شماره ركورد
25342
شماره راهنما
ELE2 511
عنوان
سيستم مبتني بر يادگيري ماشين براي تشخيص قطعي فيدر توزيع در شبكه هوشمند
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي برق- سيستم هاي قدرت
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
28.07.1404
صفحه شمار
100 ص.
استاد راهنما
دكتر يحيي كبيري رناني
استاد مشاور
دكتر رحمتالله هوشمند
كليدواژه فارسي
تشخيص ناهنجاري فيدرهاي توزيع , تحليل دادههاي الكتريكي , شبكههاي هوشمند توزيع برق , يادگيري ماشين در سيستمهاي قدرت
چكيده فارسي
در شبكههاي توزيع برق، پيشبيني توان مصرفي و تشخيص ناهنجاريهاي فيدرها يكي از مسائل حياتي و چالشبرانگيز براي ارتقاي قابليت اطمينان و بهبود عملكرد سيستم محسوب ميشود.
در اين پژوهش، يك سيستم مبتني بر يادگيري ماشين براي تشخيص ناهنجاري فيدرهاي توزيع در شبكههاي هوشمند طراحي و پيادهسازي شد. هدف اصلي اين پروژه، توسعه مدلي بود كه بتواند دادههاي سري زماني چندين فيدر را بهصورت همزمان پردازش كرده و ناهنجاريهاي ناشي از قطعيها يا تغييرات غيرعادي توان مصرفي را شناسايي كند. برخلاف روشهاي سنتي كه اغلب براي يك فيدر خاص طراحي شده و نيازمند دادههاي مشابه و برچسبگذاري دقيق هستند، مدل پيشنهادي از تركيب معماري Transformer و الگوريتم Isolation Forest بهره ميبرد كه قابليت تعميمپذيري بالا و عملكرد قابلاعتماد روي فيدرهاي مختلف را فراهم ميكند. در اين رويكرد، دادهها ابتدا به مجموعههاي آموزش و آزمون تقسيم شده و مدل شبكه عصبي با يادگيري خودكار وزنها و پارامترها آموزش داده ميشود. سپس الگوريتم Isolation Forest براي تشخيص ناهنجاريها و نقاط غيرعادي در دادههاي آزمون به كار گرفته ميشود، بدون اينكه نياز به وجود دادههاي بسيار مشابه در پايگاهداده باشد.
نتايج شبيهسازي روي ده فيدر مختلف نشان داد كه مدل پيشنهادي توانايي بالايي در شناسايي و پيشبيني روند تغييرات توان مصرفي دارد و ميانگين ضريب تعيين R² در حدود 97 درصد به دست آمد. اين امر نشاندهنده توانايي مدل در يادگيري الگوهاي پيچيده شبكه و شناسايي نوسانات و تغييرات ناگهاني در سريهاي زماني است. باوجود نويزي بودن دادهها و وجود مقادير گمشده طولاني، طراحي مدل بهگونهاي انجام شد كه اين نقصها ناديده گرفته شوند و تمركز تنها بر بخشهاي پيوسته دادهها باشد كه موجب جلوگيري از توليد ناهنجاريهاي كاذب و حفظ دقت تشخيص شد. مقايسه مدل پيشنهادي با روش ارائه شده در مرجع]61[ مبتني بر XGBoost نشان داد كه مدل پيشنهادي در معيارهايي مانند R² عملكرد بهتري دارد و حتي در فيدرهايي با دادههاي آزمون متفاوت، قابليت تعميمپذيري بالايي از خود نشان ميدهد. اين در حالي است كه روش مرجع به دادههاي مشابه و پارامترهاي اختصاصي فيدر وابسته است و در شبكههاي واقعي مانند شبكه برق ايران، كارايي محدودي دارد.
علاوه بر پيشبيني توان، مدل پيشنهادي توانست نقاط ناهنجار واقعي را بادقت بالا شناسايي كند و ميزان False Positive آن نسبت به روش مرجع كمتر بود. اين ويژگي موجب شده است كه سيستم پيشنهادي نهتنها براي تحليل رفتاري و پيشبيني روند توان مصرفي، بلكه براي اقدامهاي پيشگيرانه در بهبود قابليت اطمينان شبكه و كاهش خاموشيهاي ناگهاني فيدرها نيز كاربردي باشد. بهطوركلي، اين پژوهش نشان ميدهد كه تركيب مدلهاي پيشرفته يادگيري عميق با الگوريتمهاي تشخيص ناهنجاري بدون نظارت، ميتواند راهكاري مقياسپذير و دقيق براي مديريت و پايش هوشمند شبكههاي توزيع ارائه دهد و محدوديتهاي روشهاي سنتي مبتني بر دادههاي محدود و برچسبگذاري شده را برطرف سازد.
كليدواژه لاتين
Distribution feeder anomaly detection , Smart distribution power networks , Machine learning in power systems , Electrical data analysis
عنوان لاتين
Machine learning approach for distribution feeder anomaly detection in smart grid
گروه آموزشي
مهندسي برق
چكيده لاتين
In power distribution networks, forecasting load consumption and detecting feeder anomalies are critical and challenging tasks for enhancing reliability and improving system performance. With the increasing complexity of smart grids and the growing presence of renewable energy sources, traditional fault detection methods have become insufficient, highlighting the need for advanced artificial intelligence tools, particularly machine learning, in power systems. In this study, a machine learning-based system was designed and implemented for detecting distribution feeder outages in smart grids. The primary objective was to develop a model capable of processing time-series data from multiple feeders simultaneously and identifying anomalies caused by outages or abnormal load variations. Unlike conventional approaches, which are often designed for a specific feeder and require similar data and precise labeling, the proposed model leverages a combination of Transformer architecture and the Isolation Forest algorithm, providing high generalizability and reliable performance across different feeders. In this approach, the data are first divided into training and testing sets, and the neural network model is trained with automatic weight and parameter learning. Subsequently, the Isolation Forest algorithm is applied to detect anomalies and abnormal points in the test data, without requiring highly similar samples in the database. Simulation results on ten different feeders demonstrated the proposed model’s strong capability in identifying and predicting load variation trends, achieving an average R² of approximately 97%, indicating its effectiveness in learning complex network patterns and capturing sudden fluctuations in time series. Despite the presence of noisy data and long sequences of missing values, the model was designed to ignore these deficiencies and focus only on continuous data segments, preventing false anomaly detection and maintaining high accuracy. Comparison with a reference XGBoost-based method showed that the proposed model outperformed in metrics such as R² and exhibited significant generalizability even across feeders with differing test data, whereas the reference method heavily relies on similar data and feeder-specific parameters, limiting its applicability in real-world networks such as the Iranian power grid. Beyond load prediction, the proposed model accurately identified true anomalies with fewer false positives compared to the reference approach, making it suitable not only for behavioral analysis and load trend forecasting but also for proactive measures to enhance network reliability and reduce sudden feeder outages. Overall, this research demonstrates that combining advanced deep learning models with unsupervised anomaly detection algorithms offers a scalable and precise solution for intelligent monitoring and management of power distribution networks, overcoming the limitations of traditional methods based on limited and labeled datasets.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
150209
نويسنده