华北电力大学李庚银教授团队：Koopman响应驱动预测控制的光伏并网系统次同步振荡鲁棒抑制策略研究

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导语

为应对大规模光伏并网易引发的次同步振荡问题，华北电力大学李庚银教授团队在《电工技术学报》2026年第2期提出Koopman响应驱动预测控制的次同步振荡鲁棒抑制策略。研究人员基于系统行为学理论将光伏并网系统进行了有限时域数据重构，并在Koopman线性化观测空间中准确辨识了非线性系统的动态行为；进而，将系统行为的辨识、预测与控制融入滚动的最优控制策略设计中，并引入正则化与松弛技术以增强控制鲁棒性，实现次同步振荡的在线抑制。通过时域仿真和硬件在环实验，在噪声干扰、参数变化、源/荷波动、电网拓扑变化等不确定条件中，验证了抑制策略的有效性、鲁棒性和实用性。

研究背景

为实现“碳达峰、碳中和”战略目标，以光伏为代表的新能源装机容量持续跨越式增长。然而，光伏发电的弱抗扰性与低阻尼特性导致其与电网动态交互时易引发次同步振荡，危害电力系统的安全稳定运行。由于光伏并网系统具有高维复杂、强非线性、强不确定等特点，传统基于精确数学模型的振荡抑制策略失效风险加剧。与此同时，纯数据驱动方法存在可解释性差、计算成本高、难以实时部署等缺陷。因此，面向新型电力系统的工程需求，亟需一种不依赖精确模型、鲁棒性强、可在线实时应用的次同步振荡抑制新技术。

论文所解决的问题及意义

针对传统次同步振荡抑制策略依赖精确模型的局限性与纯数据驱动控制存在可解释性差、实时性不足的问题，本文设计了Koopman响应驱动预测控制的次同步振荡鲁棒抑制策略（KRDPC-SRSS）。所提出的Koopman响应驱动预测控制框架，突破传统模型依赖，实现了非线性系统动态行为的准确辨识与预测；通过正则化与松弛技术增强了控制鲁棒性，有效应对了量测噪声、参数变化、源/荷波动等不确定性。实验验证表明，所设计振荡抑制策略可显著提升光伏并网系统动态稳定性，为新型电力系统安全稳定运行提供技术支撑。

图1 光伏并网系统KRDPC-SRSS的设计框架

论文方法及创新点

1、本文构建了Koopman响应驱动预测控制的次同步振荡抑制框架

利用Koopman算符将非线性系统映射至线性观测空间，解决系统行为学理论在非线性系统中的扩展难题；将系统行为的辨识、预测与控制有机融入单一的线性二次型优化问题中，能够实现在线多步滚动优化，从而抑制次同步振荡。

图2 含光伏并网的IEEE 39节点系统各场站角频率与联络线有功功率的响应曲线

2、提出了鲁棒性增强的Koopman响应驱动预测控制策略

引入L2正则化与松弛变量，从理论层面证明策略的鲁棒增强机理，解决预测模型与实际状态失配问题，提升控制策略在噪声干扰、参数变化等场景下的鲁棒性。

图3 [-0.001, 0.001]量测噪声下的受控系统响应曲线

图4 [-0.05, 0.05]量测噪声下的受控系统响应曲线

表1 不同量测噪声下三种抑制策略的预测与控制性能

3、设计最优控制律解析表达的快速求解方法

降低次同步振荡抑制策略的计算复杂度，将单步计算时间压缩至27μs，满足工程实时性要求。

图5 受控光伏并网系统的硬件在环实验平台

结论

1）提出了结合Koopman算符的系统行为学理论，实现了非线性系统的有限时域数据重构，所提响应驱动预测模型能够准确辨识非线性特征显著的光伏并网系统的次同步振荡行为。

2）相比线性控制策略或基于确定性等式约束的控制策略，Koopman响应驱动预测控制策略具有更准确的预测性能与更可靠、鲁棒的控制性能。

3）开发了最优控制律解析表达的快速求解方法，硬件在环实验表明，所提次同步振荡抑制策略可实现毫秒级单步控制指令计算，具备实际工程推广潜力。

团队介绍

李庚银教授团队依托新能源电力系统全国重点实验室，长期致力于新能源电力系统分析与控制研究。团队负责人李庚银曾任国务院学位委员会第七届电气工程学科评议组成员，享受国务院颁发的政府特殊津贴，现为华北电力大学电气工程学科责任教授，研究方向涵盖新能源电力系统分析与控制、先进输电技术、能源电力经济等，主持完成国家重点研发计划项目“城区用户与电网供需友好互动系统”、“响应驱动的大电网稳定性智能增强分析与控制技术”课题2项，主持完成国家自然科学基金重大项目课题/国际合作重点项目/面上项目4项，目前主持智能电网国家重大科技专项课题“安全稳定约束下高负荷密度受端电网拓扑优化和自动规划技术”。获省部级和行业学会科技奖励10余项，发表学术论文500余篇，授权国家发明专利30余项，主编出版国家级规划教材1部。

王子涵

工学博士，研究方向为数据驱动的新能源电力系统动态分析与稳定控制。现就职于国网浙江省电力有限公司电力科学研究院电力系统研究所。

郑乐

工学博士，华北电力大学副教授，IEEE PES动态电力系统人工智能应用分技术委员会委员，IEEE-ICPET国际会议共同主席。长期从事电力系统稳定分析与控制、人工智能在电力系统应用等领域研究工作。

曹竣淇

在读硕士研究生，研究方向为新能源电力系统的稳定性分析。

伍珀苇

工学硕士，新能源电力系统的稳定控制。

李佳晏

工学博士，研究方向为新能源并网的稳定性分析。

李庚银

华北电力大学教授，博士生导师，电气工程学科责任教授，国务院政府特殊津贴获得者，国务院学位委员会第七届电气工程学科评议组成员。长期从事电力系统规划、分析、运行、控制等领域研究工作，在新能源基地外送系统规划、电力用户与电网供需友好互动、新能源电力系统稳定分析与控制等方面取得突破性成果。

本工作成果发表在2026年第2期《电工技术学报》，论文标题为“Koopman响应驱动预测控制的光伏并网系统次同步振荡鲁棒抑制策略研究“。本课题得到国家重点研发计划项目“响应驱动的大电网稳定性智能增强分析与控制技术”、金风科技项目“构网型与随网型控制的交互影响机理”资助。

引用本文

王子涵, 郑乐, 曹竣淇, 伍珀苇, 李佳晏, 李庚银. Koopman响应驱动预测控制的光伏并网系统次同步振荡鲁棒抑制策略研究[J]. 电工技术学报, 2026, 41(2): 575-590. Wang Zihan, Zheng Le, Cao Junqi, Wu Powei, Li Jiayan, Li Gengyin. Research on Subsynchronous Oscillation Suppression Strategy of PV Grid-Connected Systemvia Koopman-Based Response-Driven Predictive Control. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(2): 575-590.

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