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內容簡介

《電力係統電壓穩定分析與控製方法》共23章。第1～第4章介紹靜態電壓穩定分析的基本方法、靜態電壓穩定極限點識彆和計算的混閤算法及含二次電壓控製的靜態電壓穩定分析方法。第5～第18章介紹非綫性最優控製問題的求解方法，電壓穩定全過程精確仿真和準穩態仿真方法，非綫性最優控製的直接動態優化法和間接動態優化法、模型預測控製方法、分布式模型預測控製方法及多目標強化學習方法應用於求解長期電壓穩定控製問題。第19～第23章介紹暫態電壓穩定控製方法，包括基於軌跡靈敏度法的暫態電壓穩定預防控製、基於模型預測控製的暫態電壓穩定緊急控製方法、多目標混閤整數最優控製應用於求解暫態電壓緊急控製問題及三級電壓控製體係下暫態電壓穩定仿真及緊急控製方法。《電力係統電壓穩定分析與控製方法》對所提齣的各種算法均從模型建立、算法實現等方麵進行瞭詳細推導；在算例分析中，不僅采用瞭國際通用的標準試驗係統作為算例，且采用瞭真實省級電網的實際運行數據作為算例。

內頁插圖

目錄

目錄
前言
縮略詞錶
第1章 靜態電壓穩定分析的基本方法 1
1.1 靜態電壓穩定分岔點的特徵和判定條件 1
1.1.1 鞍結分岔點的特徵和判定條件 2
1.1.2 極限誘導分岔點的特徵和判定條件 2
1.2 連續潮流法 3
1.2.1 基本原理 3
1.2.2 修正方程式 5
1.2.3 修正方程式的預解 6
1.2.4 擴展狀態變量修正值的計算 8
1.2.5 連續參數的選擇 8
1.2.6 靜態電壓穩定極限點的確定 9
1.3 最優潮流法 10
1.4 崩潰點法 12
1.5 連續潮流法和最優潮流法的比較分析 15
1.5.1 連續潮流模型 15
1.5.2 最優潮流模型 16
1.5.3 兩者的等價性條件 16
1.5.4 算例分析 17
1.6 小結 22
參考文獻 23
第2章 靜態電壓穩定極限點識彆和計算的混閤算法 24
2.1 混閤算法的基本原理 24
2.1.1 初步確定極限點性質 24
2.1.2 精確識彆和計算極限點 26
2.2 混閤算法的關鍵技術 26
2.2.1 對平衡發電機功率限製的處理方法 26
2.2.2 對崩潰點法的改進 28
2.3 算例分析 29
2.3.1 IEEE30節點係統 30
2.3.2 IEEE118節點係統 33
2.3.3 IEEE300節點係統 36
2.3.4 538節點實際係統 38
2.4小結 40
參考文獻 40
第3章 含二次電壓控製的PV麯綫計算 42
3.1 三級電壓控製架構及模型 42
3.2 含二次電壓控製的潮流計算 44
3.3 含二次電壓控製的連續潮流計算 45
3.3.1 計算模型 45
3.3.2 連續參數的選擇 46
3.3.3 控製發電機無功越限的處理 46
3.3.4 控製發電機電壓越限的處理 47
3.3.5 節點優化編號和分塊矩陣的應用 47
3.4 算例分析 47
3.4.1 新英格蘭39節點係統 47
3.4.2 某實際省級電網 53
3.5 小結 57
參考文獻 57
第4章 含二次電壓控製靜態電壓穩定裕度計算的最優潮流法 58
4.1 控製分區中含單個先導節點的靜態電壓穩定裕度計算 58
4.1.1 不接入控製發電機無功越限的處理 59
4.1.2 控製發電機無功越限的處理 59
4.1.3 計算模型 60
4.1.4 基於稀疏技術的非綫性原-對偶內點法 61
4.1.5 算例分析 63
4.2 控製分區中含多個先導節點的靜態電壓穩定裕度計算 71
4.2.1 控製發電機無功齣力的處理 71
4.2.2 不接入控製發電機無功越限的處理 71
4.2.3 多個先導節點電壓的處理 72
4.2.4 計算模型 73
4.2.5 算例分析 74
4.3 小結 77
參考文獻 78
第5章 非綫性最優控製問題的求解方法 79
5.1 求解非綫性最優控製問題的直動態優化法 79
5.2 求解非綫性最優控製問題的間接動態優化法 82
5.3 求解混閤整數非綫性最優控製問題的凸鬆弛法 84
5.4 模型預測控製法 87
5.5 小結 89
參考文獻 90
第6章 電壓穩定全過程精確仿真和準穩態仿真 91
6.1 電壓穩定全過程精確仿真 91
6.1.1 多時標全過程係統模型 91
6.1.2 同步發電機組模型 94
6.1.3 綜閤負荷的指數恢復模型 96
6.1.4 有載調壓變壓器模型 98
6.1.5 網絡模型 100
6.2 長期電壓穩定準穩態仿真 100
6.2.1 時標分解與準穩態仿真 100
6.2.2 準穩態近似數學模型 101
6.2.3 準穩態仿真的求解過程 102
6.2.4 準穩態仿真的局限性及其對策 103
6.3 小結 104
參考文獻 104
第7章 長期電壓穩定控製的直接動態優化方法 106
7.1 OCVC模型 106
7.2 基於直接動態優化的離散非綫性規劃模型 107
7.3 結閤二次罰函數的離散控製變量處理方法 111
7.4 算法總體步驟 113
7.4.1 初始點的選擇 114
7.4.2 罰函數的引入機製 114
7.4.3 收斂精度 115
7.5 算例分析 115
7.6 小結 118
參考文獻 118
第8章 長期電壓穩定控製的多波前快速求解方法 119
8.1 修正方程的數據結構 119
8.2 多波前分解法的原理 123
8.2.1 消去樹結構 123
8.2.2 波前矩陣和更新矩陣 124
8.2.3 波前矩陣與更新矩陣舉例 125
8.2.4 波前矩陣的組裝 126
8.3 修正方程的迭代求解方法 127
8.3.1 預處理共軛梯度法 127
8.3.2 廣義極小殘差法 128
8.3.3 不完全LU分解預處理器 130
8.4 算例分析 131
8.5 小結 137
參考文獻 137
第9章 長期電壓穩定控製的綫搜索濾波器內點法 139
9.1 綫搜索濾波器內點法的基本原理 139
9.2 算法實現步驟 143
9.3 算例分析 144
9.4小結 149
參考文獻 149
第10章 保留二次電壓控製器的長期電壓穩定控製切換直接算法 151
10.1 含二次電壓控製器的OCVC模型 151
10.2 切換直接算法 154
10.2.1 壁壘問題及其修正方程 154
10.2.2 利用切換技術求解壁壘問題 155
10.3 算法總體步驟 155
10.4 算例分析 156
10.4.1 新英格蘭10機39節點係統 157
10.4.2 IEEE50機145節點係統 160
10.5 小結 161
參考文獻 162
第11章 長期電壓穩定控製的間接動態優化方法 163
11.1 OCVC模型及其變形 163
11.2 間接Radau排列算法 165
11.2.1 一階最優性條件 165
11.2.2 Radau排列解法 167
11.3 算法實現 167
11.4 算例分析 168
11.4.1 測試係統的相關設置 168
11.4.2 計算結果與分析 169
11.5 小結 172
參考文獻 172
第12章 基於軌跡靈敏度的長期電壓穩定模型預測控製方法 173
12.1 軌跡靈敏度的計算 173
12.1.1 連續點的軌跡靈敏度計算 174
12.1.2 躍變時刻的軌跡靈敏度計算 175
12.1.3 軌跡靈敏度的求解 180
12.2 基於準穩態假設的滾動優化模型 186
12.3 算法實現步驟 187
12.4 算例分析 187
12.4.1 新英格蘭10機39節點係統 188
12.4.2 IEEE50機145節點係統 190
12.5 小結 193
參考文獻 193
第13章 基於修正軌跡靈敏度的長期電壓穩定模型預測控製方法 194
13.1 參考軌跡的引入 194
13.2 軌跡靈敏度的修正 196
13.3 控製元件的動態選取 197
13.4 算法的實現 197
13.5 算例分析 199
13.6 小結 201
參考文獻 201
第14章 長期電壓穩定的非綫性模型預測控製方法 203
14.1 滾動優化的非綫性規劃模型 203
14.2 算法的實現 204
14.3 算例分析 205
14.3.1 算例一 206
14.3.2 算例二 208
14.4 小結 210
參考文獻 210
第15章 長期電壓穩定非綫性模型預測控製的可行性恢復算法 211
15.1 可行性恢復算法的基本原理 211
15.1.1 初期綫搜索階段 214
15.1.2 可行性恢復階段的基本過程 216
15.1.3 基於Dogleg方嚮的計算步驟 218
15.2 KKT殘差的降低 219
15.3 算法的實現 220
15.4 算例分析 221
15.5 小結 225
參考文獻 225
第16章 長期電壓穩定模型預測控製的非綫性規劃靈敏度算法 227
16.1 基於精確模型的滾動優化模型 228
16.2 非綫性規劃靈敏度算法的基本原理 230
16.3 算法的實現 232
16.4 算例分析 233
16.5 小結 236
參考文獻 237
第17章 長期電壓穩定分布式模型預測控製方法 238
17.1 集中式滾動優化模型的分解 239
17.1.1 目標函數分解 239
17.1.2 電壓預測模型分解 240
17.2 分布式模型預測滾動優化模型和求解方法 241
17.3 基於多代理技術的實現方法 243
17.3.1 多代理係統 243
17.3.2 開發工具 247
17.3.3 係統架構 248
17.4 算例分析 253
17.4.1 新英格蘭10機39節點係統 253
17.4.2 IEEE50機145節點係統 257
17.5 小結 263
參考文獻 263
第18章 長期電壓穩定多目標協調二次電壓控製方法 264
18.1 多目標協調二次電壓控製模型 265
18.1.1 電網分區及主導節點選擇 265
18.1.2 多目標優化建模 265
18.1.3 軌跡靈敏度求取 267
18.2 簡化強化學習方法的基本原理 268
18.2.1 基本思想 268
18.2.2 基本算法 269
18.3 多目標協調二次電壓控製問題的求解 274
18.3.1 帕纍托最優解的定義 274
18.3.2 求解思路和難點 275
18.3.3 控製變量的離散化 276
18.3.4 初始點定位與狀態空間自主壓縮 277
18.3.5 基於狀態敏感度的全局搜索 278
18.3.6 簡化強化學習的主循環 281
18.4 最優解的在綫選取方法 287
18.4.1 實時權重係數的確定 287
18.4.2 具體選取方法 288
18.5 算例分析 288
18.5.1 帕纍托前沿的對比分析 289
18.5.2 實時權重的控製效果分析 294
18.5.3 計算時間與收斂性分析 296
18.6 小結 297
參考文獻 298
第19章 基於軌跡靈敏度的暫態電壓穩定預防控製方法 300
19.1 暫態電壓穩定分析的數學模型 300
19.2 軌跡靈敏度分析 301
19.3 預防控製優化模型 302
19.3.1 暫態電壓穩定約束描述 302
19.3.2 暫態電壓穩定約束最優潮流模型 303
19.4 求解方法 305
19.4.1 係統軌跡對預防控製變量靈敏度的計算 305
19.4.2 暫態電壓穩定約束的

前言/序言

　　電壓穩定是指在一個給定的初始運行狀態下承受擾動後維持係統母綫電壓的能力，可分為靜態電壓穩定、短期電壓穩定（又稱為暫態電壓穩定）和長期電壓穩定。其研究始於20世紀50年代初，但直到20世紀七八十年代，因多次電壓失穩的發生纔引起工業界和學術界的廣泛重視，並成為電力係統領域的研究熱點。進入21世紀以來，世界範圍內電壓失穩和電壓崩潰事故産生的影響較以往更為嚴重，例如，2003年8月14日，美加電網發生電壓崩潰事故，造成美國東北部和加拿大部分地區長時間大停電；時隔不久，2006年11月4日，西歐8個國傢發生瞭大麵積停電事故，這是歐洲30年來最嚴重的一次停電事故，1000多萬人受到影響。而我國隨著“西電東送、南北互供、全國聯網”的實施，帶來的是前所未有的大規模遠距離輸電。雖然還沒有發生過惡性電壓崩潰事故，但電壓失穩引起的局部停電事故卻時有發生。隨著交直流並聯輸電通道和大規模受端負荷中心電網的逐步形成，受端負荷中心動態無功備用不足和送電通道過於集中，以及電力係統運行在接近電網極限輸送能力狀態，導緻電力係統比以往更加容易受到電壓失穩的威脅。
　　針對電力係統的電壓穩定運行要求，如何采取實時、自動以及協調的電壓控製措施以有效防止電壓崩潰的發生，這既是電力工業提齣的現實需求，也是電力科學工作者麵臨的巨大挑戰。在這個需求的指引下，工業界和學術界做瞭大量的工作，其中最有代錶性的是分層協調電壓控製（一般將這種控製方式稱為三級電壓控製或自動電壓控製）。該控製結構在法國、意大利等國傢有實際工程應用，在我國部分省級電網也已開始應用。三級電壓控製大多采用穩態係統模型，可增加係統電壓穩定裕度，可推遲電壓崩潰的發生，從而給係統運行調度人員留有充分時間采取進一步的措施。在此背景下，還有如下問題需要研究：①三級電壓控製對於提高係統靜態電壓穩定的作用顯著，但原有分析靜態電壓穩定的方法並不能適用於考慮三級電壓控製作用的電力係統模型，有必要對其進行擴展；②三級電壓控製有利於提高係統長期電壓穩定，但當係統處於緊急狀態時，三級電壓控製並不能保證阻止電壓崩潰的發生，因此有必要以係統動態模型為基礎進一步探討最優協調電壓控製問題；③三級電壓控製屬於慢速控製，難以解決暫態電壓穩定控製問題，因此亟須以係統機電暫態模型為基礎發展暫態電壓穩定的控製方法。
　　近十年來，我們緻力於將先進優化方法和控製理論應用於求解電力係統電壓穩定分析與控製領域的相關問題，已發錶相關學術論文60餘篇。全書共分23章。第1章介紹靜態電壓穩定分析的基本方法，包括靜態電壓穩定極限點的基本計算方法、連續潮流和最優潮流方法的比較分析。第2～4章介紹靜態電壓穩定極限點識彆和計算的混閤算法及含二次電壓控製的電力係統靜態電壓穩定分析方法。第5章介紹非綫性最優控製問題的求解方法，包括直接動態優化法、間接動態優化法、求解混閤整數非綫性最優控製問題的凸鬆弛法及模型預測控製法；第6章介紹電壓穩定全過程精確仿真和準穩態仿真方法；第7～18章介紹長期電壓穩定控製方法，包括非綫性最優控製的直接動態優化法和間接動態優化法、模型預測控製方法、分布式模型預測控製方法及多目標強化學習方法應用於求解長期電壓穩定控製問題。第19～23章介紹暫態電壓穩定控製方法，包括基於軌跡靈敏度的暫態電壓穩定預防控製方法、基於模型預測控製的暫態電壓穩定緊急控製方法、多目標混閤整數最優控製方法應用於求解暫態電壓穩定緊急控製問題及三級電壓控製體係下暫態電壓穩定仿真及緊急控製方法。本書對所提齣的各種算法均從模型建立、算法實現等方麵進行瞭詳細推導；在算例分析中，不僅采用瞭國際通用的標準試驗係統作為算例，且采用瞭真實省級電網的實際運行數據作為算例。
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