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储能系统技术 储能系统 构网型GFM ★ 5.0

基于耗散的动力学感知学习方案用于网络化黑箱构网型逆变器的暂态稳定性分析

Dissipation-Based Dynamics-Aware Learning Scheme for Transient Stability Analysis of Networked Black-Box Grid-Forming Inverters

作者 Zhong Liu · Jialin Zheng · Xiaonan Lu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年9月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 暂态稳定分析 黑箱逆变器 耗散动力学感知学习方案 神经网络 李雅普诺夫函数
语言:

中文摘要

基于耗散性的稳定性分析方法借助李雅普诺夫函数,在评估基于逆变器的电力系统暂态稳定性方面应用广泛。然而,特定厂商的逆变器控制方案具有专有性,这常常导致逆变器模型成为“黑箱”,透明度有限。同时,目前仍需要一个“通用”的暂态稳定性评估框架,以替代当前实践中通常采用的针对特定案例的设计。为克服这些局限性,本文提出了一种基于耗散性的动态感知学习方案,用于对含网络化黑箱型电网形成逆变器的电网进行暂态稳定性分析。与传统的黑箱建模方法不同,传统方法学习逐点轨迹映射作为输出特性,而所提出的方法直接学习状态变量的导数,以揭示支配系统演化的底层动态特性。利用神经网络(NN)的通用逼近能力,首先用一个神经网络捕捉未知的系统动态特性。随后,从该神经网络采样的数据用于训练另一个表示李雅普诺夫函数的神经网络。所提出的双层方法无需明确的系统模型,即可对高度非线性系统进行通用的暂态稳定性评估,使其适用于各种实际场景。本文通过案例研究验证了所提方法的有效性。

English Abstract

Dissipation-based stability analysis, leveraging Lyapunov functions, is popular for assessing the transient stability of inverter-based power systems. However, the proprietary nature of vendor-specific inverter control schemes often results in “black-box” inverter models with limited transparency, while there remains a need for a “generalized” transient stability assessment framework, as opposed to the case-specific designs typically employed in current practice. To address these limitations, this letter proposes a dissipation-based dynamics-aware learning scheme for transient stability analysis of power grids with networked black-box grid-forming inverters. Unlike classical black-box modeling approaches that learn point-wise trajectory mappings as output characteristics, the proposed method directly learns state variable derivatives to uncover the underlying dynamics that govern system evolution. Leveraging the universal approximation capability of neural networks (NNs), the unknown system dynamics are first captured by a NN. Subsequently, data sampled from this NN facilitates the training of a separate NN that represents the Lyapunov function. The proposed bi-level approach enables generalized transient stability evaluation for highly nonlinear system without requiring explicit system models, making it applicable to diverse practical scenarios. Case studies are presented to show the effectiveness of the proposed method.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于耗散理论的黑箱构网型逆变器暂态稳定性分析技术具有重要的战略价值。随着我司大规模储能系统和构网型逆变器在高比例新能源电网中的广泛应用,系统暂态稳定性评估已成为制约项目落地的关键技术瓶颈。

该技术的核心创新在于突破了传统方法对精确数学模型的依赖,通过神经网络直接学习系统动态特性和李雅普诺夫函数,实现了"黑箱"条件下的通用化稳定性评估。这对阳光电源具有双重意义:一方面,可在保护核心控制算法知识产权的前提下,向电网运营商提供可信的稳定性评估工具,有效解决当前并网评估中因控制策略保密导致的技术壁垒;另一方面,该方法的通用性使其能够适配不同厂商设备混合组网场景,这对我司参与大型新能源基地建设和多元化储能项目极具实用价值。

从技术成熟度看,该方法仍处于学术验证阶段,向工程应用转化需要解决数据采集完备性、神经网络训练效率、实时计算能力等挑战。特别是在复杂电网拓扑和极端工况下的泛化能力,需要大量实测数据验证。然而,这也为阳光电源提供了技术机遇:我司拥有海量实际运行数据和丰富的项目场景,可与学术机构合作推动该技术的工程化落地,将其集成到能量管理系统和电网仿真平台中,形成差异化的技术竞争优势,提升系统级解决方案的附加值,并为未来虚拟电厂和源网荷储协同控制奠定技术基础。