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欢迎阅读IEEE Transactions on Power Systems期刊2025年issue4文章推送（第1期/共6期）。本期推送共包含11篇研究论文简介，内容聚焦于新型电力系统优化运行与安全控制领域，涵盖碳感知最优潮流、电压安全评估、随机场景缩减、多稳定性风险评估、微电网网络安全、P2P能源交易、风电场电压控制、直流微电网分布式控制、分布鲁棒优化以及电热综合能源系统协同优化等前沿研究方向，集中展现了高比例可再生能源接入背景下电力系统运行与控制的最新理论创新和技术突破。
本期目录
📖 第1篇：碳感知最优潮流：电力系统碳足迹主动管理新方法
📖 第2篇：基于同步相量数据的无监督机器学习方法增强在线电压安全评估
📖 第3篇：面向电力系统随机运行的问题驱动场景缩减框架
📖 第4篇：基于图神经网络的电力系统实时多稳定性风险评估与可视化方法
📖 第5篇：矩阵编码赋能网络物理微电网中初级虚假数据注入攻击的影响缓解
📖 第6篇：可重构配电网中P2P交易的分布式协作方法
📖 第7篇：基于储能边界分析的大规模风电场最优协调事后电压控制
📖 第8篇：时变延迟与复合噪声下多母线直流微电网的分布式一致性控制
📖 第9篇：基于相对熵的分布鲁棒联合机会约束最优潮流
📖 第10篇：动态运行边界集成协同能源交易：一种公平分配方法
📖 第11篇：电气与区域供热网络集成系统的机会约束协同优化
📖 第1篇
📌 碳感知最优潮流：电力系统碳足迹主动管理新方法
Carbon-Aware Optimal Power Flow
作者：Xin Chen，Andy Sun，Wenbo Shi，Na Li
随着电力行业深度脱碳需求日益迫切，本文提出了一种创新的碳感知最优潮流（C-OPF）方法，为电力系统决策提供了碳足迹主动管理的新范式。该研究发表于IEEE Transactions on Power Systems 2025年7月刊，标志着电力系统优化理论的重要突破。传统最优潮流（OPF）模型主要关注经济性目标，而C-OPF在此基础上集成了碳排放流方程和约束条件，实现了电力潮流与碳流的协同优化。本质上，C-OPF可视为传统OPF的碳感知泛化，为电网 decarbonization 决策建立了理论基础。
研究团队从三个维度做出了重要贡献：首先，首次建立了适用于有损电网的通用C-OPF数学模型，并严格证明了碳排放流方程的可行性和解唯一性条件；其次，提出了一种重构技术，通过引入对偶功率流变量和互补约束，解决了C-OPF模型中功率流向不确定的关键问题；第三，开发了两种新型储能系统碳足迹模型，为储能系统的低碳运营提供了量化基础。
与仅将碳排放成本纳入目标的传统OPF方案相比，C-OPF具有三大显著优势：能够精细表征和管理电网碳足迹而非仅关注系统总排放；可灵活建模不同利益相关方的全局和局部脱碳目标；集成了需求侧碳核算机制，通过碳感知电力调度和需求响应优化终端用户的碳足迹。
数值仿真结果表明，相较于传统OPF方案，C-OPF方法能够有效协调各类能源资源，在满足碳排放约束的同时实现电网经济运行。特别是在储能系统碳建模方面，研究提出的“水箱模型”精确模拟了储能单元中虚拟存储的碳排放动态，以及由储能能量损失引起的碳泄漏，为储能系统的碳核算提供了严谨框架。
这项研究为电力系统碳感知决策奠定了方法论基础，未来可在碳感知需求响应、碳-电联合市场设计等领域产生广泛应用，推动电力行业向碳中和目标加速迈进。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10807052
📖 第2篇
📌 基于同步相量数据的无监督机器学习方法增强在线电压安全评估
Unsupervised Machine Learning Approach to Enhance Online Voltage Security Assessment Based on Synchrophasor Data
作者：Han Gao，Deyou Yang，Yanling Lv，Lixin Wang
随着电力系统负荷规模的持续增长和可再生能源发电的弱电压支撑特性，电压稳定问题日益突出，已导致多起电压崩溃事故。电压安全问题可归因于无功功率资源与无功损耗及负荷之间的不平衡关系。传统基于系统建模的雅可比矩阵计算方法在实际应用中存在局限性。为此，本文提出了基于同步相量数据的Q/V灵敏度指标进行在线电压安全监测，采用时间滑动窗口技术获取多个Q/V灵敏度，并统计分析得到平均值以提高可靠性。
由于大规模可再生能源发电系统的高随机性和测量噪声，Q/V灵敏度中存在异常值。本文首次基于经验累积分布的异常检测方法（ECOD），提出无监督机器学习增强的在线电压安全评估方案，无需假设数据整体分布，适合电力系统动态特性。
ECOD方法计算样本的异常概率和异常分数，超过阈值则消除异常样本。具体步骤包括计算Q/V灵敏度、估计左右尾经验累积分布函数、计算偏度系数，以及聚合尾部概率获得最终异常分数。
在CSEE-VS标准测试系统上的仿真结果显示，ECOD相比iForest和自编码器算法，具有更高准确度和更少计算时间。异常值消除后，Q/V灵敏度平均值由135.20优化至78.77，更贴近基于模型方法结果，准确反映电压安全变化趋势。
该创新方法为电力系统在线电压安全评估提供了更可靠、高效的技术支持，具有重要工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10937098
📖 第3篇
📌 面向电力系统随机运行的问题驱动场景缩减框架
Problem-Driven Scenario Reduction Framework for Power System Stochastic Operation
作者：Yingrui Zhuang，Lin Cheng，Ning Qi，Mads R. Almassalkhi，Feng Liu
随着可再生能源和新型负荷在电力系统快速接入，系统运行面临波动性和不确定性的增长。基于场景的随机优化（SBSO）有效应对不确定性，但传统场景缩减方法仅关注分布近似，低效逼近问题最优性。本文创新提出了问题驱动场景缩减（PDSR）框架，将随机优化结构融入缩减过程。
核心创新包括：定义最优性间隙（OG）指标分析缩减影响；提出问题驱动距离（PDD）度量量化场景决策适用性；将场景划分与代表选择转化为混合整数线性规划（MILP）问题；并引入事前、事后评估指标衡量性能。
数值实验应用于主动配电网调度和机组组合问题。结果显示PDSR准确识别关键场景（如最坏情况），在可接受计算时间内实 小于0.1%的最优性间隙，较九种先进方法性能提升高达十倍。
该方法为电力系统随机运行
提供了高效精确的决策支持工具，适用于经济调度及 不确定性能源系统优化，为运营商优化调度提供理论与实践指导。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10816526
📖 第4篇
📌 基于图神经网络的电力系统实时多稳定性风险评估与可视化方法
Real-Time Multi-Stability Risk Assessment and Visualization of Power Systems: A Graph Neural Network-Based Method
作者：Qifan Chen，Siqi Bu，Huaiyuan Wang，Chao Lei
随着可再生能源渗透率提升及系统故障不确定性增加，传统单一稳定性评估难以满足需求。本文提出基于图神经网络（GNN）的实时多稳定性风险评估方法，同时处理转子角稳定性、电压稳定性、频率稳定性及换流器驱动稳定性，全面覆盖多类稳定风险。
方法构建运行图与扰动图作为GNN输入特征，采用初始残差恒等映射的图卷积层，有效学习拓扑关联，且通过GraphNorm解决过平滑问题，提升泛化能力。
在IEEE 39节点、179节点WECC及英国电网系统上验证，模型能基于实时数据连续预测多类稳定性风险概率，并利用alpha形状算法可视化稳定/不稳定区域。与传统方法相比，计算效率提升超99.94%，实现秒级响应。
该研究首次实现面向实时运行的多稳定性风险评估，能同时评估并识别主导稳定性问题，所提供的可视化技术为运营商制定针对性策略提供重要依据，保障高新能源接入下电网安全稳定运行。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10819251
📖 第5篇
📌 矩阵编码赋能网络物理微电网中初级虚假数据注入攻击的影响缓解
Matrix Coding Enabled Impact Mitigation Against Primary False Data Injection Attacks in Cyber-Physical Microgrids
作者：Mengxiang Liu，Xin Zhang，Chengcheng Zhao，Ruilong Deng
随着微电网中可再生能源大规模接入，网络安全挑战加剧。针对初级控制器虚假数据注入攻击（PFDIA），通过向传感器通道注入偏差伪造物理状态，可能导致破坏性控制命令。现有缓解方案因实时性要求高而难以有效应对。
本文提出基于矩阵编码的时空高效影响缓解方案，交替使用可逆编码矩阵对测量数据编码。检测PFDIA后激活两个半降采样的未知输入观测器（UIO），快速获得编码和非编码残差，递归重构偏差矢量，移除恶意影响。
理论分析证明，在连续偏差注入情况下，编码矩阵合适选择能保证稳态重构误差有界。编码矩阵设计进一步优化实现重构稳定性和编码隐蔽性，降低系统噪声对误差影响。方案无需额外硬件，满足初级控制的毫秒级实时性。
在网络物理协同仿真及全硬件微电网平台实验验证，方案准确重构连续与间断偏差注入，稳态电压、电流重构误差分别小于0.4V和0.1A，在同时篡改电压、电流时表现突出。
该研究填补针对初级控制器传感器数据攻击的缓解空白，提升了微电网网络弹性，其轻量化计算特性使其适合集成实时控制，具有重要工业应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10836761
📖 第6篇
📌 可重构配电网中P2P交易的分布式协作方法
Distributed Collaboration Method for Peer-to-Peer Transactions in Reconfigurable Distribution Network
作者：Chenggang Mu，Tao Ding，Yuhan Huang，Shanying Zhu，Pierluigi Siano，Mohammad Shahidehpour，Xin Shen
随着分布式能源广泛接入主动配电网，点对点（P2P）交易应运而生，实现新能源共享。但P2P交易时间动态性对固定拓扑构成挑战，易引发拥塞和电压偏差。本文构建创新的双层P2P-配电网重构协作框架，融合P2P交易与网络重构，实现时空灵活协同优化。
底层，产消者通过分布式P2P机制优化分布式发电机、储能、暖通空调及时移负荷，最小化用能成本。采用交替方向乘子法实现去中心化协商，保护隐私且确保市场均衡。上层由配电运营商通过多时段网络重构优化开关状态，考虑交流潮流及图论启发式约束，降低网损提升安全。
创新开发双层迭代分布式算法，通过二进制变量约减，将混合整数二阶锥规划转换为线性规划和二阶锥规划交替求解，理论证明收敛性。改进IEEE 33节点案例验证该方法：与无P2P和无网络重构基线相比，分别降低网损85.52%和75.93%，且显著改善电压分布均匀性。
研究为高比例分布式能源接入配电网运营提供新思路，通过市场和物理网络的深度耦合，实现效率与安全两重提升，对智能配电网建设意义重大。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10804212
📖 第7篇
📌 基于储能边界分析的大规模风电场最优协调事后电压控制
Optimal Coordinated Post-Event Voltage Control With Energy Storage Boundary Analysis for Large-Scale Wind Farms
作者：Juan Wei，Lai Wei，Sheng Huang，Bozhong Wang，Guohang Huang，Feifan Shen，Pengda Wang
随风电渗透率不断提升及大规模风电场建设，风电的波动性和间歇性对电力系统动态稳定构成挑战。风电场故障穿越能力成为保障安全稳定运行的关键。本文提出一套基于储能边界分析的最优协调事后电压控制（OPVC）方法，提升风电场故障穿越能力并减少功率损失。
创新点包括：量化风机变流器电流可行区域，评估风力机转子动能存储潜力，该动能可减少故障期间能量损失；建立分层模型预测控制框架，上层控制器优化功率参考以维持电压规范，下层通过优化d轴和q轴电流参考值快速调节直流母线电压。
与传统控制方案相比，OPVC更有效抑制直流母线电压波动，最大化动能存储及动态电压支撑潜力。仿真验证涵盖不同风速、变流器容量、系统参数及故障类型，表现出优异鲁棒性。尤其在深度电压跌落情况下，动能存储能力提升66.13%，显著增强连续故障穿越性能。
该方案为解决大型风电场电压连续波动的安全稳定问题提供有效技术，助力高比例可再生能源电力系统安全稳定运行，应用价值突出。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10777611
📖 第8篇
📌 时变延迟与复合噪声下多母线直流微电网的分布式一致性控制
Distributed Consensus Control for Multi-Bus DCMGs Under Time-Varying Delays and Compound Noises
作者：Shengxin Sun，Gulizhati Hailati，Da Xie
随着直流电力转换技术进步，直流微电网（DCMG）凭借灵活整合太阳能、储能和负载的优势被广泛研究。多母线直流微电网通过连接多个单母线微电网，提升可靠性，是当下研究热点。主要挑战在于设计高效可靠的二次控制，协调新能源及储能，实现母线电压恢复与功率分配。
分布式一致性控制基于协同控制理论，通过稀疏通信网络实现邻接代理信息交换，兼顾通信负担与控制可靠性。实际通信环境下，时变延迟与复合噪声（加性与乘性噪声）严重影响控制性能，现有研究多聚焦单一噪声或固定延迟，缺乏针对复杂环境的系统分析与控制设计。
本文提出新的分布式一致性控制策略，针对时变延迟和复合噪声，提出随机延迟微分方程模型，基于随机稳定性与代数图论，推导均方强一致性充分条件，并设计一致性性能定量评估，解决非线性约束优化问题。
理论及仿真均表明，该控制策略显著抵御时延与噪声干扰，保证复杂通信环境下系统稳定，且具备优越收敛速度。适用于偏远离网电力系统及城市分布式电动汽车充电等场景，具备广泛工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10834538
📖 第9篇
📌 基于相对熵的分布鲁棒联合机会约束最优潮流
Distributionally Robust Joint Chance-Constrained Optimal Power Flow Using Relative Entropy
作者：Eli Brock，Haixiang Zhang，Javad Lavaei，Somayeh Sojoudi
可再生能源大比例接入下，处理其出力不确定性成为最优潮流（OPF）核心挑战。传统鲁棒优化虽保证最坏情况安全性，但过度保守导致成本高；机会约束优化（CCOPF）允许小概率违反，实现经济与安全平衡，但多依赖不确定性分布先验，存在效率与鲁棒性矛盾。
本文提出基于相对熵的分布鲁棒优化（DRO）方法，构建以经验分布为中心的相对熵模糊集，解决传统机会约束对真实分布依赖较强难题。创新点：首次将相对熵模糊集应用于联合机会约束精确重构，避免椭圆或Bonferroni近似的保守性；严格证明样本外性能保障，保证方案在真实分布下安全约束概率；理论验证方案为同保障水平中最低运行成本。
通过IEEE 14节点和300节点测试，验证交流/直流OPF模型中控制约束违反概率在1%-10%内。相较Wasserstein度量和矩估计，成本降低3%-8%。例如14节点系统仅需剔除2%最坏场景，实现90%联合约束满足，传统方法需剔除逾5%。
此方法为高比例新能源接入电力系统提供兼顾严谨理论与实用价值的新调度思路，促进经济与安全并进的现代电网优化。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10834573
📖 第10篇
📌 动态运行边界集成协同能源交易：一种公平分配方法
Dynamic Operating Envelope-Integrated Cooperative Energy Trading: A Fair Allocation Approach
作者：M. Imran Azim，Md Murshadul Hoque，Mohsen Khorasany，Reza Razzaghi，Mahdi Jalili，David J. Hill
随着太阳能光伏和储能等分布式能源普及，本地能源市场提供用户降低能源成本机遇。但点对点交易带来自主灵活优势同时，面临电网完整性与分配公平性挑战。本文提出创新的动态运行边界集成协同能源交易公平分配方法，兼顾网络完整性及用户无偏见财务收益。
首先，提出基于配电网模型的动态运行边界计算方法，采用统一出口和进口削减确保网络分配公平。基于三相交流潮流分析，动态分配出口进额，遇网络问题时通过迭代调整出口和进口功率，最小化削减量。
其次，设计了基于联盟图游戏的P2P交易机制，捕捉参与者双边谈判，通过最大化联盟价值确定最优交易量和价格。理论证明联盟图结构超可加，为参与者创造更优财务回报。
分析机制基本特性证明合作盈利能力、支付分配稳定性和公平性，公平性指数接近1，表明参与者高度满意。澳大利亚真实低压配电网验证显示，方法不仅维持网络约束，还使联盟参与者样本日多获得0.9和0.76澳元收益。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10777544
📖 第11篇
📌 电气与区域供热网络集成系统的机会约束协同优化
Chance Constrained Co-Optimization of Integrated Electrical and District Heating Networks
作者：Sai Pavan Polisetty，Firdous Ul Nazir，Bikash C. Pal
随着全球能源转型加速，集成电气与供热系统因其成本效益与运行灵活性备受关注。但可再生能源间歇性和随机性带来优化调度挑战，负荷不确定性可能导致电压和温度越限，威胁系统运行安全。
本文提出基于规则的机会约束协同优化方法，有效应对高比例新能源接入带来的不确定性。开发考虑不确定负荷与新能源的协同优化算法，通过动态调度电锅炉功率与新能源削减，显著降低运行成本与网络损耗。
以IEEE 15节点配电系统与英国95节点测试模型验证，方案相较确定性方法大幅减少电压偏差和温度违规。研究创新：建立电气与区域供热通用协同优化模型，提出确定性和机会约束优化框架，设计新颖调度规则，采用场景缩减解决计算难题。
该研究对促进高比例新能源系统安全稳定运行及多能源系统协同优化具有重要意义，推动能源低碳转型。此外，利用分支流模型确保配电系统建模精确，区域供热采用恒流变温控制简化优化，场景缩减平衡效率与精度。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10834571
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