智能電網(wǎng)的控制和優(yōu)化方法

譯者序

原書前言

作者列表

第1部分 架構(gòu)和并網(wǎng)

第1章 關(guān)于針對(duì)含高變電源的系統(tǒng)中頻率調(diào)整的檢測(cè)、通信和控制結(jié)構(gòu)

1.1 簡(jiǎn)介

1.2 持續(xù)擾動(dòng)下電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型

1.2.1 發(fā)電機(jī)模塊的動(dòng)態(tài)建模

1.2.2 可變負(fù)荷模型

1.2.3 傳輸網(wǎng)絡(luò)約束條件模型

1.2.4 互連系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型

1.3 大規(guī)模互連電能系統(tǒng)中頻率調(diào)整的新型交互可變動(dòng)態(tài)模型

1.3.1 使用標(biāo)準(zhǔn)的奇異攝動(dòng)形式進(jìn)行系統(tǒng)模型的時(shí)間簡(jiǎn)化

1.3.2 使用非標(biāo)準(zhǔn)的奇異攝動(dòng)形式進(jìn)行系統(tǒng)模型的空間簡(jiǎn)化

1.3.3 控制區(qū)層次上交互變量的動(dòng)態(tài)

1.4 基于交互變量的頻率調(diào)整動(dòng)態(tài)模型:4個(gè)不同性質(zhì)算例模型的 復(fù)雜度比較

1.4.1 算例1、算例2

1.4.2 算例3、算例4

1.5 基于相關(guān)性的頻率調(diào)整動(dòng)態(tài)模型:4個(gè)不同性質(zhì)算例的模型復(fù)雜度比較

1.6 基于交互變量和基于相關(guān)性的頻率調(diào)整動(dòng)態(tài)模型的比較

1.7 使用基于變量相互作用模型的兩種不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的頻率調(diào)節(jié)

1.7.1 弱互動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)

1.7.2 強(qiáng)相互作用的特征系統(tǒng)

1.8 緩慢的基于相干性的頻率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和對(duì)比仿真

1.8.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.8.2 通過數(shù)值模擬進(jìn)行比較學(xué)習(xí)

1.9 E-AGC和今天的AGC的比較

1.10 開放問題和未來工作

參考文獻(xiàn)

第2章 電力市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)性均衡

2.1 簡(jiǎn)介

2.2 電力市場(chǎng)模型

2.2.1 參與者

2.2.2 測(cè)試用例

2.3 競(jìng)爭(zhēng)性均衡和效率

2.3.1 介紹

2.3.2 分析

2.4 均衡價(jià)格的測(cè)試用例

2.4.1 單母線模型

2.4.2 網(wǎng)絡(luò)模型

2.4.3 德克薩斯模型:價(jià)格區(qū)間

2.4.4 輔助服務(wù)電價(jià)

2.5 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第3章 最優(yōu)需求響應(yīng):供電確定情況下的數(shù)學(xué)分析

3.1 簡(jiǎn)介

3.1.1 目的

3.1.2 結(jié)論

3.1.3 其他相關(guān)工作

3.1.4 符號(hào)

3.2 模型和問題的設(shè)想

3.2.1 用戶模型

3.2.2 供電模型

3.2.3 問題規(guī)劃:效益最大化

3.2.4 樣例

3.3 無供應(yīng)側(cè)不確定性下的最優(yōu)計(jì)劃

3.3.1 最優(yōu)購(gòu)電與用電

3.3.2 離線分布式調(diào)度算法

3.4 小結(jié)

附錄A 詳細(xì)的設(shè)備模型

附錄B 引理6的證明

參考文獻(xiàn)

第4章 智能電網(wǎng)下的能源批發(fā)市場(chǎng)——離散時(shí)間模型和延遲的影響

4.1 簡(jiǎn)介

4.2 預(yù)備知識(shí)

4.2.1 雙重分解

4.2.2 次梯度算法

4.2.3 博弈論與納什均衡

4.3 能源市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

4.3.1 發(fā)電公司模型

4.3.2 消費(fèi)公司模型

4.3.3 獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)結(jié)算模型

4.3.4 批發(fā)電力市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)模型

4.3.5 市場(chǎng)中納什均衡的概念

4.4 批發(fā)市場(chǎng)穩(wěn)定性時(shí)滯的影響

4.4.1 實(shí)時(shí)市場(chǎng)時(shí)間延遲動(dòng)態(tài)模型的含義

4.5 時(shí)間延遲和通信拓?fù)鋵?duì)批發(fā)市場(chǎng)穩(wěn)定性的影響

4.5.1 仿真結(jié)果

4.5.2 基于分層樹結(jié)構(gòu)的通信拓?fù)?

4.6 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第5章 協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)中的功率調(diào)節(jié)和需求響應(yīng)——使用多速率經(jīng)濟(jì)模型 預(yù)測(cè)控制技術(shù)進(jìn)行直接的和基于價(jià)格的追蹤

5.1 簡(jiǎn)介

5.2 問題描述

5.3 模型和規(guī)格的定性描述

5.3.1 需求響應(yīng)約束條件

5.3.2 調(diào)節(jié)服務(wù)的約束條件

5.4 定量分析模型和規(guī)格

5.4.1 考慮約束條件的系統(tǒng)模型

5.4.2 性能指標(biāo)

5.5 追蹤基準(zhǔn)信號(hào)的多速率MPC

5.6 基于市場(chǎng)價(jià)格的多重速率MPC模型

5.7 啟發(fā)式控制

5.8 數(shù)值實(shí)例

5.8.1 多重速率的MPC與啟發(fā)式控制器

5.8.2 帕累托最優(yōu)性能曲線

5.8.3 功率調(diào)節(jié)與需求響應(yīng)

5.8.4 通過經(jīng)濟(jì)MPC進(jìn)行基于價(jià)格的追蹤

5.9 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第6章 智能電網(wǎng)中的智能汽車——挑戰(zhàn)、趨勢(shì)以及充電站設(shè)計(jì)的應(yīng)用

6.1 智能電網(wǎng)時(shí)代的智能汽車

6.1.1 需求響應(yīng)支持

6.1.2 通信技術(shù)

6.1.3 定價(jià)

6.2 智能汽車:目前趨勢(shì)及其發(fā)展方向

6.3 EV/PHEV充電站存儲(chǔ)模型的應(yīng)用

6.4 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第2部分 建模和分析

第7章 風(fēng)力發(fā)電頻率控制的影響評(píng)估模型

7.1 簡(jiǎn)介

7.2 模型的構(gòu)建模塊

7.2.1 傳統(tǒng)同步發(fā)電單元

7.2.2 風(fēng)力發(fā)電資源

7.2.3 電力網(wǎng)絡(luò)

7.2.4 自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)

7.3 系統(tǒng)模型

7.3.1 非線性微分代數(shù)模型

7.3.2 線性化模型

7.4 舉例

7.4.1 傳統(tǒng)（同步）電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)

7.4.2 風(fēng)電廠動(dòng)態(tài)

7.4.3 網(wǎng)絡(luò)

7.4.4 自動(dòng)發(fā)電控制

7.5 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第8章 基于頻域優(yōu)化的大電網(wǎng)周邊數(shù)據(jù)多空間模態(tài)分析

8.1 簡(jiǎn)介

8.2 線性系統(tǒng)的頻域特性

8.2.1 頻域模型的簡(jiǎn)化

8.3 頻域最優(yōu)化模態(tài)評(píng)估

8.3.1 傅里葉變換

8.3.2 振蕩頻域和阻尼評(píng)估

8.3.3 振型的辨別

8.4 線性系統(tǒng)測(cè)試

8.4.1 模式評(píng)估

8.4.2 振型評(píng)估

8.5 兩區(qū)域系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

8.6 實(shí)例研究

8.7 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第9章 相干搖擺互聯(lián)電網(wǎng)的不穩(wěn)定和連鎖故障機(jī)制

9.1 簡(jiǎn)介

9.2 相干搖擺不穩(wěn)定性的介紹

9.2.1 非線性搖擺方程

9.2.2 數(shù)值仿真

9.3 連鎖故障的動(dòng)態(tài)機(jī)制

9.3.1 非線性波動(dòng)方程

9.3.2 數(shù)字仿真

9.4 小結(jié)與探討

參考文獻(xiàn)

第10章 邁入高可用性的現(xiàn)代化電網(wǎng)

10.1 簡(jiǎn)介

10.2 基于故障覆蓋率的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的冗余管理

10.2.1 冗余管理中高覆蓋率的優(yōu)點(diǎn)

10.2.2 雙區(qū)域振蕩模型的故障覆蓋率計(jì)算

10.2.3 快速恢復(fù)支持結(jié)構(gòu)的需要

10.3 PMU網(wǎng)絡(luò)的冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

10.3.1 母線上同步相角的可用性

10.3.2 在可用性限制條件下的冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

10.3.3 3-母線/3-PMU案例

10.4 小結(jié)和未來的研究

參考文獻(xiàn)

第11章 關(guān)于智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的模型和控制策略

11.1 簡(jiǎn)介

11.2 數(shù)據(jù)中心的熱量—計(jì)算模型

11.2.1 計(jì)算模型

11.2.2 熱量模型

11.3 控制策略

11.4 仿真結(jié)果

11.5 討論

參考文獻(xiàn)

第12章 電網(wǎng)的中心措施

12.1 簡(jiǎn)介

12.2 系統(tǒng)模型

12.3 中心性的定義和擴(kuò)展

12.3.1 度中心性

12.3.2 特征向量中心性

12.3.3 緊密中心性

12.3.4 介數(shù)中心性

12.4 參考文獻(xiàn)[11]關(guān)于中心性的一些討論

12.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

12.6 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第3部分 通信和控制

第13章 插電式電動(dòng)汽車的最優(yōu)充電控制

13.1 簡(jiǎn)介

13.2 PEV充電和電力市場(chǎng)模型

13.2.1 PEV充電模型與市場(chǎng)控制

13.2.2 分布式充電控制

13.3 有限系統(tǒng)的應(yīng)用

13.4 延伸（拓展）

13.4.1 普遍價(jià)格函數(shù)及用戶偏好

13.4.2 終端成本

13.4.3 廣播錯(cuò)誤校正

13.5 計(jì)算實(shí)例

13.5.1 相同PEV總數(shù)情況下的研究

13.5.2 非相同PEV總數(shù)情況下的研究

13.6 小結(jié)以及未來研究前景展望

參考文獻(xiàn)

第14章 對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同攻擊的風(fēng)險(xiǎn)分析

14.1 簡(jiǎn)介

14.2 相關(guān)工作

14.3 協(xié)同攻擊情況

14.4 協(xié)同攻擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

14.4.1 電子網(wǎng)絡(luò)建模與分析

14.4.2 電力系統(tǒng)仿真

14.4.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

14.5 小結(jié)

附錄

參考文獻(xiàn)

第15章 電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的同步測(cè)量技術(shù)

15.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀和智能電網(wǎng)的初創(chuàng)

15.2 未來短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的技術(shù)和電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的設(shè)施

15.3 配電網(wǎng)同步測(cè)量

15.4 狀態(tài)估計(jì)

15.5 例證

15.6 終端的替代應(yīng)用

15.7 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第16章 使用成本增量一致算法分析時(shí)間延遲對(duì)分散經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響

16.1 簡(jiǎn)介

16.2 一致算法基本知識(shí)

16.2.1 圖論原理解析

16.2.2 考慮延時(shí)的一致性

16.2.3 平均一致算法

16.3 帶有延時(shí)的增量一致算法

16.3.1 增量成本的主-從一致性

16.3.2 功率差值的平均一致

16.4 仿真結(jié)果

16.4.1 功率差一致性的時(shí)間延時(shí)

16.4.2 IC一致的時(shí)間延時(shí)

16.5 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第17章 一種使用同步相量數(shù)據(jù)的廣域電力系統(tǒng)自適應(yīng)阻尼控制器

17.1 簡(jiǎn)介

17.2 機(jī)電模式阻尼控制器的概述

17.3 用相量測(cè)量單元來進(jìn)行阻尼控制

17.3.1 相量測(cè)量單元的數(shù)據(jù)延遲

17.3.2 相量測(cè)量單元數(shù)據(jù)的地理覆蓋范圍

17.3.3 相量測(cè)量單元數(shù)據(jù)丟失

17.4 使用相量測(cè)量單元數(shù)據(jù)的自適應(yīng)阻尼控制器

17.5 設(shè)計(jì)實(shí)例

17.6 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第18章 大電力系統(tǒng)區(qū)域間模態(tài)阻尼的模型參考方法

18.1 簡(jiǎn)介

18.2 對(duì)于 n區(qū)域系統(tǒng)的問題構(gòu)想

18.3 兩區(qū)域系統(tǒng)的模型參考控制

18.4 小結(jié)

參考文獻(xiàn) 2100433B

本書為讀者呈現(xiàn)了國(guó)際智能電網(wǎng)控制和優(yōu)化方法領(lǐng)域多位專家的最新研究成果。書中包括構(gòu)建與集成、建模與分析、通信與控制三個(gè)系列，共精選了18篇論文，匯集了電力、控制和通信系統(tǒng)多位專家的研究成果，并且突出了一些近期在智能電網(wǎng)建模、控制和最優(yōu)化方面最有前景的研究結(jié)論。在保證準(zhǔn)確性的前提下，對(duì)于某些難懂的概念，作者用闡述性的例子和實(shí)踐案例分析幫助讀者理解。本書內(nèi)容豐富，覆蓋面寬，為希望了解和深入理解控制欲優(yōu)化方法在智能電網(wǎng)中應(yīng)用的人員提供了理想的參考資料，可以從中獲益的讀者包括電力與控制領(lǐng)域的高校師生、研究人員、工程師、電力公司員工等。

壓電智能減振結(jié)構(gòu)在改善薄壁結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能中發(fā)揮著重要作用。本項(xiàng)目以壓電智能結(jié)構(gòu)減振和降低能耗的需求為背景，深入研究基于主動(dòng)控制的壓電智能結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化基礎(chǔ)機(jī)理，發(fā)展考慮減振性能壓電智能結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法，研究壓電智能減振結(jié)構(gòu)優(yōu)化中能耗約束的合理提法，并應(yīng)用于形狀固定壓電組件—承載結(jié)構(gòu)集成動(dòng)力拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)之中。針對(duì)主動(dòng)振動(dòng)控制下合理的壓電材料拓?fù)鋬?yōu)化模型、主動(dòng)振動(dòng)控制能耗對(duì)壓電智能結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的正則化機(jī)理、壓電智能結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的高精度靈敏度分析算法等關(guān)鍵科學(xué)問題，預(yù)期在建立合理的壓電智能減振結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化列式及求解方法、提出考慮主動(dòng)振動(dòng)控制能耗的壓電智能結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化新模型、建立狀態(tài)空間下結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的高精度靈敏度分析方法開展系統(tǒng)的創(chuàng)新性研究。項(xiàng)目將對(duì)深入理解壓電智能減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)理，完善壓電智能結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化方法，對(duì)提高減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平具有指導(dǎo)意義。

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(dòng)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(duì)采集到的系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(jì)算方法、廣義模糊節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換策略、以及近似動(dòng)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(duì)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(duì)于我國(guó)輸配電（特別是新興智能電網(wǎng)）自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展和科技進(jìn)步將具有重要的理論價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

本項(xiàng)目針對(duì)動(dòng)力荷載下壓電智能結(jié)構(gòu)減振及降低控制能耗的需求，提出能夠有效降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)程度的壓電智能結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型，揭示壓電智能結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化問題中考慮能量消耗的合理性，并建立能夠同時(shí)兼顧結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)特性和能量消耗的壓電智能結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法；研究非比例阻尼壓電智能結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題中動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和靈敏度分析難題并發(fā)展高效穩(wěn)定的數(shù)值求解方法，并應(yīng)用于動(dòng)力荷載下基于多水平集描述的內(nèi)嵌形狀固定壓電傳感/作動(dòng)元件—承載結(jié)構(gòu)集成拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。通過本項(xiàng)目研究，獲得了振動(dòng)控制效率高、系統(tǒng)穩(wěn)定性好的壓電傳感/作動(dòng)元件布局設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目在研究期間取得以下成果：（1）建立合理的壓電智能減振結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化方法，提出能夠有效衡量結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量耗散的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，建立優(yōu)化問題模型并發(fā)展相應(yīng)的靈敏度分析方法。（2）研究主動(dòng)控制能耗在壓電智能結(jié)構(gòu)減振優(yōu)化中的合理性，發(fā)展相應(yīng)的優(yōu)化求解技術(shù)；通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所得壓電智能結(jié)構(gòu)最優(yōu)布局設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化領(lǐng)域前沿問題的研究中取得創(chuàng)新性成果。(3) 項(xiàng)目執(zhí)行期內(nèi)發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文，參加多次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。 2100433B