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欢迎阅读IEEE Transactions on Sustainable Energy期刊2025年issue3文章推送（第2期/共6期）。本期推送共包含10篇研究论文，聚焦于高比例可再生能源接入下电力系统的稳定性分析与控制优化，涵盖风电与光伏功率预测、双馈风电场频率协调控制、波浪能转换器阵列控制、构网型逆变器稳定性、多并网变流器系统脆弱性分析、抽水蓄能系统惯量支撑等前沿研究方向，为新型电力系统安全稳定运行提供重要理论方法和技术支撑。
这些研究不仅解决了新能源高比例接入引发的电网频率波动和电压稳定等关键问题，同时提供了具备良好实时性与鲁棒性的控制和评估方法，为推动绿色低碳转型贡献了重要的科技力量。
本期目录
📖 第1篇：考虑多状态变量耦合约束的双馈风电场功率支撑能力建模与频率协调控制
📖 第2篇：基于矩阵自适应校正的动态降维方法在高风电渗透率大电网电压相关TSCOPF中的应用
📖 第3篇：基于气泡熵融合与SCAD正则化的鲁棒模糊认知地图学习及其在太阳能发电预测中的应用
📖 第4篇：储能系统在波浪能硬件在环测试平台中的集成方法研究
📖 第5篇：全功率变流器变速抽水蓄能系统的惯量传输控制及其对电网频率的支撑作用
📖 第6篇：多并网变流器系统脆弱节点识别与控制参数灵敏度分析
📖 第7篇：基于Rollout方法的波浪能转换器阵列快速集中模型预测控制
📖 第8篇：基于阻尼反射能量函数构建的并网逆变器切换特性稳定性区域估计
📖 第9篇：风电并网双区域电力系统的分散式虚拟惯量控制
📖 第10篇：基于复变量设计的构网型逆变器功率控制方法
📖 第1篇
📌 考虑多状态变量耦合约束的双馈风电场功率支撑能力建模与频率协调控制
Modeling of Power Support Capability and Frequency Coordinated Control of DFIG-Based Wind Farm Considering Coupling Constraints of Multi-State Variables
作者：Jinxin Ouyang，Jianfeng Yu，Shoudong Xu，Shuqi Bi
随着可再生能源并网规模不断扩大，电力系统惯性水平持续下降，频率稳定面临严峻挑战。本文定义问题为双馈感应发电机（DFIG）风电机组功率支撑能力（PSC）受多状态变量耦合约束影响，提出通过分析机械功率动态变化建立多状态变量耦合PSC模型，揭示转子转速、桨距角和转子电流间的复杂耦合机理。创新点包括耦合约束建模、基于状态变量预测的PSC评估方法、以及频率协调控制（FCC）策略设计。
从实现层面，构建考虑转子转速、桨距角、转子电流耦合约束的PSC表征模型，开发基于运行状态差异的功率分配算法，并通过仿真验证方法能合理避免转子转速越限与转子电流过载风险，确保控制精度和稳定性。
在多场景风速下，仿真数据证明所提方法将系统频率最低点由49.85Hz提升至49.87Hz，显著提升了频率稳定性，验证了PSC评估精确性和频率协调效能。研究成果为高比例新能源电网频率稳定控制提供了重要技术支撑。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10812855
📖 第2篇
📌 基于矩阵自适应校正的动态降维方法在高风电渗透率大电网电压相关TSCOPF中的应用
Matrix Adaptive Correction-Based Dynamic Dimensionality Reduction Method for Voltage-Related TSCOPF in Bulk Power Systems With High Wind Power Penetration
作者：Lin Xue，Tao Niu，Nan Feng，Sidun Fang，Yuyao Feng，Hung Dinh Nguyen，Guanhong Chen
针对高比例风电接入增加的大电网暂态安全约束最优潮流（TSCOPF）问题，文中提出了动态降维矩阵自适应校正（DDR-MAC）算法，该算法通过双层降维策略分别在母线和设备层面处理电压约束和机组动态模型，解决计算复杂度高问题。
具体实现上，基于凸多面体理论降维电压约束，采用经验格拉姆矩阵降阶法构建低阶等效模型，辅以降阶误差评估模型动态优化降阶阶数，确保准确性与效率兼顾。
通过IEEE及北欧测试系统验证，DDR-MAC算法相较传统方法计算效率提升了49.07%，同时保持了更高的精度，尤其适合高风电渗透下的动态无功储备评估，有效防止连锁故障，保障电网安全稳定运行。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10902439
📖 第3篇
📌 基于气泡熵融合与SCAD正则化的鲁棒模糊认知地图学习及其在太阳能发电预测中的应用
Learning a Robust Fuzzy Cognitive Map Based on Bubble Entropy Fusion With SCAD Regularization for Solar Power Generation
作者：Shoujiang Li，Jianzhou Wang，Hui Zhang，Yong Liang
针对太阳能光伏发电预测面临的间歇性与随机性挑战，提出基于气泡熵融合（BE）和平滑剪切绝对偏差（SCAD）正则化的鲁棒模糊认知地图（FCM）预测方法（BesFCM），提升特征表征与预测性能。
具体过程包含利用BE融合CEEMDAN和VMD两种模式分解提取稳定而判别性强的特征，结合模糊逻辑与神经网络构建高阶FCM模型，并开发基于SCAD正则化的学习算法缓解过拟合，提升泛化能力。
实验结果表明，在比利时多个地区及不同采样间隔数据集上，BesFCM相较ARIMA、SVR、LSTM等多种先进方法MAE、sMAPE、RMSE及nRMSE平均降低46%-76%，有效提升智能电网调度质量与备用容量减少，具备显著工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10869385
📖 第4篇
📌 储能系统在波浪能硬件在环测试平台中的集成方法研究
Integration of Electrical Energy Storage in Wave Energy Hardware-in-the-Loop Test Rigs
作者：Paula B. Garcia-Rosa，Rene A. Barrera-Cardenas，Giacomo Alessandri，Federico Gallorini，Mairead A. Cruz，Joao Cruz，Salvatore D'Arco
本文针对波浪能转换器（WEC）硬件在环（HIL）测试平台中因低频波动与高峰值功率带来的功率波动问题，提出将电能存储单元集成于测试平台的创新设计方法，显著降低对电网大容量连接的依赖和维护成本。
设计核心包括：基于测试类型和持续时间选择合适的储能技术，综合考虑储能单元退化、测试活动类别及平台年利用率，进行精准容量设计。数值仿真验证超级电容器以其高功率密度和快速响应特性，成为理想储能设备。
研究还发现测试加速因子与平台年使用率对储能系统寿命和容量需求影响显著。测试时间减半可延长寿命22%-140%，而年使用率增加五倍则寿命减少约4年。该成果为波浪能设备商业化和实际装置储能系统设计提供了重要工程指导。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10887246
📖 第5篇
📌 全功率变流器变速抽水蓄能系统的惯量传输控制及其对电网频率的支撑作用
Inertia Transmission Control of Full-Power Converter Variable-Speed Pumped Storage System for Grid Frequency Support
作者：Kaihsun Chuang，Xiongfei Tao，Yihang Luan，Minxuan Peng，Jianjun Sun，Xiaoming Zha
本文针对传统矢量控制限制了全功率变流器变速抽水蓄能系统（FPC-VSPS）同步电机向电网提供惯性的问题，提出基于直流电压同步概念的惯量传输控制方法。
控制策略核心包括电网侧变流器引入直流电容功率方程，并将直流电容动态特性馈入电机侧变流器控制环，实现同步电机至电网惯量的有效传输。基于扭簧-刚体等效模型，深入分析物理参数、控制系数与传输延迟对惯量传输性能的影响。
针对传输过程中的不足，提出基于惯量匹配的直流电容设计方法，兼顾物理惯量匹配、系统稳定性与安全性。仿真和实验结果显示新控制策略能在抽水和发电双模式下有效支撑电网频率，极大提升了系统惯量响应能力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10852016
📖 第6篇
📌 多并网变流器系统脆弱节点识别与控制参数灵敏度分析
Identification of Vulnerable Nodes and Sensitivity Analysis of Control Parameters for Multiple Grid-Connected Converter Systems
作者：Zhenxiang Liu，Yanbo Chen，Zhi Zhang，Jiahao Ma，Tao Huang
针对高比例可变可再生能源（VRE）并网引发的电力系统稳定性波动问题，本文提出了一种基于小信号稳定性分析的多并网变流器系统（MGCCS）脆弱节点定位方法，有效捕捉动态响应特性及静态工作点偏移的影响。
通过构建含无源母线的频域负反馈模型，推导出有源节点控制参数灵敏度函数和脆弱节点量化指标，提出结合有源节点与无源母线的联合补偿策略，提升系统稳定性和控制效率。
实验案例表明，方法能精准定位受静态工作点偏移影响最大的脆弱节点，并指导控制参数优化设计，为高比例VRE系统的安全稳定运行提供理论支撑和技术手段。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10813401
📖 第7篇
📌 基于Rollout方法的波浪能转换器阵列快速集中模型预测控制
Fast Centralized Model Predictive Control for Wave Energy Converter Arrays Based on Rollout
作者：Zechuan Lin，Xuanrui Huang，Yifei Han，Xi Xiao，John V. Ringwood
针对波浪能转换器（WEC）阵列集中控制计算复杂度高的问题，本文提出基于Rollout方法的快速集中模型预测控制（CMPC），仅优化前几个控制步长，利用固定控制器展开未来系统轨迹，有效降低计算负担。
设计了具备海况自适应调节策略的线性二自由度控制器作为Rollout控制器，确保控制器在不同海洋环境下维持优异性能。
仿真结果显示，R-CMPC在多种海况下实现了近似传统CMPC的能量输出，优化维度缩减6倍，计算速度提升约40倍，具备极佳的实时控制潜力和工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10923686
📖 第8篇
📌 基于阻尼反射能量函数构建的并网逆变器切换特性稳定性区域估计
Estimation of Stability Region for Grid-Forming Inverters Considering Switching Characteristics via Constructing Damping-Reflected Energy Functions
作者：Cong Luo，Shuhan Liao，Yajun Liu，Yandong Chen
针对构网型（GFM）逆变器在低电压穿越（LVRT）期间控制策略切换带来的暂态稳定性问题，本文提出基于阻尼反射能量函数的稳定性区域估计方法，首次综合考虑了阻尼耗散效应与无功功率控制环动态特性。
新能量函数引入参数λ来直观反映阻尼影响，显著降低了稳定性边界的保守度，提升了暂态稳定性预测准确性，降低20%以上的保守度优势经过仿真及硬件在环实验验证。
研究结果显示该框架能预测切换特性系统的故障稳定性及清除后恢复能力，且仅需系统最终阶段参数即可预测，无需全过程仿真，为新能源大量接入电网的安全运行提供理论支持。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10843855
📖 第9篇
📌 风电并网双区域电力系统的分散式虚拟惯量控制
Decentralized Synthetic Inertia Control for Two-Area Power Systems With Wind Integration
作者：Aldo Barrueto，Hector Chavez，Karina Barbosa
针对电力电子接口发电机（CIGs）大规模接入引发的频率稳定性问题，本文提出了一种基于数据驱动的双区域分散式虚拟惯量控制策略，适应互联电网中不同区域的暂态非相干频率行为。
通过利用智利电力系统真实运行数据构建两区域动态模型，采用线性变换将系统解耦为离散子系统，实现了免跨区域通信的本地变量控制，仅依赖频率偏差、机械功率及联络线功率交换。
仿真表明，分散控制在弱互联条件下与集中控制性能差异仅0.09%，稳态频率偏差小于0.02Hz，且在强互联场景同样稳定有效。相比区域独立控制，显著提升全局稳定性，防止非相干振荡引发失稳，为高比例新能源电网频率支撑提供低成本解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10906542
📖 第10篇
📌 基于复变量设计的构网型逆变器功率控制方法
Complex Variable Design for Power Control of Grid-Forming Inverter
作者：Xiangjun Quan，Dale Li，Zhixiang Zou，Qinran Hu，Zaijun Wu，Wei Gu，Huiyu Miao
本文创新性提出了复功率-相角（CPPA）模型，将传统的双输入双输出（DIDO）GFM逆变器功率控制系统转化为单输入单输出（SISO）系统，简化控制设计难度。
该模型定义复角的虚部为归一化幅值，实现有功功率控制（APC）与无功功率控制（RPC）的复变量化统一设计，仅依赖单一复传递函数（CTF）完成解耦和动态控制。
理论与实验验证，此方法在不同R/X比值条件下均展现出更优的动态响应与鲁棒性，相较传统虚拟同步发电机（VSG）和动态解耦控制，结构更简洁，控制性能更稳定，为GFM逆变器功率控制提供了创新路径和工程实用方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10854804
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