近日，《IEEE電力系統彙刊》（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，電機系有兩篇論文入選，分别為張甯副教授、康重慶教授為通訊作者在2019年8月發表于該刊的學術論文《考慮海量運行場景的高比例可再生能源輸電網規劃方法》 （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月發表于該刊的學術論文《考慮異構非線性節點動态的電力系統分布式穩定性條件》（Distributed stability conditions for power systems with heterogeneous nonlinear bus dynamics）。
《IEEE電力系統彙刊》是電力系統工程領域權威學術期刊，每年發表論文數量約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年發表的約1200論文中選出7－8篇，評選依據包括論文質量、創新性以及學術影響力等多個方面。2020年度共評選出的7篇優秀論文中，電機系入選的2篇論文為僅有的2篇來自中國的論文。
《考慮海量運行場景的高比例可再生能源輸電網規劃方法》論文的第一作者為電機系博士生卓振宇，通訊作者為張甯副教授、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計劃“高比例可再生能源并網的電力系統規劃與運行基礎理論”的支持下展開。
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确定性，電力系統的“運行方式”将更加複雜化、分散化、差異化。因此在規劃模型中需要考慮海量運行場景，但将大量的運行場景往往會帶來巨大的計算負擔，甚至導緻無法求解。傳統場景削減方法難以把握場景削減的數量，且無法保證解的全局最優性。如何權衡場景全面性與計算效率問題是高比例可再生能源電網規劃的難點。該方法基于Benders分解法和多參數規劃方法，根據每個場景對最優解的影響進行聚類，可以加速随機規劃問題的求解，保持解的最優性。在benders分解法中，每個場景會通過生成benders割對規劃結果産生影響。可以基于多參數規劃方法解析地獲得每個場景對Benders疊代求解過程的影響。該研究以此作為依據對場景進行聚類，将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等測試系統上行進行了應用分析。計算效率相比傳統benders分解法提升6倍以上。
圖1 論文算法結構示意 本文算法根據場景對疊代過程影響進行動态聚類，避免子問題重複計算，減輕計算負擔
《考慮異構非線性節點動态的電力系統分布式穩定性條件》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“支持大量異構分布式能源廣泛靈活接入的通用控制協議研究”和國家自然科學基金聯合基金項目“分布式發電集群接入自治控制及運行”的支持下展開。
随着大規模可再生能源的接入以及負荷側的再電氣化過程，海量特性各異的電源、負荷、儲能等動态裝備接入現有電力系統，使得系統中動态元件數量激增。傳統的電力系統穩定性分析方法需要收集全系統信息并在控制中心集中計算。然而系統規模急劇擴大，集中式的分析方法将面臨計算負擔、通信負擔等嚴峻挑戰。面對強非線性、強耦合且高度異構的電力系統，如何實現穩定性分析的可擴展性是亟需解決的關鍵問題。本文提出了一種基于輸出微分無源性的分布式穩定性分析方法，系統整體的穩定性條件可以分解節點+網絡兩部分。各節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，網絡部分的條件僅與潮流有關而不涉及設備内部信息，從而實現穩定性分析的可擴展性并能兼容不同種類的動态設備。基于該方法可以構建異構非線性設備并網的穩定性條件，有望進一步形成設備通用穩定控制協議，從而以分布式自趨穩的形式保證複雜電力系統的安全穩定運行。基于IEEE 39節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整體的穩定性，且保守性較低。
圖3 節點動态與網絡耦合關系示意圖。海量異構非線性節點動态通過輸入-輸出端口經電氣網絡相互耦合形成一個複雜電力系統，本文所提方法将系統整體的穩定性分解為節點部分微分無源性指标與網絡耦合部分指标的比較
圖4 節點動态輸出微分無源性與系統暫态穩定性的關系。在IEEE-39系統不同節點模拟短路故障，節點動态的輸出微分無源性越強（由無源性指标定量刻畫），則故障的臨界清除時間（CCT）越長，表明暫态穩定性越好。
Best paper名單官網鍊接
https://ieeexplore.ieee.org/document/9358108
論文原文鍊接
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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