東北電力大學李國慶教授科研團隊依托電力系統安全運行與節能技術國家地方聯合工程實驗室，主要開展電力系統安全性與穩定性、電力系統優化調度、柔性直流輸電技術、可再生能源集成、輸變電設備運行狀態監測與故障診斷、電能質量、綜合能源系統等領域的教學與科研工作。

團隊擁有教授5人、副教授7人，講師6人；博士生導師6人，碩士研究生導師15人；團隊有9名成員分別在田納西大學(UTK)、北卡羅萊納州立大學(NCSU)、北卡羅萊納大學夏洛特分校(UNCC)、麥吉爾大學(McGill University)等國外高校和科研機構留學與研修一年以上；先后培養博士研究生12人，碩士研究生300余人。

近年來，團隊承擔國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金委員會-國家電網公司智能電網聯合基金、國家自然科學基金項目和吉林省“雙十工程”重大科技攻關項目等國家、省部級科研項目70余項；承擔國家電網公司、南方電網公司、發電集團等科技項目150余項。獲國家科技進步獎二等獎2項、省部級科技進步一等獎4項、省部級科技進步二等獎10項、省部級科技進步三等獎2項。發表論文400余篇，其中SCI/EI期刊論文300余篇，ESI熱點論文3篇、高被引論文13篇，出版專著1部；獲授權發明專利50余項，美國發明專利1項。

研究背景

隨著我國區域電網互聯規模的日益擴大、新能源的大規模并網以及空調和工業電動機負荷的不斷增加，電力系統運行工況愈加復雜多變，暫態電壓穩定問題更加復雜，采用時域仿真法來評估暫態電壓穩定狀態，難以滿足暫態電壓穩定狀態實時評估的需要，亟需發展新的技術手段來解決該問題。

電力系統振蕩過程中電壓相位變化和電壓時間序列數據測量誤差是制約暫態電壓穩定評估模型構建的主要瓶頸，為此，本文提出了一種基于相位校正李雅普諾夫指數的電力系統暫態電壓穩定評估方法，以實現暫態電壓穩定狀態的快速、準確評估。

論文所解決的問題及意義

由于電力系統中直流輸電、新能源等電力電子設備的增多，以及電力電子設備的復雜調控過程，故障后的系統電壓振蕩特性更加復雜，采用電壓時間序列數據計算最大李雅普諾夫指數時將存在如下困難：（1）需解決因電壓振蕩過程中相位變化引起的時間窗口長度選取困難；（2）需抑制PMU測量誤差對暫態電壓穩定評估結果的影響。

本文提出一種基于相位校正李雅普諾夫指數的暫態電壓穩定評估方法。

首先，根據相空間重構理論及節點電壓幅值變化率-偏差的變化規律，將暫態電壓穩定評估問題轉變為關鍵節點電壓幅值變化率的最大李雅普諾夫指數軌跡分析問題；然后，在保留暫態電壓動態過程的情況下利用相位矯正方法重構初始時間窗口數據，消除電壓相位變化的影響，克服了現有基于最大李雅普諾夫指數進行暫態電壓穩定評估時，需預設初始時間窗口和觀測窗口長度的缺陷，進一步通過滑動平均值法抑制測量誤差的影響，實現暫態電壓穩定和失穩狀態的準確評估。

論文方法及創新點

基于相位校正李雅普諾夫指數（PCMLE）的暫態電壓穩定評估是通過合理選擇主導電壓分量類型和數量來高精度擬合初始時間窗口的電壓時間序列數據，有效計及直流電壓分量對電壓時間序列數據擬合結果的影響，進而借助主導電壓分量重構初始時間窗數據，待監測的電壓時間序列數據依然通過實測數據計算電壓幅值變化率，可在保留暫態電壓動態過程的前提下，有效避免故障切除后電壓振蕩過程中相位變化對暫態電壓穩定評估結果的影響，并引入控制參數調節電壓時間序列數據的時間間隔，平抑測量誤差對暫態電壓穩定評估結果的干擾。

（1）暫態電壓穩定和失穩兩種場景下暫態電壓穩定評估結果如圖1所示。可知，本文方法能快速判別暫態電壓穩定狀態，有效縮短觀測窗口長度。

圖1 電力系統暫態電壓穩定評估結果

（2）暫態電壓穩定和暫態電壓失穩場景的抗噪性能測試如圖2所示。本文方法相較于MLE具有較強的抗干擾能力，即使測量信號存在SNR為10dB的噪聲，仍能準確判別電力系統的暫態電壓穩定狀態。

圖2 干擾信號對暫態電壓穩定評估結果的影響

結論

本文提出一種基于PCMLE的電力系統暫態電壓穩定評估新方法，通過修改后IEEE-39節點系統和南方電網實際系統進行了仿真分析、驗證，相關結論如下：

圖3 相位校正前后電壓幅值變化率

（1）所提方法實現了基于數據驅動的暫態電壓穩定狀態評估，通過電壓時間序列數據在v′?Δv平面上能否匯聚來表征暫態電壓穩定狀態，將暫態電壓穩定評估轉化為關鍵節點電壓幅值變化率的PCMLE軌跡問題，具有嚴格的理論基礎。

（2）本文所提PCMLE方法能快速判別暫態電壓穩定狀態，有效縮短觀測窗口長度，且適用于暫態電壓延時失穩場景，在不同新能源接入量和柔性直流傳輸功率下，PCMLE依然能快速、準確的實現暫態電壓穩定評估狀態判別。

（3）本文所提PCMLE方法相較于MLE具有較強抗噪能力，在信噪比為10dB的量測信息中仍能準確判別暫態電壓穩定狀態，且適用于不同故障場景的暫態電壓穩定狀態判別，具有的較強魯棒性。

引用本文

王長江， 姜濤， 陳厚合， 李國慶， 劉福鎖. 基于相位校正李雅普諾夫指數的電力系統暫態電壓穩定評估[J]. 電工技術學報， 2021, 36(15): 3221-3236. Wang Changjiang, Jiang Tao, Chen Houhe, Li Guoqing, Liu Fusuo. Transient Voltage Stability Assessment of Power Systems Based on Phase Correction Maximum Lyapunov Exponent. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(15): 3221-3236.