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第1章 电力系统控制综述1

1.1 发展概述1

1.2 不稳定性问题2

1.3 控制系统4

1.3.1 概述4

1.3.2 控制运行状态6

1.4 SCADA系统6

1.5 功角与电压控制8

1.6 频率控制9

1.6.1 频率控制的必要性11

1.7 动态特性与时间常数12

1.8 小结13

参考文献13

第2章 频率控制与有功补偿16

2.1 频率控制回路16

2.2 一次与二次调节回路18

2.3 频率响应建模19

2.4 互联电力系统频率控制22

2.5 LFC参与系数27

2.6 频率运行标准28

2.7 有功备用及其控制性能标准30

2.7.1 有功备用/调节备用30

2.7.2 性能控制标准31

2.8 频率控制综合与分析综述33

2.9 小结34

参考文献34

第3章 频率响应特征与动态特性42

3.1 频率响应分析42

3.2 状态空间动态模型45

3.3 物理限制49

3.3.1 发电机组出力速率与死区49

3.3.2 延时50

3.3.3 不确定性51

3.4 综合频率响应模型53

3.5 下垂特性56

3.6 小结57

参考文献58

第4章 基于PI的频率鲁棒控制60

4.1 H∞-SOF控制器设计61

4.1.1 静止输出反馈控制61

4.1.2 H∞-SOF61

4.2 问题描述和控制框架63

4.2.1 从PI到SOF控制的变换63

4.2.2 控制框架63

4.3 ILMI算法66

4.3.1 算法改进66

4.3.2 权系数选择69

4.4 应用实例69

4.4.1 算例研究69

4.4.2 仿真结果71

4.5 一种改进型可控输出向量74

4.6 含时滞的频率调节77

4.7 控制策略79

4.7.1 时滞系统的H∞控制79

4.7.2 问题描述80

4.7.3 基于H∞-SOF的LFC设计81

4.7.4 在三区域系统中的应用82

4.8 实时仿真实验83

4.8.1 电力系统仿真器83

4.8.2 研究系统的配置84

4.8.3 基于H∞-SOF的PI控制器86

4.9 实验结果86

4.10 小结88

参考文献89

第5章 基于多目标控制的频率鲁棒调节92

5.1 混合H2/H∞的技术背景93

5.2 控制策略94

5.2.1 基于多目标PI的LFC设计94

5.2.2 不确定性建模97

5.2.3 改进的ILMI97

5.2.4 权向量的选取（μi，Wi）100

5.2.5 三控制区域系统中的应用100

5.3 讨论100

5.4 实时仿真实验102

5.4.1 研究系统的配置102

5.4.2 PI控制器103

5.5 仿真结果105

5.6 采用优化算法的跟踪鲁棒性能109

5.6.1 多目标GA109

5.6.2 鲁棒性能跟踪110

5.7 小结112

参考文献112

第6章 μ理论和MPC在频率综合控制中的应用114

6.1 基于μ理论的序贯频率控制设计114

6.1.1 模型描述115

6.1.2 综合流程116

6.1.3 综合步骤119

6.1.4 应用例子120

6.1.5 仿真结果124

6.2 基于μ理论的离散频率综合控制125

6.2.1 综合方法论125

6.2.2 应用实例127

6.2.3 仿真结果130

6.3 基于MPC的频率控制设计132

6.3.1 模型预测控制133

6.3.2 基于分散MPC的LFC136

6.4 小结139

参考文献139

第7章 电力市场环境下的频率控制141

7.1 电力市场环境下的频率调节141

7.1.1 频率调节的参与者142

7.1.2 调节框架144

7.1.3 调节市场146

7.2 LFC动态和双边合同148

7.2.1 建模149

7.2.2 仿真实例152

7.3 考虑双边合同的基于鲁棒PI的频率控制156

7.3.1 基于H∞-PI的二次频率控制设计156

7.3.2 基于H2/H∞-PI的二次频率控制设计157

7.4 基于主体频率鲁棒控制163

7.4.1 频率响应分析163

7.4.2 控制策略165

7.4.3 PI控制器的整定169

7.4.4 实时仿真170

7.4.5 实验结果173

7.4.6 备注174

7.5 基于智能/搜索方法的二次频率控制176

7.5.1 基于XCSR的二次频率控制177

7.5.2 基于搜索法的二次频率控制180

7.5.3 基于GA的经济型二次调频183

7.6 小结190

参考文献191

第8章 紧急状态下的频率控制195

8.1 频率响应模型195

8.1.1 建模195

8.1.2 紧急控制/保护动态分析197

8.1.3 仿真实例199

8.2 低频负荷减载（UFLS）203

8.2.1 为什么减载203

8.2.2 低频减载的文献简述204

8.3 UFLS在多区域电力系统中的应用205

8.3.1 定向负荷减载205

8.3.2 一种集中式UFLS方案207

8.3.3 基于频率变化率的定向减载方案208

8.3.4 仿真实例211

8.4 取代UFLS或UVLS的UFVLS214

8.5 备注218

8.6 小结219

参考文献219

第9章 可再生能源和频率调节222

9.1 概述和现存的挑战222

9.1.1 现状与展望223

9.1.2 新的技术挑战223

9.2 最新发展224

9.2.1 影响分析和一次调频224

9.2.2 二次调频和所需的储备225

9.2.3 紧急频率控制227

9.2.4 基于电力电子器件的RES系统228

9.2.5 惯性响应228

9.3 计及RES影响的广义频率响应模型229

9.3.1 广义频率响应模型229

9.3.2 频率响应分析230

9.4 性能标准修订的必要性232

9.5 仿真研究233

9.5.1 孤立的小型电力系统233

9.5.2 用Δf/Δt替换df/dt238

9.5.3 24节点测试系统238

9.6 可再生能源对频率调节的意义241

9.7 小结242

参考文献242

第10章 风电与频率控制247

10.1 风能对频率特性的影响247

10.2 风能渗透下的频率控制250

10.2.1 新英格兰测试系统255

10.2.2 实时仿真分析257

10.3 风能对频率调控的意义259

10.3.1 以往的工作和成就259

10.3.2 风机频率响应261

10.4 控制系统设计以提高风频率响应266

10.4.1 P、PD和PI控制器设计266

10.4.2 H∞控制273

10.4.3 模型预测控制276

10.5 小结277

参考文献277

第11章 微网频率控制281

11.1 微网结构和控制的背景281

11.1.1 微网结构281

11.1.2 微网控制282

11.2 频率响应特性285

11.2.1 频率响应模型285

11.2.2 频率响应分析288

11.3 基于广义下垂的控制综合293

11.3.1 传统下垂控制293

11.3.2 广义下垂控制（GDC）294

11.3.3 基于广义下垂控制的控制设计295

11.4 基于智能广义积分下垂的控制综合297

11.4.1 基于粒子群算法的广义下垂控制设计297

11.4.2 基于自适应模糊推理系统（ANFIS）的广义下垂控制（GDC）设计302

11.5 小结305

参考文献305

第12章 基于虚拟惯量的频率控制307

12.1 基本原理和概念308

12.2 微网中的VSG309

12.2.1 含VSG的微网结构310

12.2.2 VSG在微网控制中的作用312

12.3 现有VSG拓扑结构和应用313

12.3.1 拓扑1314

12.3.2 拓扑2315

12.3.3 拓扑3316

12.3.4 拓扑4317

12.3.5 VSG应用318

12.4 基于虚拟惯量的频率控制319

12.4.1 惯性和有功补偿319

12.4.2 频率控制结构320

12.4.3 实验结果322

12.5 频率控制环节和时间尺度324

12.6 技术挑战和未来探索需求326

12.7 小结328

参考文献328

附录331

附录A331

附录B333

附录C335

附录D337