我校广西科学技术奖项成果系列展（三）新能源电力系统多元协同稳定控制与优化理论

在“碳达峰、碳中和”目标下，构建以新能源为主体的新型电力系统已上升到国家能源战略。新能源高比例接入大幅增加了发输配电系统的不确定性，使电力系统由荷端弱不确定性向源-荷双侧强不确定性转变，导致以传统同步机组调节为主的调控手段难以平衡由新能源引起的快速发电-负荷匹配问题，给电力系统安全稳定运行带来了前所未有的挑战。我校电气工程学院刘辉教授团队聚焦新能源电力系统实时平衡调控技术，在同步发电机稳定控制、电力系统集中-分散频率控制、电力系统不确定性优化与控制等方面取得了原创性研究成果，较为系统地建立了新能源电力系统多元协同稳定控制与优化理论，为解决新能源大规模消纳和支持“双碳”目标实现提供了关键理论和技术支撑。广西大学作为第一完成单位的成果《新能源电力系统多元协同稳定控制与优化理论》获广西科学技术自然科学一等奖。

创新点一：攻克了科学问题“同步发电机多目标协同稳定控制机理”，解决了“电力系统多目标控制与系统大范围渐近稳定性难以协同”的难题。

同步发电机是电力系统的核心设备，其复杂相似组合支撑电力系统同步稳定运行。然而，同步发电机多目标控制与系统稳定性存在复杂非线性耦合，导致系统稳定性判定(尤其是系统大范围渐近稳定性判定)难以兼顾多目标控制，致使系统动、静态性能难以协同。突破了多目标控制和系统动静态性能协调控制的协同难题，原创性地提出了目标全息反馈非线性控制设计方法，在双曲奇点邻域内揭示了多目标控制与系统动静态性能协同的机理;突破了电力系统大范围渐近稳定性和同步发电机组多目标控制的协同难题，原创性地提出了多目标协同系统大范围渐近稳定的非线性控制设计方法，揭示了同步发电机多目标控制和系统大范围渐近稳定性的作用机理。

创新点二：攻克了科学问题“支撑系统频率稳定的分布式储能协同控制”，解决了分布式储能聚合-分散与系统频率的协调控制难题。

新能源高渗透率导致电力系统频率调节能力不足，大规模分布式储能聚合可为新能源电力系统频率调节提供重要支撑。然而，分布式储能元件容量小、分布广，其支撑系统频率稳定的协同控制难以兼顾自身特性差异，需要刻画分布式储能的不确定性聚合特征和差异化调控能力，实现分布式储能聚合-分散与系统频率的协调控制。构建了分布式储能随机行为刻画的能量表征模型，实时映射分布式储能的功率随机特征，实现分布式储能功率随机性的储能需求有功度量，原创性地提出了分布式储能分散-自治的自适应频率下垂控制方法;构建了自动发电控制的调度表征模型以及集中调度和分散调控协同的分层控制框架，提出了分布式储能和同步发电机协同的电力系统二次调频控制方法，降低了风电对电网频率的冲击，削减了同步发电机的频繁调节;刻画了分布式储能有功调控能力优先级，提出了考虑优先级和调控能力聚合的系统频率紧急控制方法，削减了负荷刚性切除，有效降低了停电损失。

创新点三：攻克了科学问题“新能源电力系统不确性多目标协同优化”，突破了电力系统潮流计算鲁棒性建模以及系统不确定性优化和多元资源在线调控的难题。

新能源电力系统的强不确定性和多元资源的多维度复杂耦合，导致不确定性下系统运行风险与多主体协同控制困难，需要突破电力系统潮流收敛性和适应性建模难题，提升系统不确定性优化和多元资源在线调控能力，实现新能源电力系统的安全与经济运行。构建了节点功率松弛量表达范式，突破了经典潮流方程节点功率刻画的局限性，原创性地提出了基于节点功率松弛量调控网络潮流的非线性规划模型;构建了源-荷不确定性参数的概率表征，建立了含电压质量机会约束的电力系统在线随机滚动优化模型，原创性地提出了考虑多元分布式资源的电力系统多维多时域随机模型预测控制方法，攻克了多重不确定性因素下储能、分布式电源等多元资源协同的优化控制难题。

项目成果八篇代表作被欧美等51个国家或地区学者广泛引用和评价，包含50余位国内外院士和IEEE Fellow，被评价为“将所提出的先进非线性控制理论成功应用于励磁系统”、“是迄今为止，分布式储能荷电状态控制的两种典型方法之一”、“提出了一种更加先进通用的模型预测控制器”等，并应用于国家重点科技项目示范工程。

项目成果第一完成人刘辉教授是广西大学电气工程学院副院长、博士生导师，我校自主培养的第一位电气工程学科博士;是首批国家一流专业建设点负责人、首批教育部虚拟教研室负责人;担任了教育部教指委委员，中国电工技术学会理事，中国电工技术学会人工智能与电气应用专委会副主任委员，中国电机工程学会电工数学等专委会委员，国际电力顶刊IEEE Transactions on Smart Grid编委;主持国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金项目4项和广西杰出青年基金，发表学术论文100余篇，专利成果转化5项。

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