1.4.2 學科交叉研究優先發展領域：新型電力系統的動力學理論重構與復雜系統快速控制

1.該領域的科學意義和國家戰略需求

電力系統出現于19世紀末，早期提出的穩態過程相量分析方法、機電過程暫態分析方法及建模方法，至今仍是電力系統分析和控制的基本方法。

當前，在“雙碳”目標驅動下，可再生能源與電力電子裝備大量接入電力系統，預計未來二三十年將達到極高的占比。因此，以同步發電機為主導電源及變壓器為主的電力系統，將快速演進為以可再生能源為主導電源及換流器變壓器為主的新型電力系統。目前對電力系統的基礎理論研究，滯后于電力系統的發展，應用現有電力系統的分析方法和建模方法，難以認知新型電力系統的低慣性導致的多時間-多空間尺度相互作用的動力學機理。同時，受限于對電力系統電磁暫態過程動力學機理認知不足和電磁暫態控制技術缺失，目前的電力系統只能根據潮流分析的結果運行在一種非常保守的工作狀態下，無法實現瞬時潮流的控制。因此，亟待開展新型電力系統的動力學機理認知與理論重構研究。進一步，在深入認識相關動力學機理的基礎上，有必要開展電力系統動力學控制方法的研究，為超大型電網的秒級調度提供理論支撐和技術支持。屬于國家戰略需求牽引出來的科學問題，具有重大的科學意義。

2.該領域的國際發展態勢與我國的發展優勢

針對電力系統的發展，國外研究機構在傳統機電暫態分析方法的基礎上提出了諧波阻抗分析法、虛擬同步機控制方法。國內研究機構也提出了幅相動力學、分布式穩定性等分析方法。近年來，以高比例可再生能源和高比例電力電子裝備為特征的新型電力系統的研究已成為國際研究熱點，而我國具有統一的大型電力系統，在大規模可再生能源、特高壓、智能電網等研究、建設、運行和維護等方面具有顯著優勢。

3.該領域的主要研究方向和核心科學問題

主要研究方向：①考慮發電機中機械能-電磁能互相轉換的統一動力學建模理論；②復雜時變電網絡的動力學機理與數學建模理論；③柔性輸變電裝備動態特性與多時間尺度等效模型；④電力系統的廣義哈密頓原理與辛幾何算法；⑤復雜系統動態特性及分布式電源集群高速協同控制方法；⑥分布式動態系統多狀態量的高精度測量與狀態量估計方法；⑦復雜電力網絡快速響應能力評估及網絡優化方法。

核心科學問題：①新型電力系統的動力學機制與數學分析理論；②新型電力系統中的復雜性科學及其控制方法。

4.該領域的發展目標

認知新型電力系統的動力學機理，重構新型電力系統的動力學理論，推動新型電力系統的數學化進程。在統一的動力學理論框架下，建立同步發電機、復雜時變電力網絡、柔性輸變電裝備等數學模型及統一時空坐標下的多時空尺度電力系統暫態過程快速分析方法。充分發揮我國數學家在哈密頓系統的辛幾何算法上的研究特長，通過電工理論、電力系統和數學的深度融合，為新型電力系統分析和控制提供基礎理論和分析方法。同時，充分挖掘和利用電力網絡的瞬時能量調節能力，實現大量分布式電力電子化電源集群和復雜電力輸送網絡的秒級統一調度控制，提升復雜電力網絡的電能輸送能力。