

邱知，刘晓波，韩祥民，等 . 基于随机预估和模糊评判的电压暂降风险评估［J］. 电力科学与工程， 2021 ， 37 （ 10 ）： 36 - 44 .

QIU Zhi ， LIU Xiaobo ， HAN Xiangmin ， et al . Risk assessment of voltage sag based on random prediction and fuzzy evaluation ［J］. Electric Power Science and Engineering ， 2021 ， 37 （ 10 ）： 36 - 44 .

卓毅鑫，林湘宁，李正天，等 . 基于概率分析的风电场电压跌落评估方法研究［J］. 太阳能学报， 2017 ， 38 （ 3 ）： 676 - 683 .

ZHUO Yixin ， LIN Xiangning ， LI Zhengtian ， et al . Wind farm voltage dips risk assessment based on probabilistic methodology ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2017 ， 38 （ 3 ）： 676 - 683 .

田世明，卜凡鹏，齐林海，等 . 电压暂降事件的频繁模式挖掘与知识推理分析［J］. 电力建设， 2018 ， 39 （ 5 ）： 21 - 27 .

TIAN Shiming ， BU Fanpeng ， QI Linhai ， et al . Frequent pattern mining and knowledge reasoning of voltage sag events ［J］. Electric Power Construction ， 2018 ， 39 （ 5 ）： 21 - 27 .

DE SANTIS M ， STASIO L D ， NOCE C ， et al . Indices of intermittence to improve the forecasting of the voltage sags measured in real systems ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 2 ）： 1252 - 1263 .

刘旭娜，肖先勇，刘阳，等 . 工业过程电压暂降风险等级层次化多级模糊综合评估［J］. 电网技术， 2014 ， 38 （ 7 ）： 1984 - 1988 .

LIU Xuna ， XIAO Xianyong ， LIU Yang ， et al . Hierarchical multi-level fuzzy comprehensive evaluation on risk level of voltage sag during industrial process ［J］. Power System Technology ， 2014 ， 38 （ 7 ）： 1984 - 1988 .

何函洋，肖先勇，李成鑫，等 . 敏感用户电压暂降损失风险评估的模糊推理模型［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 20 ）： 6527 - 6536 .

HE Hanyang ， XIAO Xianyong ， LI Chengxin ， et al . Fuzzy reasoning model for risk assessment of voltage sag loss for sensitive users ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 20 ）： 6527 - 6536 .

LUCIO J ， ESPINOSA-JUÁREZ E ， HERNÁNDEZ A . Voltage sag state estimation in power systems by applying genetic algorithms ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2011 ， 5 （ 2 ）： 223 .

ZAMBRANO X ， HERNANDEZ A ， IZZEDDINE M ， et al . Estimation of voltage sags from a limited set of monitors in power systems ［C］// 2017 IEEE Manchester PowerTech ， June 18-22 ， 2017 ， Manchester， UK .

付锦，丁蓝，苟长松 . 基于仿电磁学算法的电压暂降状态估计［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 10 ）： 98 - 103 .

FU Jin ， DING Lan ， GOU Changsong . Voltage sag state estimation based on electromagnetism-like mechanism ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 10 ）： 98 - 103 .

XIAO F ， AI Q . Data-driven multi-hidden Markov model-based power quality disturbance prediction that incorporates weather conditions ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 402 - 412 .

WANG Y ， YANG M H ， ZHANG H Y ， et al . Data-driven prediction method for characteristics of voltage sag based on fuzzy time series ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 134 （ 3 ）： 107394 .

苏卫卫 . 基于数据挖掘技术的稳态电能质量数据预测预警研究［D］. 北京：华北电力大学， 2014 .

SU Weiwei . Research of steady-state power quality forecasting and early warning based on data mining technology ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2014 .

刘勃江，李华强，肖先勇，等 . 敏感设备电压暂降故障水平的风险评估［J］. 电力系统及其自动化学报， 2016 ， 28 （ 3 ）： 87 - 92 .

LIU Bojiang ， LI Huaqiang ， XIAO Xianyong ， et al . Risk assessment for failure level of sensitive equipment caused by voltage sag ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2016 ， 28 （ 3 ）： 87 - 92 .

孟庆伟，高涵，贾志恒，等 . 基于上游正序参数比较的电压暂降源定位方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 13 ）： 177 - 186 .

MENG Qingwei ， GAO Han ， JIA Zhiheng ， et al . Voltage sag source location method based on comparison of upstream positive sequence parameters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 13 ）： 177 - 186 .

程浩忠，艾芊，张志刚 . 电能质量［M］. 北京：清华大学出版社， 2006 .

CHENG Haozhong ， AI Qian ， ZHANG Zhigang . Power quality ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2006 .

王建勋，张逸，陈晶腾，等 . 省级电网电压暂降评估与工业用户潜在供电点优选［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 8 ）： 201 - 207 .

WANG Jianxun ， ZHANG Yi ， CHEN Jingteng ， et al . Evaluation of provincial power grid voltage sag and optimal selection of potential power supply points for industrial users ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 8 ）： 201 - 207 .

胡文曦，肖先勇 . 电网结构对电压暂降传播的影响及其量化分析方法［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 7 ）： 181 - 189 .

HU Wenxi ， XIAO Xianyong . Influence of grid structure on voltage sag propagation and its quantitative analysis method ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 181 - 189 .

罗魁，石文辉 . 面向风电接入暂态功角稳定分析的电网极端运行场景提取［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 20 ）： 113 - 120 .

LUO Kui ， SHI Wenhui . Extraction of extreme operation scenarios in power grid for transient angle stability analysis under wind power integration ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 20 ）： 113 - 120 .

The System Operations Subcommittee of the Power System Engineering Committee of the IEEE Power Engineering Society . IEEE standard definitions in power operations terminology including terms for reporting and analyzing outages of electrical transmission and distribution facilities and interruptions to customer service： IEEE Std 346—1973 ［S］. New York ： The Institute of Electrical and Electronics Engineers ， 1973 .

浦雨婷，杨洪耕，马晓阳 . 基于数据挖掘与改进灰靶的电压暂降严重度分析与评估［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 2 ）： 198 - 206 .

PU Yuting ， YANG Honggeng ， MA Xiaoyang . Analysis and evaluation of voltage sag severity based on data mining and improved grey target theory ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 2 ）： 198 - 206 .

国家能源局 . 优质电力园区供电技术规范： DL/T 1412—2015 ［S］. 北京：中国电力出版社， 2015 .

National Energy Bureau of the People’s Republic of China . Technical specification for premium power park power supply ： DL/T 1412—2015 ［S］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2015 .

孙娅楠 . 梯度下降法在机器学习中的应用［D］. 成都：西南交通大学， 2018 .

SUN Yanan . Application of gradient descent method in machine learning ［D］. Chengdu ： Southwest Jiaotong University ， 2018 .

张倩 . 基于知识表达的迁移学习研究［D］. 徐州：中国矿业大学， 2013 .

ZHANG Qian . Transfer learning research based on knowledge representation ［D］. Xuzhou ： China University of Mining and Technology ， 2013 .

王祝君 . 非线性优化问题的过滤线搜索方法［D］. 上海：上海师范大学， 2010 .

WANG Zhujun . Filter line search methods for nonlinear optimization ［D］. Shanghai ： Shanghai Normal University ， 2010 .

LIAO H L ， ABDELRAHMAN S ， GUO Y ， et al . Identification of weak areas of power network based on exposure to voltage sags—part I： development of sag severity index for single-event characterization ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 6 ）： 2392 - 2400 .

国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会 . 电压暂降指标与严重程度评估方法： GB/T 39270—2020 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2020 .

State Administration for Market Regulation ， Standardization Administration of the People’s Republic of China . Voltage dip indices and severity assessment method ： GB/T 39270—2020 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2020 .

林顺富，汤继开，汤波，等 . 典型电能质量稳态指标预测模型研究［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 2 ）： 614 - 620 .

LIN Shunfu ， TANG Jikai ， TANG Bo ， et al . Study on forecasting model of typical power quality steady state indices ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 2 ）： 614 - 620 .

王璐，肖先勇，汪颖，等 . 基于深度神经网络的电压暂降经济损失评估模型［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 6 ）： 156 - 165 .

WANG Lu ， XIAO Xianyong ， WANG Ying ， et al . DNN-based estimation model of economic loss caused by voltage sag ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 6 ）： 156 - 165 .

沙浩源，梅飞，李丹奇，等 . 基于改进生成对抗网络的电压暂降事件类型辨识研究［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 22 ）： 7648 - 7660 .

SHA Haoyuan ， MEI Fei ， LI Danqi ， et al . Research on voltage sag event type identification based on improved generative adversarial networks ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 22 ）： 7648 - 7660 .

解洋，梅飞，郑建勇，等 . 基于 V-I 轨迹颜色编码的非侵入式负荷识别方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 4 ）： 93 - 102 .

XIE Yang ， MEI Fei ， ZHENG Jianyong ， et al . Non-intrusive load monitoring method based on V-I trajectory color coding ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 4 ）： 93 - 102 .

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