A Physics-Guided Graph Convolution Neural Network for Optimal Power Flow

核(代数) 拓扑(电路) 卷积(计算机科学) 网络拓扑 图形 人工神经网络 计算机科学 数学优化 特征(语言学) 算法 数学 理论计算机科学 人工智能 离散数学 语言学 哲学 组合数学 操作系统
作者
Maosheng Gao,Juan Yu,Zhifang Yang,Junbo Zhao
出处
期刊:IEEE Transactions on Power Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:39 (1): 380-390 被引量:75
标识
DOI:10.1109/tpwrs.2023.3238377
摘要

The data-driven method with strong approximation capabilities and high computational efficiency provides a promising tool for optimal power flow (OPF) calculation with stochastic renewable energy. However, the topology change dramatically increases the learning difficulties and the demand for learning samples. In this work, we propose a physics-guided graph convolution neural network (GCNN) for OPF calculation with consideration of varying topologies, including the physics-guided graph convolution kernel, feature construction, and loss function formulation. Specifically, a physics-embedded graph convolution kernel is derived by aggregating the features from local neighborhoods utilizing the nodal OPF model formulation. An iterative feature construction method is also developed that encodes both the physical feature and practical constraints into the node vector. Finally, a correlative learning loss function to optimize the unbalanced power injection is developed. Extensive numerical results carried out on various IEEE test systems show that the prediction accuracy of OPF using the proposed method under varying topology changes can be improved by an average of 13.30% and up to 32.63% compared with state-of-the-art methods.
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