第43卷第7期2023年7月电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentVol.43No.7Jul.2023基于LightGBM算法的光伏并网系统孤岛检测及其集成的可解释研究朱春霖1，2，余成波1，2（1.重庆理工大学电气与电子工程学院，重庆400054；2.重庆市输变电设备物联网技术研究所，重庆400054）摘要：针对智能孤岛检测方法欠缺对数据集划分过程中标签分布不均问题的考虑，以及该领域尚未对复杂智能孤岛检测模型的决策进行可解释性分析，提出了一种基于轻梯度提升机（LightGBM）算法的孤岛检测模型。采用分层抽样的K折交叉验证检测模型的分类性能，解决数据标签分布不均的问题；提出基于决策树的Shapley值加性解释方法为主干，融合累计局部效应图和局部代理模型的集成可解释分析框架，从全局性和局部性角度对光伏并网系统的孤岛状态检测进行归因分析。算例仿真结果表明，所提模型能在传统检测方法的检测盲区中实现精确且快速的动态孤岛检测，且在电压波动、系统故障等情况下均未发生误判。基于集成的归因分析方法解决了单一可解释方法的欠合理性问题，揭示了模型输入电气特征自变量与孤岛检测响应因变量之间的关系，提高了模型的可信度。关键词：光伏并网系统；孤岛检测；机器学习；LightGBM算法；Shapley值；可解释性中图分类号：TM761；TM615文献标志码：ADOI：10.16081/j.epae.2022080060引言为了推动实现我国的“双碳”发展目标，提高清洁能源占比，建设综合能源系统俨然已经成为我国能源结构深刻重塑的重中之重。其中，大规模的新能源并网会大幅增加电力系统的不稳定性。对于光伏并网系统而言，主网侧的计划或非计划断电容易导致光伏发电系统与本地负载的孤岛运行，进而给设备检修、人员安全、系统并网设备稳定运行带来巨大的安全隐患［1］。因此，根据最新的IEEE1547—2018标准［2］以及我国光伏接入配电网的相关规定［3］，需要在孤岛发生的0.16~2.00s内实现孤岛状态检测。已有孤岛检测方法可分为被动式［4⁃5］、主动式［6⁃7］、通信式三大类。被动式孤岛检测方法通过采集并网点处的数据，监测逆变器输出端的电压、频率、相位、谐波是否超过人工设定的阈值，进而识别孤岛运行状态。主动式孤岛检测方法通过向光伏逆变器注入扰动信号，采集系统并网点处放大变化的电气量进行孤岛检测。通信式孤岛检测方法的准确率较高，但是高昂的额外设备成本使其在实际应用场景中受到限制。传统的主动式、被动式孤岛检测方法均需人工整合判定阈值，且大多依靠单一的电气...
