综述：关于宽带振荡的集中控制技术综述及分布式控制技术的发展前景

《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：A review of centralized control technologies and prospects of distributed control technologies for wideband oscillations

新型电力系统双高特征引发宽带振荡，现有集中式控制技术存在普适性不足、效果有限等问题。本文提出分布式测量、源识别与协同控制技术框架，重点突破交直流转换建模、广域分布式测量、局部源精准辨识及多节点协同控制等关键技术，为应对时变振荡特性提供新思路。

　　

雷晨|李浩志|谢晓荣|刘玉龙|林一豪

北京大学能源研究所，中国北京市海淀区，100871

摘要

作为新型电力系统面临的关键稳定性挑战之一，宽带振荡由于其宽频率范围和复杂的传播机制，对系统安全和稳定运行构成了严重威胁。本文分析了新型电力系统中宽带振荡的基本特征，包括分布式电源和时变阻尼。本文阐明了现有的集中式电源识别和控制技术的原理，指出了这些技术的局限性，如通用性差和效果不足。此外，本文还提出了宽带振荡的分布式测量和控制技术的前景。特别关注了交流-直流转换建模与分析、分布式测量、局部化电源识别以及分布式协调控制，并阐述了关键技术及以需求为导向的通用研究方法。

引言

在“碳达峰和碳中和”的目标下，新型电力系统中新能源和电力电子设备的比例显著增加，具有典型的“双高”特征[[1], [2], [3]]。这些“双高”电力系统中的电力电子设备与电网之间的多时间尺度动态相互作用容易引发频率从几赫兹到几千赫兹不等的宽带振荡现象[[4], [5], [6], [7], [8], [9]]。宽带振荡可能导致设备烧毁和系统停机等重大故障。例如，河北省固原的风电场[5]、新疆哈密的风电场[6]、张家口的可再生能源高压直流（HVDC）系统[7]、江苏省如东的海上风电-HVDC系统[8]以及南方电网泸西地区的高压直流输电系统[9]都经历了次同步/超同步振荡或高频振荡，导致了风力涡轮机烧毁、风电场停机、HVDC设备烧毁和系统停机等重大事故。因此，必须及时采取准确措施有效控制宽带振荡，以保障电站和电力系统的安全与稳定运行。

已有大量文献综述了宽带振荡的建模、测量和控制技术。例如，参考文献[10,11]详细介绍了宽带振荡的测量和电源识别方面的研究进展与挑战；参考文献[[12], [13], [14]]从能量和阻抗建模的角度回顾了宽带振荡的建模和风险分析技术；参考文献[[15], [16], [17], [18], [19]]分析和展望了微电网、风电并网系统和HVDC系统中宽带振荡抑制技术的研究进展。现有的宽带振荡测量、电源识别和控制技术主要集中在光伏和风电场的并网节点上，即获取并网节点的振荡特性，并在该节点实施一刀切的阻尼控制或紧急发电机跳闸控制。然而，在可变运行条件下，新型电力系统中的宽带振荡具有振荡源不确定、振荡频率/功率/阻尼时变等特征。现有的针对不同阶段的宽带振荡控制技术（包括集中式测量或控制技术）均存在通用性差、可行性不足、经济性不佳和控制效果差的问题。

然而，目前国内外对这些问题的分析仍然有限，也缺乏关于如何开展研究以解决这些问题的讨论。通过分析现有先进宽带振荡控制技术的挑战，本文进一步提出了宽带振荡的分布式测量、电源识别和控制的前景，并明确了需要紧急研究的关键技术难点，为行业提供了解决上述问题的新研究思路。

部分内容摘录

宽带振荡的典型特征

大规模新能源和高比例电力电子设备存在于新型电力系统中，进一步引发了宽带振荡。因此，宽带振荡具有振荡源不确定、起源分布广泛、不同振荡源的贡献各异、振荡能量在较大范围内传播以及振荡频率/功率/阻尼时变等典型特征。

宽带振荡的分布式测量、电源识别和控制技术的前景

如图4所示，宽带振荡的分布式测量、电源识别和控制技术是指在复杂电力系统中所有或关键电力电子设备上部署高精度、响应快速、易于安装且成本效益高的宽带振荡参数测量单元。这些单元能够获取所有或关键电力电子设备端口的宽带相位、阻尼、频率以及输入/输出宽带功率数据[57,58]。

研究概念和技术方向

总之，由电力电子设备之间的多时间尺度动态相互作用以及它们与电网之间的相互作用引发的宽带振荡，代表了一种新型的电力系统稳定性问题，也是制约新型电力系统发展的主要技术挑战之一[100]。随着新型电力系统中新能源和电力电子设备比例的逐步增加，宽带振荡事件将更加频繁发生，其特征为

结论

新型电力系统的“双高”特征导致了具有振荡源不确定、起源分布广泛、贡献变化、传播范围大以及振荡频率/功率/阻尼时变等特征的宽带振荡。这些特征使得现有的集中式宽带振荡源识别和控制技术在通用性、效果和经济性方面存在不足。

为应对这些挑战，本文提出了相应的解决方案

利益冲突声明

无。

致谢

本工作部分得到了国家自然科学基金（项目编号：52407076）和北京诺瓦计划（项目编号：20250484829）以及内蒙古自治区科技创新“突破”项目（项目编号：2025KJTW0008）的支持。