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第一篇 基础知识 3

第1章 绪论 3

1.1自动电压控制的发展背景 3

1.2AVC的发展历史 4

1.2.1基于OPF的两层控制模式 4

1.2.2基于分区的三层控制模式 5

1.2.3三层电压控制模式的发展 6

1.2.4发展历史小结 10

1.3AVC的主要挑战 11

第2章 基础知识 14

2.1基本概念 14

2.1.1电压偏移 14

2.1.2无功功率 15

2.2电压水平与无功平衡 20

2.2.1电压水平 20

2.2.2无功平衡 23

2.3无功电源 23

2.3.1同步发电机 24

2.3.2同步调相机及同步电动机 24

2.3.3静电电容器 25

2.3.4静止无功补偿器 26

2.3.5高压输电线的充电功率 27

2.4电压控制措施 27

2.4.1调节发电机励磁 28

2.4.2改变变压器变比 29

2.4.3利用并联无功补偿控制电压 30

2.4.4利用串联无功补偿控制电压 30

2.5潮流方程与灵敏度分析 32

第二篇 基础技术 37

第3章 自动电压控制模式 37

3.1引言 37

3.2分级递阶电压控制模式 37

3.3基于软分区的三层电压控制模式 40

3.4电压控制模式的演化关系 42

3.4.1理想化最优控制模式 43

3.4.2目标解耦性分析 45

3.4.3时间解耦性分析 47

3.4.4空间解耦性分析 50

3.4.5对比总结 55

第4章 在线自适应分区方法 59

4.1引言 59

4.2无功源控制空间 61

4.2.1基本思想 61

4.2.2控制灵敏度求解 61

4.2.3无功源空间构造过程 64

4.2.4简单示例 65

4.3基于无功源空间的分区方法 67

4.3.1聚类分析 67

4.3.2算例研究 68

4.4中枢母线选择方法 73

4.4.1原理与算法框架 74

4.4.2中枢母线的选择过程 75

4.4.3算例分析 81

第5章 三级电压控制 87

5.1引言 87

5.2OPF无功优化模型 87

5.3软件体系 88

5.4功能 89

5.5现场应用案例 90

5.5.1联络线控制效果 90

5.5.2网损控制效果 92

第6章 二级电压控制 95

6.1引言 95

6.2不同控制方式下的协调 95

6.3CSVC的基本思想 98

6.4CSVC的数学模型 99

6.4.1变量说明 99

6.4.2目标函数 100

6.4.3约束条件 102

6.4.4紧急控制模式 103

6.5仿真算例 104

6.5.1IEEE39节点系统 104

6.5.2江苏实际电网 106

6.6功能体系 110

6.6.1控制策略计算 110

6.6.2控制策略执行 110

6.6.3闭锁设置 111

第7章 静态电压稳定预警和预防控制 112

7.1概述 112

7.2奇异值分解法 113

7.3标准连续型潮流计算方法 115

7.3.1原理简介 115

7.3.2算法细节 116

7.4连续潮流计算方法的改进 117

7.4.1潮流计算中的PV-PQ节点类型转换逻辑 117

7.4.2基于动态潮流方程的连续潮流方法 119

7.5故障型连续潮流 123

7.5.1问题的列式 124

7.5.2虚拟的静态稳定临界点 126

7.6电压稳定控制的模型和方法 127

7.6.1控制灵敏度的计算方法 127

7.6.2基于连续线性规划的控制模型 128

第三篇 高级协调问题 133

第8章 多级控制中心的协调控制 133

8.1概述 133

8.2基本概念 134

8.2.1协调关口 134

8.2.2协调变量 136

8.2.3协调约束 136

8.2.4关口无功电压耦合度关系 139

8.2.5协调关口组 142

8.3多级控制中心协调优化控制模式 145

8.4强耦合的多级控制中心协调优化控制 147

8.4.1特点分析 147

8.4.2协调约束的生成 148

8.4.3协调策略的产生 153

8.4.4控制策略的执行 155

8.4.5仿真控制效果 159

8.5弱耦合的多级控制中心协调优化控制研究 163

8.5.1弱耦合特点说明 163

8.5.2省地协调电压控制弱耦合特性分析 163

8.5.3省地协调中协调约束的生成 165

8.5.4省地协调中协调策略的产生 170

8.5.5省地协调中协调策略的执行 174

8.5.6仿真算例1 176

8.5.7仿真算例2 179

第9章 安全与经济的协调 182

9.1概述 182

9.2多目标优化和博弈论 183

9.2.1多目标优化相关概念 183

9.2.2博弈论相关概念 184

9.2.3基于博弈理论求解多目标优化 186

9.3多目标无功电压优化模型 188

9.3.1经济安全指标 188

9.3.2考虑安全和经济的多目标无功电压优化模型 190

9.3.3多目标无功电压优化模型的Pareto最优前沿 191

9.4多目标无功电压优化模型求解 195

9.4.1基于合作博弈理论求解多目标无功电压优化模型 195

9.4.2传统模型和新模型最优解关系 202

9.4.3算例分析 204

9.5安全方博弈决策的在线方法 212

9.5.1状态变化转移因子特性 212

9.5.2实用化的安全方决策方法 224

9.5.3基于中枢节点的决策方法 226

9.6考虑静态电压稳定性的模型与求解方法 229

9.6.1考虑静态电压稳定性的SCOPF模型 229

9.6.2考虑静态电压稳定性的M-ROPF模型 230

9.6.3基于合作博弈理论的模型求解 235

9.6.4算例分析 241

第10章 支撑大规模风电汇集接入的自律协同电压控制 245

10.1概述 245

10.1.1背景与技术挑战 245

10.1.2自律协同控制架构 247

10.2风电场AVC子站侧自律控制 249

10.2.1概述 249

10.2.2目标函数 251

10.2.3预测模型 252

10.2.4风电场AVC子站功能 254

10.2.5风电场AVC子站接口 255

10.3系统级协同控制 257

10.3.1概述 257

10.3.2敏捷二级电压控制 258

10.3.3基于SCOPF的预防控制 261

10.4现场应用案例 262

10.4.1MPC控制效果 262

10.4.2系统控制效果 268

第四篇 工程实践 273

第11章 与EMS的集成 273

11.1概述 273

11.2外挂式集成 274

11.2.1基本流程 274

11.2.2IEC61970 CIM模型简介 276

11.2.3CIM模型的自动导出与解析 280

11.3内嵌式集成 281

11.3.1系统框架与数据交互 283

11.3.2详细设计分析 285

第12章 AVC相关标准化研究 298

12.1概述 298

12.2扩展原则 299

12.3对现有AVC系统的分析 300

12.4层次结构描述 301

12.5与现有CIM结合 302

12.6多控制中心之间的标准化信息交互 305

12.6.1交互信息分析 305

12.6.2信息模型定义 306

12.6.3信息交互流程 310

第13章 大规模电力系统的应用实例 313

13.1华北电网AVC 313

13.1.1整体架构 314

13.1.2主要功能 315

13.1.3应用情况 317

13.2南方电网网省地一体化协调电压控制系统 319

13.2.1系统结构 321

13.2.2南网AVC功能 322

13.2.3网省地数据交互流程 327

13.2.4应用情况 328

13.2.5小结 330

13.3安全与经济协调的AVC系统在PJM电网的应用 330

13.3.1PJM电网介绍及其电压控制现状 330

13.3.2AVC系统设计 332

13.3.3控制效果评估 337

附录 347

附录A IEEE39节点系统数据 347

A.1系统单线图 347

A.2运行约束 347

A.2.1正常运行状态的运行约束 347

A.2.2预想故障设置及故障后约束 348

A.3基态潮流 349

附录B电厂侧电压控制 351

B.1概述 351

B.2主站与电厂子站的协调策略 351

B.3接口设计 353

B.3.1子站与主站接口方式 353

B.3.2子站上位机与下位机接口方式 353

B.3.3子站实时数据采集方式 353

B.3.4子站与DCS接口方式 354

B.4功能体系 354

B.4.1主要功能 354

B.4.2安全约束条件 355

B.5主站与子站通信方案 356

附录C变电站协调优化控制 358

C.1概述 358

C.2考虑变电站控制资源的协调全局优化 358

C.3变电站直控模式 359

C.4控制策略 360

C.4.1控制目标 360

C.4.2控制逻辑 361

C.5功能设计 363

C.5.1变电站控制建模 363

C.5.2变电站闭环控制 364

附录D海外专家书评 368

D.1美国能源部高级顾问、国家工程院院士Anjan Bose教授 368

D.2美国国家工程院院士Joe H.Chow教授 370

D.3美国国家工程院院士Yilu Liu教授 371

D.4美国国家工程院院士Jay Giri博士 372

D.5美国国家工程院院士、IEEE智能电网汇刊创刊主编Mohammad Shahidehpour教授 373

D.6IEEE电力与能源协会主席Saifur Rahman教授 374

D.7IEEE电力与能源协会前任主席Miroslav Begovic教授 375

D.8IEEE电力系统汇刊主编Nikos Hatziargyriou教授 376

D.9IEEE可持续能源汇刊主编Bikash Pal教授 377

D.10IEEE智能电网汇刊主编Jianhui Wang博士 378

参考文献 379