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編輯推薦

適讀人群 ：電力係統工程技術人員，高校電力係統及自動化專業師生
　　《電力係統頻率魯棒控製》（原書第2版）由來自國際知名的專傢哈桑?貝朗尼（Hassan Bevrani）編寫，在原書第1版的基礎上，隨著技術的發展進行瞭修訂。《電力係統頻率魯棒控製》（原書第2版）的譯者也是來自國內的青年纔俊和知名專傢，盡量原汁原味地把原書奉獻給國內讀者。《電力係統頻率魯棒控製》（原書第2版）的翻譯齣版，有望對我國智能電網的發展，貢獻必要的參考資料！

內容簡介

　　《電力係統頻率魯棒控製》（原書第2版）係統地講解瞭電力係統負荷頻率魯棒控製方法，討論瞭市場管製條件下的頻率控製問題，介紹瞭風力發電等可再生能源發電係統參與電網頻率調節的方法、微電網的頻率控製方法以及虛擬同步發電機的頻率控製方法。《電力係統頻率魯棒控製》（原書第2版）含有大量的頻率控製器設計與實時仿真實例，內容翔實，覆蓋麵廣。《電力係統頻率魯棒控製》（原書第2版）可作為從事電力係統工作的工程技術人員的參考書,也適閤作為高等院校電力係統運行與控製、新能源發電技術及其他相關專業的教學輔導書或自學教材。

目錄

譯者序
原書序
原書前言
第1章電力係統控製綜述1
1.1發展概述1
1.2不穩定性問題2
1.3控製係統4
1.3.1概述4
1.3.2控製運行狀態6
1.4SCADA係統6
1.5功角與電壓控製8
1.6頻率控製9
1.6.1頻率控製的必要性11
1.7動態特性與時間常數12
1.8小結13
參考文獻13
第2章頻率控製與有功補償16
2.1頻率控製迴路16
2.2一次與二次調節迴路18
2.3頻率響應建模19
2.4互聯電力係統頻率控製22
2.5LFC參與係數27
2.6頻率運行標準28
2.7有功備用及其控製性能標準30
2.7.1有功備用/調節備用30
2.7.2性能控製標準31
2.8頻率控製綜閤與分析綜述33
2.9小結34
參考文獻34
第3章頻率響應特徵與動態特性42
3.1頻率響應分析42
3.2狀態空間動態模型45
3.3物理限製49
3.3.1發電機組齣力速率與死區49
3.3.2延時50
3.3.3不確定性51
3.4綜閤頻率響應模型53
3.5下垂特性56
3.6小結57
參考文獻58
第4章基於PI的頻率魯棒控製60
4.1H∞-SOF控製器設計61
4.1.1靜止輸齣反饋控製61
4.1.2H∞-SOF61
4.2問題描述和控製框架63
4.2.1從PI到SOF控製的變換63
4.2.2控製框架63
4.3ILMI算法66
4.3.1算法改進66
4.3.2權係數選擇69
4.4應用實例69
4.4.1算例研究69
4.4.2仿真結果71
4.5一種改進型可控輸齣嚮量74
4.6含時滯的頻率調節77
4.7控製策略79
4.7.1時滯係統的H∞控製79
4.7.2問題描述80
4.7.3基於H∞-SOF的LFC設計81
4.7.4在三區域係統中的應用82
4.8實時仿真實驗83
4.8.1電力係統仿真器83
4.8.2研究係統的配置84
4.8.3基於H∞-SOF的PI控製器86
4.9實驗結果86
4.10小結88
參考文獻89
第5章基於多目標控製的頻率魯棒調節92
5.1混閤H2/H∞的技術背景93
5.2控製策略94
5.2.1基於多目標PI的LFC設計94
5.2.2不確定性建模97
5.2.3改進的ILMI97
5.2.4權嚮量的選取（μi，Wi）100
5.2.5三控製區域係統中的應用100
5.3討論100
5.4實時仿真實驗102
5.4.1研究係統的配置102
5.4.2PI控製器103
5.5仿真結果105
5.6采用優化算法的跟蹤魯棒性能109
5.6.1多目標GA109
5.6.2魯棒性能跟蹤110
5.7小結112
參考文獻112
第6章μ理論和MPC在頻率綜閤控製中的應用114
6.1基於μ理論的序貫頻率控製設計114
6.1.1模型描述115
6.1.2綜閤流程116
6.1.3綜閤步驟119
6.1.4應用例子120
6.1.5仿真結果124
6.2基於μ理論的離散頻率綜閤控製125
6.2.1綜閤方法論125
6.2.2應用實例127
6.2.3仿真結果130
6.3基於MPC的頻率控製設計132
6.3.1模型預測控製133
6.3.2基於分散MPC的LFC136
6.4小結139
參考文獻139
第7章電力市場環境下的頻率控製141
7.1電力市場環境下的頻率調節141
7.1.1頻率調節的參與者142
7.1.2調節框架144
7.1.3調節市場146
7.2LFC動態和雙邊閤同148
7.2.1建模149
7.2.2仿真實例152
7.3考慮雙邊閤同的基於魯棒PI的頻率控製156
7.3.1基於H∞-PI的二次頻率控製設計156
7.3.2基於H2/H∞-PI的二次頻率控製設計157
7.4基於主體頻率魯棒控製163
7.4.1頻率響應分析163
7.4.2控製策略165
7.4.3PI控製器的整定169
7.4.4實時仿真170
7.4.5實驗結果173
7.4.6備注174
7.5基於智能/搜索方法的二次頻率控製176
7.5.1基於XCSR的二次頻率控製177
7.5.2基於搜索法的二次頻率控製180
7.5.3基於GA的經濟型二次調頻183
7.6小結190
參考文獻191
第8章緊急狀態下的頻率控製195
8.1頻率響應模型195
8.1.1建模195
8.1.2緊急控製/保護動態分析197
8.1.3仿真實例199
8.2低頻負荷減載（UFLS）203
8.2.1為什麼減載203
8.2.2低頻減載的文獻簡述204
8.3UFLS在多區域電力係統中的應用205
8.3.1定嚮負荷減載205
8.3.2一種集中式UFLS方案207
8.3.3基於頻率變化率的定嚮減載方案208
8.3.4仿真實例211
8.4取代UFLS或UVLS的UFVLS214
8.5備注218
8.6小結219
參考文獻219
第9章可再生能源和頻率調節222
9.1概述和現存的挑戰222
9.1.1現狀與展望223
9.1.2新的技術挑戰223
9.2最新發展224
9.2.1影響分析和一次調頻224
9.2.2二次調頻和所需的儲備225
9.2.3緊急頻率控製227
9.2.4基於電力電子器件的RES係統228
9.2.5慣性響應228
9.3計及RES影響的廣義頻率響應模型229
9.3.1廣義頻率響應模型229
9.3.2頻率響應分析230
9.4性能標準修訂的必要性232
9.5仿真研究233
9.5.1孤立的小型電力係統233
9.5.2用Δf/Δt替換df/dt238
9.5.324節點測試係統238
9.6可再生能源對頻率調節的意義241
9.7小結242
參考文獻242
第10章風電與頻率控製247
10.1風能對頻率特性的影響247
10.2風能滲透下的頻率控製250
10.2.1新英格蘭測試係統255
10.2.2實時仿真分析257
10.3風能對頻率調控的意義259
10.3.1以往的工作和成就259
10.3.2風機頻率響應261
10.4控製係統設計以提高風頻率響應266
10.4.1P、PD和PI控製器設計266
10.4.2H∞控製273
10.4.3模型預測控製276
10.5小結277
參考文獻277
第11章微網頻率控製281
11.1微網結構和控製的背景281
11.1.1微網結構281
11.1.2微網控製282
11.2頻率響應特性285
11.2.1頻率響應模型285
11.2.2頻率響應分析288
11.3基於廣義下垂的控製綜閤293
11.3.1傳統下垂控製293
11.3.2廣義下垂控製(GDC)294
11.3.3基於廣義下垂控製的控製設計295
11.4基於智能廣義積分下垂的控製綜閤297
11.4.1基於粒子群算法的廣義下垂控製設計297
11.4.2基於自適應模糊推理係統(ANFIS)的廣義下垂控製(GDC)設計302
11.5小結305
參考文獻305
第12章基於虛擬慣量的頻率控製307
12.1基本原理和概念308
12.2微網中的VSG309
12.2.1含VSG的微網結構310
12.2.2VSG在微網控製中的作用312
12.3現有VSG拓撲結構和應用313
12.3.1拓撲1314
12.3.2拓撲2315
12.3.3拓撲3316
12.3.4拓撲4317
12.3.5VSG應用318
12.4基於虛擬慣量的頻率控製319
12.4.1慣性和有功補償319
12.4.2頻率控製結構320
12.4.3實驗結果322
12.5頻率控製環節和時間尺度324
12.6技術挑戰和未來探索需求326
12.7小結328
參考文獻328
附錄331
附錄A331
附錄B333
附錄C335
附錄D337

前言/序言

　　原 書 前 言
　　頻率控製是電力係統設計與運行中的一個重要的控製問題，並且隨著電力係統規模的擴大、結構的改變、新型分布式可再生能源的浮現及其不確定性、環境的限製以及電力係統的復雜性，頻率控製對現如今的意義日益重大。
　　在過去的二十多年，很多的研究都集中在下垂控製和電壓的穩定性等問題上，很少有對電力係統頻率控製分析與綜閤的相關工作開展。在已經有一些單獨的章節、很多的會議及專業論文對頻率控製的某些方麵進行瞭闡述的基礎上，作者決定編寫一部綜閤的、閤理的、具有實踐指導意義的電力係統頻率魯棒控製類書籍，並於2009年齣版瞭《電力係統魯棒頻率控製》。時隔幾年，在積纍瞭大量的筆記以及來自世界各地的讀者和齣版商有價值的反饋的同時，思及近幾年有關領域麵臨的挑戰和取得的發展，作者決心對本書進行修訂再版。
　　作為電力係統頻率控製在工業領域參考的最新標準，本書為分布式發電和可再生能源在現代電網中逐步升高的地位帶來的技術挑戰提供瞭新的解決方案；解釋瞭頻率控製迴路在現代電力係統中扮演的角色，包括一次迴路、二次迴路、三次迴路和緊急控製迴路。特彆基於在含有少量或不含鏇轉慣量的分布式/可變化單元逐漸構成主要電網的環境下，考慮瞭低慣量和下垂特性對分布式和可再生能源逐漸滲透的係統頻率的影響，指齣瞭大部分基於同步發電機的傳統頻率控製是無效的，並提及在引人關注的微網領域中頻率穩定和控製的課題。
　　電力係統頻率魯棒控製意味著該控製必須提供一個充分最小化的係統頻率和連接綫路的功率偏差，並使安全界限覆蓋所有的運行狀態和可能的係統配置。本書頻率魯棒控製的主要目標是：基於基礎的頻率調控內容，結閤強大的魯棒控製理論及工具，針對多區域電力係統提齣一種新的頻率控製綜閤理論。本書提及的各類控製技術涉及下述所有的說明或者是幾種結閤：
　　魯棒性：保證大範圍運行情況下的魯棒穩定性和魯棒特性。為瞭達到該目的，將魯棒控製技術應用到綜閤分析的過程中。
　　分散特性：在新的電力係統環境中，對大規模多區域頻率控製綜閤的數字化或實際地實施的集中化設計是比較睏難的。由於分散頻率控製的實用性優勢，在現實世界電力係統的應用中重點強調瞭它的設計過程。
　　結構簡單：為瞭滿足實用價值，提齣大多數控製策略中的分散頻率魯棒控製設計問題被簡化為低階或比例積分控製問題的綜閤。這種簡化思路被廣泛應用在實際頻率控製係統中。
　　不確定性及限製條件的簡述：在電力係統模型及控製綜閤過程中，頻率控製綜閤過程必須足夠靈活以滿足産生率限製、時延及不確定性等。所提齣的方法提倡對係統進行物理的理解來完成頻率魯棒控製綜閤。
　　電力係統頻率魯棒控製(原書第2版)原 書 前 言本書對電力係統各種運行狀況下頻率響應的基本規則進行瞭全麵的闡述。它采用瞭簡單的頻率響應模型、控製結構和數學算法來適應現代魯棒控製原理，結閤頻率控製問題和概念性說明。大多數成熟的控製策略是通過實時仿真進行驗證的。計算機分析與設計的實用方法在這裏得到瞭強調。
　　本書重點強調瞭電力係統頻率控製設計在實際應用和工程應用中的問題，提供瞭對頻率調控和魯棒控製技術應用的概念性理解，主要目標是形成一種恰當的關於現實世界電力係統負荷頻率魯棒調控問題的直覺，而不僅僅是對復雜的數學分析方法的描述。
　　本書可供電力係統規劃和操作的工程師和操作員，以及學術研究人員參考使用；也可以作為電氣工程方嚮的本科生、研究生在電力係統動態特性、電力係統分析和電力係統穩定性及其控製等專業課程的補充教材。
　　本書提齣的技術及算法構成瞭電力係統頻率魯棒調控的係統、快捷、靈活的設計方法論。成熟的控製策略是在麵對眾所周知的嚴格條件下能夠平衡功率魯棒/最優化控製理論與實用電力係統頻率控製綜閤。
　　本修訂版本包含12章和4個附錄。
　　第1章對電力係統控製的各個方麵進行介紹，強調瞭穩定性和現有控製方法的基本概念和定義，描述瞭各類電力係統控製的時間尺度和特性，解釋瞭頻率穩定和控製的重要性。
　　第2章介紹瞭實際功率和頻率控製，包括其涉及的定義和基本概念。首先，全麵介紹瞭包括一次迴路、二次迴路、三次迴路的頻率控製和緊急控製設計；然後分彆對一次迴路和二次迴路進行瞭詳細介紹，對二次控製（又稱負荷頻率控製)的控製機理在單一控製區域進行瞭第一次描述，並將其應用擴展到多區域頻率控製係統中；最後，簡要迴顧瞭其他頻率控製文獻的研究成果。
　　第3章介紹瞭含有一次和二次迴路的電力係統的頻率控製特性和動態特性。首先，全麵介紹瞭一次、二次、三次和緊急控製的頻率響應模型；然後介紹瞭它們的動態和靜態特性，重點強調瞭一些物理限製對電力係統頻率控製特性的影響，如産生率、死區、時延以及不確定性等。
　　第4章提齣一種分散式控製方法，采用成熟的迭代綫性矩陣不等式（ILMI）算法設計基於比例積分（PI）的負荷頻率魯棒控製方法，應用瞭H∞的靜態輸齣反饋控製。本章集中討論瞭多區域電力係統中帶有通信時延的基於PI的負荷頻率魯棒控製問題。在含有不同負荷頻率控製設計的多區域電力係統中應用瞭所提齣的方法，並測試瞭閉環控製係統。
　　第5章將基於比例積分的帶有通信時延的頻率控製轉化為靜態輸齣反饋魯棒控製的最優化問題。采用H2/H∞控製理論，通過ILMI算法得到瞭假設設計目標的次最優解；通過實驗室仿真，將提齣的方法應用到電力係統的一個控製區域；最後，成功地應用遺傳優化算法（GA）跟蹤混閤H2/H∞控製器獲得的魯棒性能指標，調節瞭魯棒PI控製環。
　　第6章介紹瞭結構奇異值理論（μ）在分散式負荷頻率魯棒控製設計中的應用。在控製綜閤過程中恰當地考慮瞭係統的不確定性和實際應用條件的限製，依據結構奇異值對係統的魯棒性能進行錶述以對其控製性能進行係統地估量；介紹瞭一個基於模型預測控製的分散式頻率魯棒控製器的設計，其中的模型預測控製器中采用瞭前饋控製策略以抑製負荷變化帶來的影響；該控製器被應用到三控製區域電力係統中，並將應用效果與ILMI-PI魯棒控製器進行對比。
　　第7章介紹瞭重組電力係統中頻率控製問題的處理。首先，簡單介紹瞭頻率調控市場；然後，仿真電力係統重構對頻率調控帶來的影響，引入一個動態模型使得傳統頻率響應模型能夠適應電力係統變化的運行環境；提齣一個適應於寬鬆的電力環境的基於主體的負荷頻率控製器，並已完成相應的實驗室實時測試；之後進一步提齣瞭采用實用價值導嚮的學習分類係統和二分搜索法的兩種頻率控製綜閤法；最後，對經濟頻率控製的設計框架進行瞭說明。
　　第8章介紹瞭一個廣義頻率響應模型，適閤有重大乾擾和緊急狀況的電力係統的分析。首先，恰當地考慮瞭緊急控製/保護的作用，迴顧瞭低頻減載的策略，強調瞭分散區域減載設計；其次，在三控製區域電力係統環境下仿真比較有針對性的減載與更為傳統的共同分擔減載；最後，強調瞭利用係統的電壓和頻率數據［尤其在電力係統中有大量可再生能源(RES)接入的情況下］生成有效的減載機製的必要性。
　　第9章就集成RES的電力係統中的關鍵問題進行瞭全麵概述，這在今天具有重要的意義。首先，對本書提及的近幾年研究成果中的一些最重要的問題進行簡要迴顧；其次，描述瞭RES對頻率控製問題的意義，引入一個新的頻率響應模型；然後，分析瞭RES影響下電力係統的頻率響應及相關問題，強調瞭頻率特性標準修訂的需要；最後，對RES對頻率控製的貢獻建立一個總體框架。
　　第10章介紹瞭基於風能和頻率調控的一些重大問題。首先，迴顧瞭相關領域的最新研究成果；其次，強調瞭由於大規模風電接入導緻電力係統功率波動對頻率響應帶來的影響，並引入先進控製綜閤方法論以解決該問題；隨後介紹瞭一些頻率響應模型以討論風機對電力係統頻率控製的作用；最後，突齣強調瞭H∞控製和模型預測控製等魯棒控製技術通過慣性環節、一次迴路和二次迴路實現風機對頻率調控的潛力。
　　第11章迴顧瞭微網主要的控製概念，作為未來智能電網的重要元素，它們在提高電網有效性、穩定性以及改善一些環境問題方麵扮演著重要的角色。首先，將微網的控製環節分為局部環節、二次環節、整體環節和中心/緊急控製環節；其次，采用根軌跡法分析瞭微網的頻率響應模型，討論瞭各分布式發電機對頻率調控的影響；最後，介紹瞭微網中對頻率（電壓）的廣義下垂控製和幾種智能/魯棒控製方法論。
　　第12章利用近幾年研究成果對虛擬同步發電機（VSG）概念上的一些重大問題進行瞭完善。首先，介紹瞭VSG最為關鍵的設計框架及拓撲；其次，對集成VSG的微網或電網的一些關鍵問題進行綜述，它們的應用領域在今天有很大的利益；本章集中介紹瞭VSG在電網頻率控製中的潛在價值；最後，強調瞭對更加靈活有效的VSG及其他相關領域進行進一步的研究必要性。
　　原書序
　　過去二十年間，電力行業寬鬆管製變革以及智能電網的齣現使電網發生瞭巨大的變化，同時也給電力行業帶來瞭許多挑戰。一個重要的挑戰便是在各種不同的運行條件下維持頻率的穩定性。類似風能、太陽能等新能源的參與，以及微網和儲能裝置的並網給頻率控製帶來很大挑戰。廣域測量係統（WAMS）的使用為係統頻率的監測和控製提供瞭新的可能性。
　　在電力係統頻率控製領域，本書作為Bevrani教授2009年第1版著作的修訂新版，在解決上述問題方麵做瞭有益的補充。Bevrani教授對電力係統頻率控製問題的深刻見解使本書無論是對電力從業人員還是科研工作者都大有裨益。本書重點介紹瞭不同運行條件下電力係統頻率控製的實時仿真、設計以及最優化方法，分析瞭新能源的加入對電網運行阻尼的影響，並提齣瞭新的解決方案。
　　Bevrani教授願與世界各地的研究人員積極互動交流，以期本書能受到廣大讀者的喜愛。
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