We develop a Deep Neural Network (DNN) approach, named DeepOPF, for solving alternative current optimal power flow (AC-OPF) problems. A key difficulty for applying machine learning techniques for solving AC-OPF problems lies in ensuring that the obtained solutions respect the equality and inequality physical and operational constraints. Generalized a 2-stage procedure proposed in [1], [2], DeepOPF first trains a DNN model to predict a set of independent operating variables and then directly compute the remaining dependable ones by solving the AC power flow equations. Such an approach not only preserves the power-flow balance equality constraints, but also reduces the number of variables to predict by the DNN, subsequently cutting down the number of neurons and training data needed. DeepOPF then employs a penalty approach with a zero-order gradient estimation technique in the training process to preserve the remaining inequality constraints. As another contribution, we drive a condition for tuning the size of the DNN according to the desired approximation accuracy, which measures the DNN generalization capability. It provides theoretical justification for using DNN to solve AC-OPF problem. Simulation results of IEEE 30/118/300-bus and a synthetic 2000-bus test cases show that DeepOPF can speed up the computing time by up to two orders of magnitude as compared to a state-of-the-art solver, at the expense of $<$0.1% cost difference.


翻译:我们开发了深神经网络(DNN)方法,名为DeepOPF,用于解决当前替代的最佳电力流动(AC-OPF)问题。应用机器学习技术解决AC-OPF问题的关键困难在于确保获得的解决方案尊重平等和不平等的物理和行动限制。在[1,[2],DeepOPF首先开发了一个DNNN模型,以预测一套独立的操作变量,然后通过解决AC电力流量方程式直接计算其余的可靠变量。这种方法不仅保留了电力流平衡的平等制约,而且减少了DNN预测的变量数量,随后减少了神经元数量和培训数据。然后,DeepOPF在培训过程中采用了一种带有零级梯度估计技术的处罚办法,以保持其余的不平等制约。作为另一项贡献,我们启动了一个条件,根据所期望的近似准确度调整DNNN的大小,以测量DNN的通用能力。这种方法为使用DNNU解决AC-OPF问题提供了理论上的理由,从而降低了DNN的变量数量,随后减少了所需的神经元数量和培训数据。在培训过程中采用了零级的计算方法,将IEE-118/300-Basimate clasticlexxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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