基于Transformer的电力现货市场出清结果有功控制方法与流程

本发明涉及电力系统运行控制，更具体地说，本发明涉及基于transformer的电力现货市场出清结果有功控制方法。

背景技术：

1、现有的电力现货市场有功控制方案，多采用基于物理建模的最优潮流计算或基于深度学习的方法，以应对新能源高比例接入及负荷随机波动下的实时功率平衡需求。

2、其中，基于深度学习的有功控制方法为保证在线推理效率，通常基于预设电网拓扑建立运行状态与有功控制指令的映射关系；而现货市场出清结果中的机组报价、节点边际电价等经济信息，则多作为模型训练或离线优化的目标及约束，在实时推理阶段控制模型主要依据电网运行状态生成控制指令。

3、然而，现有技术在实际应用过程中仍存在一些技术问题：首先，当电网因线路检修、故障跳闸等发生拓扑重构时，基于固定拓扑的深度学习模型难以保持不同拓扑下运行状态特征表达的一致性，导致对拓扑变化场景的适应能力不足。其次，实时控制过程中，市场出清的经济信息通常作为控制模型外部的优化依据而独立于模型在线推理过程，导致控制指令难以同步响应市场出清形成的经济性要求。最后，现有数据驱动控制方法通常以端到端方式直接输出控制指令，其内部决策过程不透明，难以与基于物理模型的反馈控制环节有效协同，限制了控制策略的在线动态调整能力。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供基于transformer的电力现货市场出清结果有功控制方法，通过将电网拓扑谱特征投影至统一参考空间，并将节点发电成本偏差转化为经济代价掩码融入transformer交叉注意力计算，以解决拓扑变化下运行状态特征表达一致性不足以及控制策略对市场经济信息感知能力不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于transformer的电力现货市场出清结果有功控制方法，包括以下步骤：

4、获取当前电网拓扑的谱特征并投影至预设参考拓扑特征空间，基于投影后的谱特征将电网运行数据转化为拓扑状态表征；

5、根据现货市场出清结果计算各节点发电成本偏差，构建初始权重矩阵并进行交替归一化处理，得到经济代价掩码；

6、将所述电网运行数据与拓扑状态表征输入预构建transformer网络，结合所述经济代价掩码进行交叉注意力计算，生成初始有功控制指令；

7、提取生成初始有功控制指令时所述transformer网络的隐状态，并解码得到稳态运行平衡点，结合实时有功功率偏差调节所述初始有功控制指令，得到实时有功控制指令。

8、在一个优选的实施方式中，所述生成初始有功控制指令，包括：将所述经济代价掩码作为偏置项，融入对所述拓扑状态表征与电网运行数据的交叉注意力计算，得到交叉注意力权重；基于所述交叉注意力权重，对所述电网运行数据的值特征进行加权求和，得到所述初始有功控制指令。

9、在一个优选的实施方式中，所述获取当前电网拓扑的谱特征并投影至预设参考拓扑特征空间，包括：对当前电网拓扑的导纳参数进行特征值分解，提取非零特征值对应的特征向量作为所述谱特征；计算所述谱特征与参考拓扑谱特征间的正交对齐矩阵，并对当前电网拓扑对应的谱特征进行旋转变换，得到投影后的谱特征。

10、在一个优选的实施方式中，所述将电网运行数据转化为拓扑状态表征，包括：基于所述电网运行数据，构建包括节点注入功率与机组出力参量的运行数据矩阵；将投影后的谱特征与所述运行数据矩阵相乘，得到所述拓扑状态表征。

11、在一个优选的实施方式中，所述生成实时有功控制指令，包括：结合预设稳态运行边界修正所述初始有功控制指令，得到基准功率指令；以所述稳态运行平衡点为基准，对发电机转子非线性运动方程进行局部线性化，构建状态矩阵与控制矩阵并求解状态反馈增益矩阵后，结合所述实时有功功率偏差对基准功率指令进行状态反馈调节，得到实时调节指令；在预设暂态安全约束下，对所述实时调节指令进行二次规划求解，生成所述实时有功控制指令。

12、在一个优选的实施方式中，所述解码得到稳态运行平衡点，包括：将所述隐状态输入由全连接网络构成的状态解码层进行特征映射，输出对应的发电机稳态功角与稳态电磁功率；将所述发电机稳态功角与稳态电磁功率，作为所述稳态运行平衡点。

13、在一个优选的实施方式中，所述得到经济代价掩码，包括：计算所述现货市场出清结果中的机组报价与对应节点边际电价间的差值，作为所述各节点发电成本偏差；基于各节点发电成本偏差间的相对距离构建经济代价矩阵，对所述经济代价矩阵进行指数映射得到所述初始权重矩阵；对所述初始权重矩阵进行交替归一化处理，得到满足预设收敛条件的双随机矩阵，作为所述经济代价掩码。

14、在一个优选的实施方式中，所述得到基准功率指令，包括：基于支路潮流平衡约束进行灵敏度分析，将由电网支路传输功率极限与节点电压限值构成的预设稳态运行边界，转化为线性化约束条件；在满足所述线性化约束条件的前提下，以最小化基准功率指令与初始有功控制指令间的修正量为目标进行二次规划求解，得到所述基准功率指令。

15、在一个优选的实施方式中，所述对所述实时调节指令进行二次规划求解，生成所述实时有功控制指令，包括：基于发电机转子非线性运动方程与预设频率偏移极值，建立频率安全障碍函数，对所述障碍函数求导得到所述暂态安全约束；在所述暂态安全约束下，以最小化所述实时有功控制指令与实时调节指令间的修正量为目标进行二次规划求解，生成所述实时有功控制指令。

16、一种基于transformer的电力现货市场出清结果有功控制系统，包括以下模块：谱特征投影模块，用于获取当前电网拓扑的谱特征并投影至预设参考拓扑特征空间，基于投影后的谱特征将电网运行数据转化为拓扑状态表征；经济掩码模块，用于根据现货市场出清结果计算各节点发电成本偏差，构建初始权重矩阵并进行交替归一化处理，得到经济代价掩码；初始指令模块，用于生成将所述电网运行数据与拓扑状态表征输入预构建transformer网络，结合所述经济代价掩码进行交叉注意力计算，生成初始有功控制指令；反馈调节模块，用于提取生成初始有功控制指令时所述transformer网络的隐状态，并解码得到稳态运行平衡点，结合实时有功功率偏差调节所述初始有功控制指令，得到实时有功控制指令。

17、本发明基于transformer的电力现货市场出清结果有功控制方法的技术效果和优点：

18、1.本发明通过将当前电网拓扑谱特征投影至预设参考拓扑特征空间，并基于投影后的谱特征将电网运行数据转化为拓扑状态表征，使不同拓扑下的电网状态在统一参考空间中表达，降低了运行状态特征对拓扑变化的敏感度，提高了控制模型对电网拓扑动态变化的适应能力。

19、2.本发明通过根据现货市场出清结果构建经济代价掩码，并将其融入transformer交叉注意力计算，使市场经济信息直接参与模型在线推理阶段的控制决策，在有功控制指令生成过程中综合电网运行状态与经济信息，提高了实时控制中物理运行目标与市场经济目标的协调能力，为电力现货市场有功控制提供了兼顾运行约束与经济性的实现方式。

20、3.本发明通过提取生成初始有功控制指令时transformer网络的隐状态，并解码得到对应的稳态运行平衡点，为实时有功控制提供与当前运行状态对应的物理状态基准，在无需重新进行潮流求解的条件下，为基于实时有功功率偏差的状态反馈调节提供了参考基准，提高了数据驱动控制与物理反馈控制的协同性。