Privacy-Preserving Spatiotemporal Scenario Generation of Renewable Energies: A Federated Deep Generative Learning Approach

计算机科学 稳健性(进化) 深度学习 可再生能源 生成对抗网络 生成语法 人工智能 数据建模 机器学习 理论(学习稳定性) 对抗制 分布式计算 数据挖掘 数据库 工程类 生物化学 化学 电气工程 基因
作者
Yang Li,Jiazheng Li,Yi Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:18 (4): 2310-2320 被引量:146
标识
DOI:10.1109/tii.2021.3098259
摘要

Scenario generation is a fundamental and crucial tool for decision-making in power systems with high-penetration renewables. Based on big historical data, a novel federated deep generative learning framework, called Fed-LSGAN, is proposed by integrating federated learning and least square generative adversarial networks (LSGANs) for renewable scenario generation. Specifically, federated learning learns a shared global model in a central server from renewable sites at network edges, which enables the Fed-LSGAN to generate scenarios in a privacy-preserving manner without sacrificing the generation quality by transferring model parameters, rather than all data. Meanwhile, the LSGANs-based deep generative model generates scenarios that conform to the distribution of historical data through fully capturing the spatial-temporal characteristics of renewable powers, which leverages the least squares loss function to improve the training stability and generation quality. The simulation results demonstrate that the proposal manages to generate high-quality renewable scenarios and outperforms the state-of-the-art centralized methods. Besides, an experiment with different federated learning settings is designed and conducted to verify the robustness of our method.

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