清華新聞網(wǎng)3月8日電 近日《國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)電力系統(tǒng)會(huì)刊》（IEEE Transactions on Power Systems）期刊評(píng)選出2018-2020年最佳論文（Best Paper）。在獲評(píng)的7篇論文中，清華大學(xué)電機(jī)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(xué)術(shù)論文《考慮海量運(yùn)行場(chǎng)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(xué)術(shù)論文《考慮異構(gòu)非線(xiàn)性節(jié)點(diǎn)動(dòng)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(yùn)行方式”將更加復(fù)雜化、分散化、差異化。因此在規(guī)劃模型中需要考慮海量運(yùn)行場(chǎng)景，但將大量的運(yùn)行場(chǎng)景往往會(huì)帶來(lái)巨大的計(jì)算負(fù)擔(dān)，甚至導(dǎo)致無(wú)法求解。傳統(tǒng)場(chǎng)景削減方法難以把握?qǐng)鼍跋鳒p的數(shù)量，且無(wú)法保證解的全局最優(yōu)性。如何權(quán)衡場(chǎng)景全面性與計(jì)算效率問(wèn)題是高比例可再生能源電網(wǎng)規(guī)劃的難點(diǎn)。《考慮海量運(yùn)行場(chǎng)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(gè)場(chǎng)景對(duì)最優(yōu)解的影響進(jìn)行聚類(lèi)，可以加速隨機(jī)規(guī)劃問(wèn)題的求解，保持解的最優(yōu)性。在benders分解法中，每個(gè)場(chǎng)景會(huì)通過(guò)生成benders割對(duì)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(gè)場(chǎng)景對(duì)Benders迭代求解過(guò)程的影響。該研究以此作為依據(jù)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行聚類(lèi)，將場(chǎng)景聚類(lèi)融入求解過(guò)程，按果進(jìn)行聚類(lèi)。該計(jì)算方法在Garver 6-bus, IEEE RTS-79, IEEE RTS-96與某一實(shí)際省級(jí)系統(tǒng)等測(cè)試系統(tǒng)上行進(jìn)行了應(yīng)用分析。計(jì)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(chǎng)景對(duì)迭代過(guò)程影響進(jìn)行動(dòng)態(tài)聚類(lèi)，避免子問(wèn)題重復(fù)計(jì)算，減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)
論文算法迭代過(guò)程中聚類(lèi)可視化結(jié)果
本論文的第一作者為電機(jī)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(jī)系夏清教授和杜爾順助理研究員。該論文在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高比例可再生能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行基礎(chǔ)理論”的支持下展開(kāi)。
隨著大規(guī)?？稍偕茉吹慕尤胍约柏?fù)荷側(cè)的再電氣化過(guò)程，海量特性各異的電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能等動(dòng)態(tài)裝備接入現(xiàn)有電力系統(tǒng)，使得系統(tǒng)中動(dòng)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(jì)算。然而系統(tǒng)規(guī)模急劇擴(kuò)大，集中式的分析方法將面臨計(jì)算負(fù)擔(dān)、通信負(fù)擔(dān)等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。面對(duì)強(qiáng)非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合且高度異構(gòu)的電力系統(tǒng)，如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性分析的可擴(kuò)展性是亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。在《考慮異構(gòu)非線(xiàn)性節(jié)點(diǎn)動(dòng)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(wú)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(diǎn)+網(wǎng)絡(luò)兩部分。各節(jié)點(diǎn)需要滿(mǎn)足的輸出微分無(wú)源性條件可以在局部進(jìn)行驗(yàn)證而無(wú)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性分析的可擴(kuò)展性并能兼容不同種類(lèi)的動(dòng)態(tài)設(shè)備。基于該方法可以構(gòu)建異構(gòu)非線(xiàn)性設(shè)備并網(wǎng)的穩(wěn)定性條件，有望進(jìn)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(fù)雜電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行?；贗EEE 39節(jié)點(diǎn)的仿真算例驗(yàn)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(diǎn)動(dòng)態(tài)與網(wǎng)絡(luò)耦合關(guān)系示意圖：海量異構(gòu)非線(xiàn)性節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)通過(guò)輸入-輸出端口經(jīng)電氣網(wǎng)絡(luò)相互耦合形成一個(gè)復(fù)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(diǎn)部分微分無(wú)源性指標(biāo)
與網(wǎng)絡(luò)耦合部分指標(biāo)
的比較
節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)輸出微分無(wú)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(diǎn)模擬短路故障，節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)的輸出微分無(wú)源性越強(qiáng)（由無(wú)源性指標(biāo)定量刻畫(huà)），則故障的臨界清除時(shí)間（CCT）越長(zhǎng)，表明暫態(tài)穩(wěn)定性越好。
本論文的第一作者為電機(jī)系博士生楊鵬，通訊作者為劉鋒副教授，合作作者包含電機(jī)系沈沉教授和王召健博士。該論文在國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)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(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目“分布式發(fā)電集群接入自治控制及運(yùn)行”的支持下展開(kāi)。
《國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)電力系統(tǒng)會(huì)刊》是電力系統(tǒng)工程領(lǐng)域權(quán)威學(xué)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(píng)選一次，通過(guò)各個(gè)編委推薦、編委會(huì)遴選的方式，從過(guò)去3年發(fā)表的約1200論文中選出7~8篇，評(píng)選依據(jù)包括論文質(zhì)量、創(chuàng)新性以及學(xué)術(shù)影響力等多個(gè)方面。2020年度共評(píng)選出的7篇優(yōu)秀論文中，電機(jī)系入選的2篇論文為僅有的2篇來(lái)自中國(guó)的論文。
最佳論文（Best paper）名單官網(wǎng)鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9358108
論文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/8821421
https://ieeexplore.ieee.org/document/8890862
供稿：電機(jī)系
編輯：李華山
審核：呂婷
