基于LASSO的变流器并网系统小扰动稳定降维分析

刘崇茹华北电力大学chongru.liu@ncepu.edu.cn课题组网站lcrgroup.ncepu.edu.cn2026年5月 创新点 研究内容3 1.创新点 （1）提出一种基于LASSO回归的变流器并网系统小扰动稳定降维分析方法。与传统奇异摄动法依赖线性化模型完成状态量筛选不同，所提方法基于数据驱动获取系统完整非线性动态响应；再通过LASSO回归实现关键特征筛选，从根源上避免了线性化环节引入的模型误差，可更精准地把握系统全动态特性。 （2）通过在跟网型变流器、构网型变流器及多机并联变流器等典型并网场景开展验证分析，结果表明，降维系统可精准复现原系统的小扰动稳定特性，充分证明了所提方法的有效性与适用性； 2.研究背景 新型电力系统的高比例电力电子化特征使得系统建模分析出现“维数灾”难题。 业界针对状态量物理内涵保持的降维，提出了： 1）理论分析法; 2）奇异摄动法。 理论分析法针对性强，但存在通用性不足的问题，且难以适用于高维系统；奇异摄动法的状态量选取原则同线性化模型相关，无法准确把握完整动态特性。 降维系统状态量的物理内涵决定了是否能应用于实际控制设计，因此研究物理内涵保持的降维方法具有重要意义。 基于LASSO回归的状态量筛选3.研究内容1： LASSO回归算法引入了最小绝对收缩和选择算子，通过采用模型系数的绝对值函数作为惩罚项，能够有效压缩模型参数，自动将不显著的系数压缩为零，实现变量的自动筛选。 目标函数:：Q(β)= Il Y - XβII2 + ll βll arg minY - Xβl约束条件： β=(XX+ aW-)-" X"Y近似解： 依据CP准则最小选取最佳压缩系数： 3.研究内容2：变流器并网系统建模 (1)跟网型变流器并网系统 采用典型双闭环控制结构的跟网型变流器系统状态量： UGFL =[yv Vde Jid Yig Vod Vog Yo SiraVcd Vca 3.研究内容2：变流器并网系统建模 (2)构网型变流器并网系统 采用经典下垂控制结构的构网型变流器系统状态量： 变流器并网系统建模3.研究内容2： (3)多变流器并网系统 多变流器系统并网点电流电压： 多变流器系统状态量： 3.研究内容3：基于LASSO回归的系统降维方法 应用LASSO回归的降维方法，包括数据构建、模型构建、状态量筛选以及模型降维等四个步骤。 步1：通过修改参数或施加故障，获取系统在不同场景下的状态量时间序列： 步骤2：对所获取的状态量时间序列进行数据预处理； 步骤3：构建观测向量和设计矩阵，构建LASSO回归模型，并进行状态量筛选; 步4：保留筛选出的关键状态量、用于观测的状态量以及关键物理量，进行状态量降维处理。 算例验证3.研究内容4： (1)跟网型变流器并网系统 算例验证3.研究内容4： 3.研究内容4：算例验证 (3) 多变流器并网系统 4.结论 1）为了更准确地识别影响系统稳定性的关键状态量，本文提出了一种基于LASSO回归的变流器并网系统降维分析方法。主要有以下特点： ①针对原始系统，利用数据驱动的方式获取完整动态特性，从而进行状态量选取，避免了现有摄动法状态量选取基于线性化模型的局限性； ②利用LASSO回归获取关键状态量，并基于物理认识补充重要状态量，保证状态量选取的准确可靠。 4.结论 2）本文以变流器并网系统为例，分别在跟网变流器系统、构网变流器系统以及多变流器系统进行仿真验证，通过本文方法进行降维，模型阶数降至原系统的70%以下，降维模型与详细模型主导特征值的运动轨迹高度吻合，证明降维模型可以很好地表征详细模型的主导动态特性。时域仿真结果同特征值分析一致，表明通过筛选出关键状态量实现降维分析的方法是可行的。 5.后续研究方向 本文以典型的变流器为对象，验证了所提方法在小扰动稳定分析中的有效性。本文提出的“数据驱动筛选状态量+物理知识补充”的状态量筛选整体框架，针对所选状态量可采用不同降维方法实现降维，形成不同的降维模型。下一步将把所提状态量筛选框架拓展至不同系统与各类降维方法，并将该方法应用于大扰动场景下的降维仿真分析中。 6.团队介绍 华北电力大学刘崇茹教授课题组成立于2006年，历经华北电力大学电气与电子工程学院成立、新能源国家重点实验室立项建设并通过验收，团队长期从事交直流混合输电的相关教学和科研工作。截至2025年9月，先后加盟的博士硕士研究生110余人，已经毕业的研究生在电力系统各个领域为我国电力事业的发展做出自己的贡献。 7.作者简介 刘崇茹，华北电力大学二级教授、博士生导师，教务处处长。教育部长江学者特聘教授。IET FelloW，IEEESenior Member。 长期致力于电力系统稳定性分析、电力系统电磁暂态建模与仿真研究。主持国家自然科学基金项目4项、国家重点研发计划课题1项、国家高技术研究发展计划（863计划）子课题1项及企事业单位委托项目40余项，参与编写IEC61970系列国家电力行业标准。 苏晨博，副教授/硕导，聚焦新能源并网方面的研究。主持国家自然科学基金和省部级项目2项。主持国家重点研发计划子课题等纵向项目2项，获清华大学惠妍学者基金资助，发表SCI/EI论文25篇，获省部级1等奖1项（排名6)省部级2等奖一项（(排名13），受邀出任《电力系统自动化》青年编辑，专注新能源并网控制与仿真工作。长期扎根生产一线，负责光伏、储能及风机设备的并网控制调试工作。