《电子技术应用》
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基于LASSO及GRU-注意力机制的配电网合环电流区间预测
电子技术应用
毛洪彬,舒征宇,雷明,任冠臣,周子涵
三峡大学
摘要: 在以光伏、风电为代表的大规模分布式能源接入电网的背景下,传统合环电流计算方法面临精度不足以及难以刻画合环特性不确定性的挑战。为此,提出一种考虑不确定性的合环电流区间预测模型。具体研究过程包含以下关键步骤:鉴于合环电流预测中影响因素繁多且数据结构复杂,采用自适应LASSO(Adaptive LASSO,ALASSO)回归方法对影响因素进行筛选,构建适用于合环电流预测的多元数据集;为提升合环电流预测模型的可解释性,引入极限梯度提升算法,对经LASSO变量选择后的配电网合环预测影响因素进行特征重要性评估,明确各因素对预测结果的贡献程度;针对合环电流的时序特性,提出一种基于注意力(Attention)机制的门控循环单元(GRU)预测模型,实现合环电流的时段预测……
中图分类号:TM715 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257379
中文引用格式: 毛洪彬,舒征宇,雷明,等. 基于LASSO及GRU-注意力机制的配电网合环电流区间预测[J]. 电子技术应用,2026,52(6):74-82.
英文引用格式: Mao Hongbin,Shu Zhengyu,Lei Ming,et al. Interval prediction of distribution network loop-closing current based on LASSO and GRU-attention mechanism[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(6):74-82.
Interval prediction of distribution network loop-closing current based on LASSO and GRU-attention mechanism
Mao Hongbin,Shu Zhengyu,Lei Ming,Ren Guanchen,Zhou Zihan
China Three Gorges University
Abstract: Against the backdrop of large-scale integration of distributed energy resources, such as photovoltaic and wind power, into the power grid, traditional methods for calculating loop-closing currents face challenges of insufficient accuracy and difficulty in characterizing the uncertainty of loop-closing characteristics. To address this, this paper proposes an interval prediction model for loop-closing currents that considers uncertainty. Specifically, the research process includes the following key steps. First, given the numerous influencing factors and complex data structure in loop-closing current prediction, this paper adopts the Adaptive LASSO (ALASSO) regression method to screen influencing factors and construct a multivariate dataset suitable for loop-closing current prediction. Second, to enhance the interpretability of the loop-closing current prediction model, the study introduces the Extreme Gradient Boosting algorithm to evaluate the feature importance of the influencing factors selected by LASSO, clarifying the contribution of each factor to the prediction results. Then, to address the temporal characteristics of loop-closing currents, this paper proposes a prediction model based on an attention-mechanized Gated Recurrent Unit (GRU) for time-period prediction of loop-closing currents. This model dynamically allocates weights through the attention mechanism to capture key features in the time-series data of loop-closing currents, thereby improving prediction accuracy. Finally, to more accurately represent the uncertainty of loop-closing current predictions, the study employs the Bootstrap method to scientifically calculate the confidence interval, thereby quantifying the potential fluctuation range of the prediction results. Subsequently, the calculated confid
Key words : adaptive LASSO;Bootstrap algorithm;attention mechanism;feature extraction;loop-closing current;uncertainty

引言

现阶段,我国多数城市配电网普遍采用“闭环设计、开环运行”的供电模式[1-3]。该模式通过解列运行实现故障隔离与负荷转移,可在不中断用户供电的条件下完成设备检修及负荷转供操作,有效提升了配电网的运行可靠性与安全裕度[4-6]。然而,在实施合环操作过程中,由于馈线拓扑结构、馈线参数及运行工况的差异性,合环点两侧母线电压幅值偏差与相角差值可能引发显著的合环稳态电流与瞬态冲击电流[7-9],对配电系统安全构成直接威胁。因此,构建高精度合环电流预测体系对保障电力系统安全稳定运行具有关键意义。

当前,合环电流计算研究主要采用确定性建模方法。文献[10]基于叠加原理提出分相时序电流算法,量化最大冲击电流的相位与出现时刻,改进其幅值与持续时间预测;文献[11]针对分布式电源接入场景,构建含新能源出力约束的等效电路模型,利用功率波动系数反映间歇性影响,优化了并网条件下的电流计算;文献[12]融合叠加原理与戴维南等效理论,建立考虑多源不确定性的概率计算模型,结合蒙特卡洛模拟与概率潮流分析,实现了合环电流的区间预测。上述研究从多个角度深化了对合环电流特性的理解,但均未系统解决新能源大规模接入带来的强不确定性问题。

深度学习技术的突破性进展使其在电力系统预测领域展现出显著优势,其中卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)与循环神经网络(Recurrent Neural Network, RNN)两类架构因其独特的特征提取能力成为研究焦点。CNN采用带有卷积运算的深层架构,通过卷积与池化操作自动抽取数据特征,有效避免了人工特征选择引入的偏差,因而在图像与语音识别等任务中得到了广泛应用[13]。在电力负荷预测方面,文献[14]和[15]借助CNN提取输入特征并捕捉季节性波动规律,结果显示该模型在处理高度非线性负荷序列时具有更好的预测精度;然而,面对波动剧烈、非平稳性较强的负荷数据时,仅使用CNN结构难以准确捕捉其动态变化特性。RNN通过引入循环连接单元构建时序依赖建模机制,相较全连接网络等传统架构,其在动态时序数据建模方面具有天然优势,可有效捕捉负荷数据中蕴含的周期性波动规律与突变响应特征[16]。作为RNN的改进变体,门控循环单元(Gated Recurrent Unit, GRU)通过引入门控机制解决传统RNN存在的梯度弥散问题,将模型训练收敛速度提升30%以上,且在负荷峰谷预测等任务中保持相当高的精度水平,近年来在超短期预测场景中逐步获得工程化应用[17]。

然而,当处理超长时序输入(如周级负荷数据)时,LSTM/GRU等RNN变体面临双重建模困境:一方面,由于循环单元的有限记忆容量,深层时序信息在传递过程中易发生特征衰减,导致季节性规律与极端事件响应的建模失真;另一方面,其线性堆叠的链式结构难以显式刻画负荷数据中存在的多时间尺度结构特征(如日周期、周周期嵌套关系),在气象突变与节假日扰动场景下预测偏差率显著上升[18]。为突破上述瓶颈,注意力机制(Attention Mechanism)通过构建动态特征加权模块,为序列建模引入可解释性约束:该机制首先计算当前预测目标与各历史时序特征的关联度得分,进而生成概率化的注意力权重向量,对重要时序片段进行特征强化,同时抑制噪声干扰。

为提升配电网合环电流预测的动态精度与泛化能力,本文提出一种融合注意力机制与混合神经网络的概率化预测模型。该模型采用三层技术架构:特征提取与权重分析、时序建模及不确定性量化。首先,基于自适应LASSO(Least Absolute Shrink age and Selection Operator)回归构建特征解耦层,通过动态调整惩罚项系数,筛选气象、拓扑和动态负荷等高维特征,生成低冗余特征子集。其次,利用XGBoost算法评估特征重要性,量化各变量对合环电流的边际贡献,增强模型可解释性。随后,构建GRU时序建模模块,借助门控机制捕捉长期依赖关系,并引入注意力机制对隐含状态动态加权,突出关键时间窗口的电流响应特征。为进一步量化预测不确定性,采用Bootstrap方法分析预测误差的统计分布,构建误差置信区间,并将其与点预测结果融合,形成覆盖不确定性的区间预测。最终输出具备概率信息的合环电流预测结果,为电网运行决策提供更可靠的参考依据。


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作者信息:

毛洪彬,舒征宇,雷明,任冠臣,周子涵

(三峡大学,湖北 宜昌 443000)

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