依托国家自然科学基金委企业创新发展联合基金集成项目“新型电力系统背景下的大电网异步分区规划与控制研究”，浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院（ZJUI）副教授刁瑞盛团队在构网型可再生能源稳定性分析与控制设计方面取得的重要研究成果，近日发表于电气工程领域国际旗舰期刊IEEE Transactions on Sustainable Energy（TSTE）。论文作者包括ZJUI2023级电气工程专业硕士研究生曾睿原、通讯作者刁瑞盛副教授、2022级电气工程专业博士研究生孙方圆，以及南方电网科学研究院的周保荣博士和李俊杰博士。

随着可再生能源（RES）接入规模的迅速扩大以及高压直流（HVDC）输电技术的不断进步，现代电力系统正逐渐演变为以电力电子设备为主导的复杂系统。然而，多样化的发电形式与控制策略虽提升了系统的灵活性，却使大电网在安全性和稳定性方面面临更加严峻的考验。尤其是由于电力电子设备过流能力较弱，系统在暂态过程中易因控制切换而引发一系列复杂的稳定性问题，其机理尚不清晰，亟需开展深入研究。

▲混杂系统理论、构网型新能源并网系统以及暂态演化过程

本研究发现，当系统运行进入特定虚拟功角（VPA）区域时，会出现两类由切换条件不一致性主导的新型稳定性问题，即反复电流饱和（R-CS）和持续电流饱和（C-CS）。其中，R-CS期间构网型新能源（GFM-RES）表现为异常电流源特性，易激发不利于系统稳定的高频振荡；而在C-CS期间，系统则面临持续过电压且无法自行恢复至初始运行状态的问题。

▲动态演化与控制切换耦合下，反复&持续电流饱和机理分析

为识别和防范上述稳定性风险并指导构网型新能源控制器设计，该文章提出了基于退出饱和域原理的新型R&C-CS判据及通用判别方法，并进一步设计了切换条件与动态特性解耦的控制策略，有效抑制R&C-CS问题。通过多场景单机与多机系统的高精度电磁暂态仿真验证，结果表明该策略在不同系统强度和故障类型下均能完全避免反复与持续电流饱和，并将暂态恢复时间缩短18.1%~32.3%。

▲反复&持续电流饱和预防控制策略设计

▲高精度电磁暂态仿真实验结果

TSTE期刊是由国际电气与电子工程师协会（IEEE）出版的国际权威期刊，影响因子10.0，年发文量仅193篇。该期刊隶属于IEEE Power & Energy Society，致力于可持续能源系统和技术的研究与发展，所涵盖的研究方向包括但不限于可再生能源系统（如风能、太阳能、生物质能等）的建模、控制与优化；电力电子变换技术；新能源与电网的集成方法等前沿课题。

刁瑞盛

副教授 / 研究员

刁瑞盛，浙江大学长聘副教授、博士生导师、能源清洁利用国家重点实验室研究员，他长期从事电网高精度仿真建模分析、高性能计算、优化控制策略等研究工作。刁瑞盛历任美国能源部西北太平洋国家实验室（PNNL）先进电网分析部门负责人。刁教授团队共发表高水平论文141篇、授权发明专利11项、出版电力科技书籍2章；曾获IEEE/IET最优论文奖7次、美国能源部国家实验室杰出贡献奖5次；2023年刁教授当选英国工程与技术学会会士（IET Fellow)。其团队所研发的一系列科技产品原型已被商业化，并在多家北美电力公司、中国国家电网公司、南方电网公司大规模使用。