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隨著新能源電力電子器件的廣泛接入，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性不斷出現(xiàn)新的挑戰(zhàn)。由早期報(bào)道的美國德克薩斯州風(fēng)電場因風(fēng)機(jī)與串補(bǔ)輸電線路的交互作用而發(fā)生次同步振蕩，到2015年新疆哈密地區(qū)風(fēng)電機(jī)組在無串補(bǔ)情況下發(fā)生的大規(guī)模次同步振蕩，風(fēng)電場引發(fā)的次同步振蕩問題偶有出現(xiàn)。電力系統(tǒng)次同步振蕩問題影響范圍廣，已經(jīng)危害到電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，并且其誘發(fā)因素不確定，給抑制措施的制定采取帶來了較大的阻礙。

次同步振蕩問題最早始于1930年的由系統(tǒng)中容性負(fù)載或串補(bǔ)線路引發(fā)的電氣諧振，而后1970年至1971年，美國Mohave電廠因串補(bǔ)引發(fā)的振蕩對兩臺同步機(jī)軸系造成了損壞，引發(fā)了廣泛關(guān)注。近年來，次同步振蕩問題依舊是活躍的話題，諸多學(xué)者已經(jīng)對新能源設(shè)備或電力電子器件，如風(fēng)機(jī)、統(tǒng)一潮流控制器、靜止同步補(bǔ)償器等展開了廣泛的研究。

這些研究主要包括：引發(fā)電力系統(tǒng)次同步振蕩的機(jī)理，次同步振蕩的抑制裝置，附加阻尼控制策略等。其中，機(jī)理研究目前廣泛使用的方法有阻抗法與模式法。根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)理分析，次同步振蕩問題主要包括：次同步諧振（SSR），次同步交互作用（SSCI）以及由裝置自身引起的次同步現(xiàn)象（SSTI）。

而次同步振蕩抑制裝置以及附加阻尼控制策略的研究是根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)理分析進(jìn)行的，例如，當(dāng)風(fēng)電場經(jīng)柔性交流輸電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，選擇在柔性交流輸電裝置（如靜止同步補(bǔ)償器、可控串補(bǔ)、靜止無功補(bǔ)償器等）上附加阻尼控制，或在風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制回路上附加阻尼控制。但大規(guī)模的風(fēng)電場通常含有成百上千臺風(fēng)機(jī)，其類型不盡相同，控制參數(shù)各異，在次同步振蕩發(fā)生時(shí)很難從中確定要采取措施的風(fēng)機(jī)。

在工程實(shí)際中，當(dāng)次同步振蕩發(fā)生時(shí)甚至發(fā)生前希望能夠盡快地確定誘發(fā)因素，定位誘發(fā)的元件，從而及時(shí)采取抑制措施，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，識別定位風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)中次同步振蕩源機(jī)組至關(guān)重要。其中次同步振蕩源，是指引起次同步振蕩的因素或元件，本次研究中特指由控制環(huán)節(jié)而引發(fā)系統(tǒng)次同步振蕩的風(fēng)電機(jī)組。

近年來，由于新型次同步振蕩問題越來越突出，傳統(tǒng)的模式分析法是通過閉環(huán)線性模型，根據(jù)系數(shù)矩陣計(jì)算并找到主導(dǎo)特征根，進(jìn)而通過該主導(dǎo)特征根對應(yīng)的參與因子找到引起模式改變的狀態(tài)變量確定振蕩源。但這種方法局限于離線分析，且通常系統(tǒng)的規(guī)模龐大，模式的計(jì)算耗時(shí)長。

目前已有學(xué)者開始基于廣域測量系統(tǒng)（WAMS）數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)振蕩源的識別定位，其中能量函數(shù)法的應(yīng)用最為廣泛，在低頻振蕩源識別定位方面獲得了較大的成功，但次同步振蕩相較于低頻振蕩其頻率范圍更寬，振蕩的誘發(fā)原因復(fù)雜多樣，其振蕩源定位的研究難度較大。

有學(xué)者同樣采用能量函數(shù)法研究了源最為明確的次同步強(qiáng)迫振蕩擾動(dòng)源的定位，但該方法僅針對具有阻尼環(huán)節(jié)的同步機(jī)采用能量函數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)分析，而對于由于控制不當(dāng)引發(fā)的風(fēng)機(jī)次同步振蕩的源定位未進(jìn)行相關(guān)分析研究。

有學(xué)者提供了根據(jù)次/超同步功率和阻抗確定SSCI源的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，基于阻抗法對哈密風(fēng)電系統(tǒng)的SSCI源實(shí)現(xiàn)了定位，但阻抗法本質(zhì)上是一種數(shù)值算法，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)振蕩源定位，但需要根據(jù)量測數(shù)據(jù)在線構(gòu)造模型，時(shí)間上存在較大延遲，很難實(shí)現(xiàn)在線應(yīng)用，并且阻抗法計(jì)算時(shí)需首先進(jìn)行頻率分析從而確定諧振頻率點(diǎn)，而諧振頻率點(diǎn)的精確度會影響到次同步振蕩模式的確定。

有學(xué)者提出了基于傳播路徑匹配原理的多風(fēng)電場匯集區(qū)域次同步振蕩擾動(dòng)源的定位方法，通過解析計(jì)算了次同步電流在系統(tǒng)中的傳播規(guī)律，并與實(shí)際分布規(guī)律進(jìn)行對比分析，確定引起振蕩的主導(dǎo)風(fēng)電場。該方法在計(jì)算時(shí)也需要先進(jìn)行頻率分析，這對于頻率范圍較寬的次同步振蕩而言在時(shí)效及精度方面都會受到影響。

此外，由于該方法在計(jì)算次同步電流在系統(tǒng)中的傳播規(guī)律時(shí)是基于參數(shù)完全已知的確定系統(tǒng)，其模型采用線性化仿真模型，但實(shí)際系統(tǒng)在發(fā)生振蕩時(shí)往往參數(shù)不能全部已知，且實(shí)際系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)由于噪聲等原因與仿真系統(tǒng)差異較大，這可能會影響到該方法的實(shí)際應(yīng)用與可行性。

鑒于此，華北電力大學(xué)、四川大學(xué)的研究人員引入機(jī)器學(xué)習(xí)建立運(yùn)行數(shù)據(jù)與振蕩源的關(guān)系，提出一種風(fēng)電場振蕩源定位方法，從而實(shí)現(xiàn)通過運(yùn)行數(shù)據(jù)快速定位到相關(guān)機(jī)組。首先，依據(jù)開環(huán)模式諧振理論構(gòu)建仿真系統(tǒng)，并在仿真系統(tǒng)中獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本；其次，運(yùn)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）進(jìn)行振蕩源特征提取并建立訓(xùn)練定位模型；最后，通過遷移學(xué)習(xí)將訓(xùn)練模型遷移到實(shí)際系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)定位模型的應(yīng)用。

圖1 次同步振蕩源定位方法的具體流程

該方法與上述數(shù)值方法相比有以下特點(diǎn)：①機(jī)器學(xué)習(xí)是以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，通過離線學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)在線判斷決策，在判斷速度上具有明顯的優(yōu)勢，在線應(yīng)用的擴(kuò)展上更具有優(yōu)勢；②機(jī)器學(xué)習(xí)是基于數(shù)據(jù)特征的學(xué)習(xí)方法，其框架結(jié)構(gòu)決定了模型具有很強(qiáng)的抗噪性與魯棒性；③機(jī)器學(xué)習(xí)的方法更加智能化，不受限于特定系統(tǒng)或模型，從數(shù)據(jù)直接提取特征，具有良好的遷移性與泛化性。

圖2 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

他們初步對一個(gè)簡單的含直驅(qū)風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)由相互作用引發(fā)的次同步振蕩問題進(jìn)行了測試分析，基于深度遷移學(xué)習(xí)提出了一種用于風(fēng)電場振蕩源定位的方法，該方法采用訓(xùn)練系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行離線建模，并遷移到實(shí)際系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)振蕩源的及時(shí)定位。通過建立不同的仿真系統(tǒng)對所提出方法進(jìn)行了驗(yàn)證分析，結(jié)果顯示所提出的次同步振蕩源定位方法能夠有效地將訓(xùn)練模型遷移到實(shí)際系統(tǒng)，并且在多工況下都能保證較高的準(zhǔn)確率，具有較強(qiáng)的抗噪能力。

相比于傳統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，該方法不需要進(jìn)行大規(guī)模仿真建模，實(shí)現(xiàn)了通過量測數(shù)據(jù)進(jìn)行識別定位；相比于阻抗法等需要在線構(gòu)造學(xué)習(xí)模型的數(shù)值方法，該方法是以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，通過離線學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)在線判斷決策，在判斷速度上具有明顯的優(yōu)勢。這為實(shí)現(xiàn)振蕩源的在線識別定位以及調(diào)控奠定了基礎(chǔ)，對實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化應(yīng)用有重要意義。

綜上所述，基于深度遷移學(xué)習(xí)的風(fēng)電場次同步振蕩源定位方法，初步驗(yàn)證了人工智能技術(shù)在系統(tǒng)振蕩源定位的應(yīng)用可行性，但該方法在更加復(fù)雜的大型風(fēng)電場中的表現(xiàn)有待進(jìn)一步研究，應(yīng)用深度遷移學(xué)習(xí)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)建模以及大型風(fēng)電場的等效小系統(tǒng)構(gòu)建是未來研究的重點(diǎn)。

以上研究成果發(fā)表在2021年第1期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“采用深度遷移學(xué)習(xí)定位含直驅(qū)風(fēng)機(jī)次同步振蕩源機(jī)組的方法”，作者為陳劍、杜文娟、王海風(fēng)。