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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1176

8.5.7仿真算例2179

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AVC313

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