清華新聞網(wǎng)3月8日電?近日《國際電氣與電子工程師協(xié)會電力系統(tǒng)會刊》（IEEE Transactions on Power Systems）期刊評選出2018-2020年最佳論文（Best Paper）。在獲評的7篇論文中，清華大學電機系有兩篇論文入選，分別為張寧副教授、康重慶教授為通訊作者在2019年8月發(fā)表于該刊的學術(shù)論文《考慮海量運行場景的高比例可再生能源輸電網(wǎng)規(guī)劃方法》 （Incorporating Massive Scenarios in Transmission Expansion Planning With High Renewable Energy Penetration）以及劉鋒副教授為通訊作者在2019年11月發(fā)表于該刊的學術(shù)論文《考慮異構(gòu)非線性節(jié)點動態(tài)的電力系統(tǒng)分布式穩(wěn)定性條件》（Distributed stability conditions for power systems with heterogeneous nonlinear bus dynamics）。

在高比例可再生能源接入的背景下，源端和荷端存在極大的不確定性，電力系統(tǒng)的“運行方式”將更加復雜化、分散化、差異化。因此在規(guī)劃模型中需要考慮海量運行場景，但將大量的運行場景往往會帶來巨大的計算負擔，甚至導致無法求解。傳統(tǒng)場景削減方法難以把握場景削減的數(shù)量，且無法保證解的全局最優(yōu)性。如何權(quán)衡場景全面性與計算效率問題是高比例可再生能源電網(wǎng)規(guī)劃的難點?！犊紤]海量運行場景的高比例可再生能源輸電網(wǎng)規(guī)劃方法》基于Benders分解法和多參數(shù)規(guī)劃方法，根據(jù)每個場景對最優(yōu)解的影響進行聚類，可以加速隨機規(guī)劃問題的求解，保持解的最優(yōu)性。在benders分解法中，每個場景會通過生成benders割對規(guī)劃結(jié)果產(chǎn)生影響?？梢曰诙鄥?shù)規(guī)劃方法解析地獲得每個場景對Benders迭代求解過程的影響。該研究以此作為依據(jù)對場景進行聚類，將場景聚類融入求解過程，按果進行聚類。該計算方法在Garver 6-bus, IEEE RTS-79, IEEE RTS-96與某一實際省級系統(tǒng)等測試系統(tǒng)上行進行了應(yīng)用分析。計算效率相比傳統(tǒng)benders分解法提升6倍以上。

論文算法結(jié)構(gòu)示意：本文算法根據(jù)場景對迭代過程影響進行動態(tài)聚類，避免子問題重復計算，減輕計算負擔

論文算法迭代過程中聚類可視化結(jié)果

本論文的第一作者為電機系博士生卓振宇，通訊作者為張寧副教授、康重慶教授。合作作者包含電機系夏清教授和杜爾順助理研究員。該論文在國家重點研發(fā)計劃“高比例可再生能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行基礎(chǔ)理論”的支持下展開。

隨著大規(guī)模可再生能源的接入以及負荷側(cè)的再電氣化過程，海量特性各異的電源、負荷、儲能等動態(tài)裝備接入現(xiàn)有電力系統(tǒng)，使得系統(tǒng)中動態(tài)元件數(shù)量激增。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法需要收集全系統(tǒng)信息并在控制中心集中計算。然而系統(tǒng)規(guī)模急劇擴大，集中式的分析方法將面臨計算負擔、通信負擔等嚴峻挑戰(zhàn)。面對強非線性、強耦合且高度異構(gòu)的電力系統(tǒng)，如何實現(xiàn)穩(wěn)定性分析的可擴展性是亟需解決的關(guān)鍵問題。在《考慮異構(gòu)非線性節(jié)點動態(tài)的電力系統(tǒng)分布式穩(wěn)定性條件》一文中，研究者提出了一種基于輸出微分無源性的分布式穩(wěn)定性分析方法，系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性條件可以分解節(jié)點+網(wǎng)絡(luò)兩部分。各節(jié)點需要滿足的輸出微分無源性條件可以在局部進行驗證而無需中心參與，網(wǎng)絡(luò)部分的條件僅與潮流有關(guān)而不涉及設(shè)備內(nèi)部信息，從而實現(xiàn)穩(wěn)定性分析的可擴展性并能兼容不同種類的動態(tài)設(shè)備?；谠摲椒梢詷?gòu)建異構(gòu)非線性設(shè)備并網(wǎng)的穩(wěn)定性條件，有望進一步形成設(shè)備通用穩(wěn)定控制協(xié)議，從而以分布式自趨穩(wěn)的形式保證復雜電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行?；贗EEE 39節(jié)點的仿真算例驗證了該文所提的分布式方法能夠保證系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性，且保守性較低。

節(jié)點動態(tài)與網(wǎng)絡(luò)耦合關(guān)系示意圖：海量異構(gòu)非線性節(jié)點動態(tài)通過輸入-輸出端口經(jīng)電氣網(wǎng)絡(luò)相互耦合形成一個復雜電力系統(tǒng)，本文所提方法將系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性分解為節(jié)點部分微分無源性指標與網(wǎng)絡(luò)耦合部分指標的比較

節(jié)點動態(tài)輸出微分無源性與系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的關(guān)系：在IEEE-39系統(tǒng)不同節(jié)點模擬短路故障，節(jié)點動態(tài)的輸出微分無源性越強（由無源性指標定量刻畫），則故障的臨界清除時間（CCT）越長，表明暫態(tài)穩(wěn)定性越好。

本論文的第一作者為電機系博士生楊鵬，通訊作者為劉鋒副教授，合作作者包含電機系沈沉教授和王召健博士。該論文在國家自然科學基金面上項目“支持大量異構(gòu)分布式能源廣泛靈活接入的通用控制協(xié)議研究”和國家自然科學基金聯(lián)合基金項目“分布式發(fā)電集群接入自治控制及運行”的支持下展開。

《國際電氣與電子工程師協(xié)會電力系統(tǒng)會刊》是電力系統(tǒng)工程領(lǐng)域權(quán)威學術(shù)期刊，每年發(fā)表論文數(shù)量約400篇。期刊最佳論文每年評選一次，通過各個編委推薦、編委會遴選的方式，從過去3年發(fā)表的約1200論文中選出7~8篇，評選依據(jù)包括論文質(zhì)量、創(chuàng)新性以及學術(shù)影響力等多個方面。2020年度共評選出的7篇優(yōu)秀論文中，電機系入選的2篇論文為僅有的2篇來自中國的論文。