智能電網(wǎng)的動態(tài)全局優(yōu)化與節(jié)能控制理論及其應(yīng)用

我們承擔(dān)的“智能電網(wǎng)的動態(tài)全局優(yōu)化與節(jié)能控制理論及其應(yīng)用”（50977008）面上基金項(xiàng)目按照原定計劃順利完成。在沒有對原計劃做出調(diào)整的基礎(chǔ)上，順利圓滿完成。出版英文專著1部，發(fā)表論文75篇，其中 SCI檢索論文44篇（包括IEEE會刊和Automatica論文共15篇）。此外，我們將理論成果應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，申請并被授權(quán)國家發(fā)明專利14項(xiàng)，獲得國家科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)，遼寧省科技進(jìn)步獎一等獎1項(xiàng)。我們在理論方面進(jìn)行了深入的研究，取得的主要學(xué)術(shù)成果包括: 1.針對智能電網(wǎng)中的分布式電源及負(fù)荷，提出了一類新的時變時滯模糊雙曲神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為它們的數(shù)學(xué)模型，該模型考慮了存在誘導(dǎo)時延、數(shù)據(jù)包丟失情況。采用一個新構(gòu)造的Lyapunov函數(shù)得到了保證閉環(huán)互聯(lián)智能電網(wǎng)魯棒穩(wěn)定并具有H-infinity性能的充分條件，該條件不僅在所有電力系統(tǒng)控制元件都正常工作時有效，而且在智能電網(wǎng)的穩(wěn)定控制器、逆變器等執(zhí)行器可能發(fā)生故障時也有效。 2.針對輸配電網(wǎng)中不同節(jié)點(diǎn)的類型不同，我們提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的最小-最大模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而利用脈沖泛函微分方程理論和線性矩陣不等式技術(shù)解決了電網(wǎng)中存在的分岔和混沌現(xiàn)象、全局能耗最優(yōu)選取和相位同步的實(shí)際問題。保證電網(wǎng)系統(tǒng)中，無論是否有故障發(fā)生都不影響系統(tǒng)同步和電網(wǎng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 3.大區(qū)域電網(wǎng)之間的互聯(lián)性的增強(qiáng)有力地提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時也使得互聯(lián)系統(tǒng)動態(tài)過程變得更加復(fù)雜。因此我們提出了一類新的具有混合時變時滯和馬爾科夫跳變的中立性脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以及基于TS模糊理論的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)智能同步控制方法。 4.智能配電網(wǎng)實(shí)際的控制和調(diào)節(jié)過程都是由多個智能主體來共同完成的。這些控制主體形成一組控制，在某些性能指標(biāo)約束下共同控制系統(tǒng)而形成對策。在這種情況下，許多控制策略被提出來達(dá)到某種形式的最優(yōu)化。為此，我們著重針對一些非線性系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，取得了一系列非線性系統(tǒng)穩(wěn)定和最優(yōu)跟蹤控制策略的重要成果。 5.智能電網(wǎng)調(diào)度與動態(tài)全局優(yōu)化問題一直都是電網(wǎng)控制研究的焦點(diǎn)問題。我們對智能電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析和研究，在研究智能電網(wǎng)的全局穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，提出了基于互聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算的近似動態(tài)規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化控制器求解方法，解決了這個難題。 張化光教授參與組織了三次國際會議，擔(dān)任了20多個國際會議的程序委員會委員或主席。在此基金的資助下，指導(dǎo)畢業(yè)博士生11人。 2100433B

智能電網(wǎng)作為合理利用新能源的一種新興組網(wǎng)模式得到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。本課題研究智能電網(wǎng)在不確定和耦合信息作用下的全局動態(tài)優(yōu)化控制的理論和方法。通過建立起考慮系統(tǒng)不確定和耦合因素影響的包括分布式電源、變壓器、輸配電線路和重要負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，對采集到的系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和研究。研究出先進(jìn)的信息處理、控制優(yōu)化策略（包括基于模糊雙曲正切建模的潮流計算方法、廣義模糊節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換策略、以及近似動態(tài)規(guī)劃方法等一系列關(guān)鍵理論和技術(shù)環(huán)節(jié)）。對分布式發(fā)電的連續(xù)調(diào)壓裝置、電力電子設(shè)備、并聯(lián)電容器、電抗器和可調(diào)變壓器分抽頭等進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)控制，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)電壓偏差、系統(tǒng)網(wǎng)損、無功補(bǔ)償設(shè)備投資、分接頭和電容器(電抗器)投切次數(shù)以及電壓合格率等指標(biāo)的綜合優(yōu)化。本研究成果對于我國輸配電（特別是新興智能電網(wǎng)）自動化領(lǐng)域的發(fā)展和科技進(jìn)步將具有重要的理論價值和廣泛的應(yīng)用前景。

智能電網(wǎng)作為合理利用分布式能源的一種新興的智能組網(wǎng)模式得到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。本課題采用群體智能優(yōu)化策略及零和微分對策理論研究智能電網(wǎng)在隨機(jī)不確定及信息耦合環(huán)境下電壓無功優(yōu)化與協(xié)調(diào)控制問題。①采用混合控制策略及基于模糊評價的強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論，建立系統(tǒng)底層各節(jié)點(diǎn)微觀智能體模型，根據(jù)環(huán)境及負(fù)荷的變化，建立可動態(tài)重構(gòu)的宏觀系統(tǒng)架構(gòu)。②建立考慮系統(tǒng)不確定及耦合因素影響的包括系統(tǒng)網(wǎng)損、無功控制設(shè)備投切限制等多種優(yōu)化指標(biāo)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。③引入混沌序列機(jī)制，采用具有群體智能策略的優(yōu)化方法求解受連續(xù)-離散時間的微分-代數(shù)方程約束的典型非線性的混合動態(tài)優(yōu)化問題；④對分布式發(fā)電的連續(xù)調(diào)壓裝置、SVC等無功調(diào)壓設(shè)備等進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)控制，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)電壓偏差、系統(tǒng)網(wǎng)損、無功設(shè)備投切次數(shù)及電壓合格率等指標(biāo)的綜合優(yōu)化。本研究成果對于我國智能電網(wǎng)自動化理論的發(fā)展具有重要的理論價值和應(yīng)用前景。

《智能電網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險元傳遞理論與應(yīng)用》是國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“智能電網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險元擾動與傳遞理論模型及其應(yīng)用（71271084）”的主要研究成果之一，是作者在出版《項(xiàng)目風(fēng)險元傳遞理論與應(yīng)用》、《電力風(fēng)險元傳遞理論與應(yīng)用》、《多項(xiàng)目風(fēng)險元傳遞理論與應(yīng)用》專著的基礎(chǔ)上，將風(fēng)險元傳遞理論應(yīng)用到智能電網(wǎng)運(yùn)營管理中，提出了智能電網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險管理的新思路和新方法，創(chuàng)新了風(fēng)險元傳遞理論，提出了風(fēng)險元驅(qū)動概念，建立了智能電網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險元驅(qū)動體系，針對不同的風(fēng)險元驅(qū)動因素（市場價格驅(qū)動、發(fā)電側(cè)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動、輸配安全驅(qū)動、減排政策驅(qū)動等）、不同風(fēng)險元傳遞路線（關(guān)系型、層次型、樹型、鏈型、網(wǎng)絡(luò)型和混沌型等），建立了較為完善的智能電網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險元傳遞系統(tǒng)理論和方法。大綱如下：第1章 緒論11 智能電網(wǎng)的內(nèi)涵及特點(diǎn)12 智能電網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險研究的背景和意義13 智能電網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險管理研究綜述14 智能電網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險研究的思路創(chuàng)新第2章 智能電網(wǎng)風(fēng)險元傳遞理論基礎(chǔ) 21 風(fēng)險元傳遞的定義和分類22 風(fēng)險元的定量表示與度量23 風(fēng)險元傳遞的結(jié)構(gòu)24 供電風(fēng)險元傳遞路徑25 供電風(fēng)險元傳遞方法與模型26 智能電網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險元驅(qū)動體系第3章 智能電網(wǎng)環(huán)境下市場價格驅(qū)動風(fēng)險元傳遞模型及應(yīng)用 31 智能電網(wǎng)電力價格風(fēng)險概述32 基于系統(tǒng)動力學(xué)的智能電網(wǎng)售電價格風(fēng)險元傳遞模模型33 智能電網(wǎng)下考慮峰谷分時電價的電網(wǎng)企業(yè)收益風(fēng)險元傳遞模型34 智能電網(wǎng)下分時電價售電風(fēng)險型決策模型第4章 智能電網(wǎng)環(huán)境下發(fā)電側(cè)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動風(fēng)險元傳遞模型及應(yīng)用 41 智能電網(wǎng)發(fā)電側(cè)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動風(fēng)險概述42 風(fēng)電投資項(xiàng)目前期經(jīng)濟(jì)評價及風(fēng)險元傳遞模型及應(yīng)用43 智能電網(wǎng)發(fā)電投資項(xiàng)目風(fēng)險元傳遞模型44 智能電網(wǎng)發(fā)電側(cè)戰(zhàn)略投資利益風(fēng)險優(yōu)化模型45 智能電網(wǎng)發(fā)電側(cè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行利益風(fēng)險優(yōu)化模型46 智能電網(wǎng)下發(fā)電側(cè)運(yùn)營管理風(fēng)險元傳遞模型第5章 智能電網(wǎng)環(huán)境下輸配安全驅(qū)動風(fēng)險元傳遞模型及應(yīng)用

在隨機(jī)不確定及信息耦合環(huán)境下，針對智能電網(wǎng)電壓無功控制的特點(diǎn)，將現(xiàn)代控制技術(shù)與分布式人工智能技術(shù)相結(jié)合，探索出一種新的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。采用分層混合控制策略：底層采用混合控制策略及基于模糊理論的強(qiáng)化學(xué)習(xí)機(jī)制建立系統(tǒng)底層各節(jié)點(diǎn)微觀智能體模型，解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等可再生能源的單元電壓無功控制。頂層采用分布式人工智能技術(shù)，建立分層分布式可動態(tài)重構(gòu)的電壓無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的宏觀系統(tǒng)架構(gòu)。對底層智能體的學(xué)習(xí)機(jī)制進(jìn)行研究，通過對底層Agent的學(xué)習(xí)機(jī)制進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了算法的收斂性。研究了具有群體智能的蟻群算法，并對接入分布式電源的IEEE14節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)進(jìn)行了無功優(yōu)化仿真實(shí)驗(yàn)。最后對各智能體之間的協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行了研究及仿真試驗(yàn)。