近日，《ieee电力系统汇刊》（ieee transactions on power systems）期刊评选出2018－2020年最佳论文（best paper）。在获评的7篇论文中，电机系有两篇论文入选，分别为张宁副教授、康重庆教授为通讯作者在2019年8月发表于该刊的学术论文《考虑海量运行场景的高比例可再生能源输电网规划方法》 （incorporating massive scenarios in transmission expansion planning with high renewable energy penetration）以及刘锋副教授为通讯作者在2019年11月发表于该刊的学术论文《考虑异构非线性节点动态的电力系统分布式稳定性条件》（distributed stability conditions for power systems with heterogeneous nonlinear bus dynamics）。
《ieee电力系统汇刊》是电力系统工程领域权威学术期刊，每年发表论文数量约400篇。期刊最佳论文每年评选一次，通过各个编委推荐、编委会遴选的方式，从过去3年发表的约1200论文中选出7－8篇，评选依据包括论文质量、创新性以及学术影响力等多个方面。2020年度共评选出的7篇优秀论文中，电机系入选的2篇论文为仅有的2篇来自中国的论文。
《考虑海量运行场景的高比例可再生能源输电网规划方法》论文的第一作者为电机系博士生卓振宇，通讯作者为张宁副教授、康重庆教授。合作作者包含电机系夏清教授和杜尔顺助理研究员。该论文在国家重点研发计划“高比例可再生能源并网的电力系统规划与运行基础理论”的支持下展开。
高比例可再生能源接入的背景下，源端和荷端存在极大的不确定性，电力系统的“运行方式”将更加复杂化、分散化、差异化。因此在规划模型中需要考虑海量运行场景，但将大量的运行场景往往会带来巨大的计算负担，甚至导致无法求解。传统场景削减方法难以把握场景削减的数量，且无法保证解的全局最优性。如何权衡场景全面性与计算效率问题是高比例可再生能源电网规划的难点。该方法基于benders分解法和多参数规划方法，根据每个场景对最优解的影响进行聚类，可以加速随机规划问题的求解，保持解的最优性。在benders分解法中，每个场景会通过生成benders割对规划结果产生影响。可以基于多参数规划方法解析地获得每个场景对benders迭代求解过程的影响。该研究以此作为依据对场景进行聚类，将场景聚类融入求解过程，按果进行聚类。该计算方法在garver 6-bus, ieee rts-79, ieee rts-96与某一实际省级系统等测试系统上行进行了应用分析。计算效率相比传统benders分解法提升6倍以上。
图1 论文算法结构示意 本文算法根据场景对迭代过程影响进行动态聚类，避免子问题重复计算，减轻计算负担
《考虑异构非线性节点动态的电力系统分布式稳定性条件》论文的第一作者为电机系博士生杨鹏，通讯作者为刘锋副教授，合作作者包含电机系沈沉教授和王召健博士。该论文在国家自然科学基金面上项目“支持大量异构分布式能源广泛灵活接入的通用控制协议研究”和国家自然科学基金联合基金项目“分布式发电集群接入自治控制及运行”的支持下展开。
随着大规模可再生能源的接入以及负荷侧的再电气化过程，海量特性各异的电源、负荷、储能等动态装备接入现有电力系统，使得系统中动态元件数量激增。传统的电力系统稳定性分析方法需要收集全系统信息并在控制中心集中计算。然而系统规模急剧扩大，集中式的分析方法将面临计算负担、通信负担等严峻挑战。面对强非线性、强耦合且高度异构的电力系统，如何实现稳定性分析的可扩展性是亟需解决的关键问题。本文提出了一种基于输出微分无源性的分布式稳定性分析方法，系统整体的稳定性条件可以分解节点 网络两部分。各节点需要满足的输出微分无源性条件可以在局部进行验证而无需中心参与，网络部分的条件仅与潮流有关而不涉及设备内部信息，从而实现稳定性分析的可扩展性并能兼容不同种类的动态设备。基于该方法可以构建异构非线性设备并网的稳定性条件，有望进一步形成设备通用稳定控制协议，从而以分布式自趋稳的形式保证复杂电力系统的安全稳定运行。基于ieee 39节点的仿真算例验证了该文所提的分布式方法能够保证系统整体的稳定性，且保守性较低。
图3 节点动态与网络耦合关系示意图。海量异构非线性节点动态通过输入-输出端口经电气网络相互耦合形成一个复杂电力系统，本文所提方法将系统整体的稳定性分解为节点部分微分无源性指标与网络耦合部分指标的比较
图4 节点动态输出微分无源性与系统暂态稳定性的关系。在ieee-39系统不同节点模拟短路故障，节点动态的输出微分无源性越强（由无源性指标定量刻画），则故障的临界清除时间（cct）越长，表明暂态稳定性越好。
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https://ieeexplore.ieee.org/document/9358108
论文原文链接
incorporating massive scenarios in transmission expansion planning with high renewable energy penetration
https://ieeexplore.ieee.org/document/8821421
distributed stability conditions for power systems with heterogeneous nonlinear bus dynamics
https://ieeexplore.ieee.org/document/8890862
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