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面向电网应急保供的氢能知识图谱构建与优化方法
电子技术应用
郭子轩1,姚杰2,刘畅1,李永军1,夏志军2,章立2,漆夏彬1
1.中国电力科学研究院有限公司;2.国网江苏省电力有限公司常州供电分公司
摘要: 针对电网应急保供过程中信息分散、状态异构、知识缺失与决策耦合等问题,提出一种面向电网应急保供的氢能知识图谱与协同决策一体化方法。以“氢能为手段、电网保供为目标”为主线,构建氢能侧、电网侧、调度侧三域耦合知识表示框架。在知识抽取层,采用基于LoRA微调大语言模型的问答式联合抽取机制,实现跨句实体关系识别与场景语义增强;在知识补全层,提出融合R-GCN与符号规则推理的混合补全策略;在状态感知层,融合时序传感器流、设备图纸与运行数据,构建可动态更新的多模态知识图谱;在演化层,引入基于熵的不确定度主动学习机制实现知识持续迭代。实验表明,所提方法将NER F1提升至92.0%,RE F1提升至88.9%,跨句RE F1达65.4%,知识补全Hits@10达58.2%,并在关键负荷恢复率、恢复时长及决策时延等指标上优于多种对比方法。论文为氢能参与电网韧性提升与应急供电调度提供了一条兼具知识表达、推理与协同决策能力的技术路径。
中图分类号:TP181;R319 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.268184
中文引用格式: 郭子轩,姚杰,刘畅,等. 面向电网应急保供的氢能知识图谱构建与优化方法[J]. 电子技术应用,2026,52(6):21-27.
英文引用格式: Guo Zixuan,Yao Jie,Liu Chang,et al. Knowledge graph construction and optimization for hydrogen-enabled power grid emergency supply assurance[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(6):21-27.
Knowledge graph construction and optimization for hydrogen-enabled power grid emergency supply assurance
Guo Zixuan1,Yao Jie2,Liu Chang1,Li Yongjun1,Xia Zhijun2,Zhang Li2,Qi Xiabin1
1.China Electric Power Research Institute;2.Changzhou Power Supply Branch of State Grid Jiangsu Electric Power Company
Abstract: In response to challenges in power-grid emergency supply assurance such as dispersed information, heterogeneous states, missing knowledge, and tightly coupled decision-making, this paper proposes an integrated hydrogen knowledge graph and collaborative decision-making framework for grid emergency supply assurance. Centered on the main line of “using hydrogen as the means and grid supply assurance as the objective”, the framework constructs a three-domain coupled knowledge representation architecture covering the hydrogen side, the grid side, and the dispatch side. At the knowledge completion layer, a hybrid completion strategy is developed by integrating R-GCN with symbolic rule reasoning. At the state perception layer, time-series sensor streams, equipment drawings, and operational data are fused to build a dynamically updatable multimodal knowledge graph. At the evolution layer, an entropy-based uncertainty active learning mechanism is introduced to support continuous knowledge iteration. Experimental results show that the proposed method improves NER F1 to 92.0%, RE F1 to 88.9%, and cross-sentence RE F1 to 65.4%, while achieving 58.2% Hits@10 in knowledge completion. It also outperforms multiple baseline methods in critical-load restoration rate, restoration time, and decision latency. The proposed framework provides a technical pathway that jointly supports knowledge representation, reasoning, and collaborative decision-making for hydrogen-enabled grid resilience enhancement and emergency power supply dispatch.
Key words : power grid emergency supply assurance;hydrogen knowledge graph;large language model;multimodal fusion;active learning;multi-agent collaborative dispatch

引言

随着新型电力系统建设的深入推进,高比例新能源接入、高波动负荷涌现与多类分布式资源深度耦合,使电网运行环境日趋复杂。极端天气、设备故障、局部网络攻击等扰动事件可能引发区域性供电能力下降,威胁关键负荷的连续供电。本文所指的电网应急保供,是指电网在遭受极端天气、设备故障、局部网络攻击等扰动事件后,在信息分散、知识缺失、决策耦合的条件下,通过协调氢能、储能等资源,优先保障关键负荷(如医院、通信基站、数据中心、重要用户)连续供电的能力。与常规电网运行不同,应急保供强调韧性,要求在短时间内完成快速恢复。在此背景下,提升电网在扰动条件下的快速恢复能力与韧性支撑能力,已成为电力系统研究的重要方向。

氢能系统兼具清洁低碳、长时供能、灵活部署与多场景适应等优势,正成为支撑电网应急保供的重要备选资源。在偏远区域、数据中心、通信基站和重要民生设施等场景中,氢燃料电池可与储能、可再生能源协同,为局部电网提供应急电力支撑。然而,氢能参与电网应急保供涉及制氢、储氢、输氢、发电、并网全链条,以及负荷优先级、故障传播与安全约束等跨域耦合问题,相关知识分散在技术标准、运行规程、调度文档与监测数据中,难以支撑快速、可靠且可解释的应急决策。

知识图谱能够统一表达实体、关系、规则与语义约束,已被广泛应用于工业知识管理与决策支持。但现有研究多聚焦于单领域静态知识组织,缺乏面向电网应急保供场景的跨域知识建模与动态调度能力:一方面,传统抽取方法在跨句关系识别与复杂事件语义表达方面存在不足;另一方面,单纯图谱查询难以在信息不完整和动态扰动下完成应急供电方案优化。因此,亟需将知识图谱从“静态知识组织工具”升级为“知识驱动的协同决策中枢”。

基于此,本文围绕“氢能为手段、电网保供为目标”的核心思路,提出一种面向电网应急保供的氢能知识图谱与协同决策方法,主要贡献如下:

(1)三域耦合知识建模框架:提出氢能、电网、调度三域耦合知识建模方法,将氢能工艺知识、电网拓扑知识、关键负荷知识与调度规则统一纳入同一知识表示体系。

(2)问答式联合抽取机制:基于LoRa微调大语言模型,实现跨句实体关系识别与应急场景语义增强,提升复杂应急文本的低成本信息抽取能力。

(3)混合知识补全方法:融合 R-GCN 表征学习与规则推理,将工艺拓扑、电网供电路径和应急保供逻辑耦合建模,提高图谱的完整性与可解释性。

(4)多智能体协同调度机制:以氢能资源、储能资源、关键负荷与电网节点为决策主体,构建知识图谱驱动的多智能体协同框架,实现信息不完备条件下的快速应急供电恢复。

(5)系统性实验验证:从抽取准确率、图谱补全质量、供电恢复能力、决策成本、响应时延等多维度,结合消融实验系统验证所提方法的有效性。


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作者信息:

郭子轩1,姚杰2,刘畅1,李永军1,夏志军2,章立2,漆夏彬1

(1.中国电力科学研究院有限公司,北京 100192;

2.国网江苏省电力有限公司常州供电分公司,江苏 常州 213000)

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