基于图Transformer的电力系统潮流计算方法

刘金波; 严亚勤; 郭庆来; 王淼; 倪铭坚

doi:10.7500/AEPS20250831014

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基于图Transformer的电力系统潮流计算方法

更新时间：2026-09-23

- 基于图Transformer的电力系统潮流计算方法
- Power Flow Calculation Method for Power Systems Based on Graph Transformer
- 电力系统自动化 2026年页码：1-13
- 作者机构：
  
  1.国家电网有限公司国家电力调度控制中心，北京市 100031
  2.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084
  3.电网安全全国重点实验室（中国电力科学研究院有限公司），北京市 100192
- 作者简介：
  
  刘金波(1975—)，男，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统调度自动化。E-mail：jinbo-liu@sgcc.com.cn
  严亚勤(1978—)，男，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统调度自动化。E-mail：yan-yaqin@sgcc.com.cn
  郭庆来(1979—)，男，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：能量管理、电压控制和信息物理系统。E-mail：guoqinglai@tsinghua.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家电网公司科技项目(52110425002J-248-YYGG);已申请中国国家发明专利（申请号：2025116173314）
- DOI：10.7500/AEPS20250831014
  中图分类号：
- 收稿：2025-08-31，
  
  修回：2026-07-14，
  
  网络首发：2026-08-21，
- 稿件说明：
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刘金波,严亚勤,郭庆来等.基于图Transformer的电力系统潮流计算方法[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250831014.

LIU Jinbo,YAN Yaqin,GUO Qinglai,et al.Power Flow Calculation Method for Power Systems Based on Graph Transformer[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250831014.
刘金波,严亚勤,郭庆来等.基于图Transformer的电力系统潮流计算方法[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250831014. DOI：

LIU Jinbo,YAN Yaqin,GUO Qinglai,et al.Power Flow Calculation Method for Power Systems Based on Graph Transformer[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250831014. DOI：

摘要

随着新型电力系统加速构建，电网规模持续扩大，系统运行方式不确定性和复杂性特征日益凸显，传统数值迭代潮流求解方法应用于大规模电网时，面临收敛困难与计算效率不足的双重挑战。科学智能（AI4S）技术为数据驱动模式的潮流算法提供了新的技术路线，但现有的图神经网络（GNN）方法依赖局部邻域聚合，难以有效捕捉远距离节点间的电气耦合对功率分配和电压分布的影响，在大电网分析计算中应用效果受限。针对以上问题，文中提出一种融合GNN与Transformer的潮流计算方法，引入随机游走位置编码以强化节点拓扑位置感知能力，利用自注意力机制实现全局节点信息的高效交互，结合潮流方程物理约束、幂平均损失函数及数据增强策略优化模型性能。多个场景的实验结果表明，所提方法在计算精度、速度和迁移泛化方面均具有优势，并在某省验证了其工程有效性。

Abstract

As the construction of new power systems accelerates

the scale of power grids continues to expand

and the uncertainty and complexity of system operation modes become increasingly prominent. When applied to large-scale power grids

traditional numerical iterative power flow solution methods face the dual challenges of convergence difficulty and insufficient computational efficiency. Artificial intelligence for science (AI4S) technology provides a new technical route for data-driven power flow algorithms. However

existing graph neural network (GNN) methods rely on local neighborhood aggregation

making it difficult to effectively capture the impact of electrical coupling between distant nodes on power allocation and voltage distribution

which limits their application in large-scale power grid analysis and computation. To address these issues

this paper proposes a power flow calculation method that integrates a graph neural network with Transformer. A random walk positional encoding is introduced to enhance the perception of nodal topological positions

and a self-attention mechanism is employed to achieve efficient interaction of global node information. The model performance is further optimized by incorporating physical constraints of power flow equations

a power-mean loss function

and a data augmentation strategy. Experimental results under multiple scenarios demonstrate that the proposed method has advantages in computational accuracy

speed

and transfer generalization

and its engineering effectiveness is verified in a certain province.

关键词

Keywords

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