本研究論文提出了一種基於機器學習的數據優化預想事故篩查框架,用以提升電力系統的安全評估效率。在現代電網面臨潛在大規模故障風險背景下,對預想事故的準確快速分類有助於運維人員提前決策,減少連鎖故障或大範圍停電的可能性。論文的目標是將電力系統擾動後的安全狀態劃分為安全、中等和嚴重三個等級。
在方法層面,作者利用牛頓-拉夫遜潮流法生成不同預想事故場景下的系統運行數據,並以總體性能指數(OPI)作為量化安全性的指標。為了提升模型訓練質量,數據預處理階段同時引入了合成少數類過採樣技術(SMOTE)和主成分分析(PCA),分別用於緩解類別不平衡問題以及降低特徵空間的維度。論文在IEEE-14和IEEE-30母線系統上,構建了N-k(k=1、2、3)預想事故場景數據集,並設計了四種混合預處理組合:歸一化、SMOTE平衡、PCA變換以及SMOTE+PCA聯合變換,在此之上訓練了K近鄰(KNN)、隨機森林(RF)和支持向量機(SVM)三種分類器。
實驗以精確率、召回率和F1分數作為評價指標,並特別關注嚴重事故類別的判別能力。結果顯示,隨機森林性能最佳,在IEEE-30上F1達到0.97,在IEEE-14上達到0.86;SVM在使用PCA後分類準確率大幅提升;KNN則較適合與SMOTE和PCA結合使用。總體而言,PCA對模型整體性能的貢獻大於SMOTE,而SMOTE可以提升少數類召回率,但同時也帶來了更多誤報,因此需要在準確度與完備性之間進行權衡。
該研究還指出,相比傳統的事故分析手段,機器學習方法具備更強的可擴展性,並且能支持近乎實時的安全等級評估,這對於未來電力系統的動態安全監控具有重要意義。論文已獲准在第三屆EIE International Conference on Computing, Networking, Robotics and Telecommunication (EIECon) 2025上進行展示,並將發表於IEEE Xplore。