本书系统阐述了现代大规模电力系统自动电压控制的基础理论、关键技术和工程应用。全书分为四篇共13章。*篇基础知识；第二篇基础技术，包括控制模式、在线自适应分区、三级电压控制、二级电压控制、静态电压稳定预警等；第三篇介绍自动电压控制中的高级协调问题，包括多级控制中心协调、安全与经济协调、支撑大规模风电汇集接入的自律协同电压控制；第四篇工程实践，包括与EMS的集成、标准化技术、大规模电力系统的应用实例等。
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目录
序
前言
第一篇 基础知识
第1章 绪论 3
1.1 自动电压控制的发展背景 3
1.2 AVC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
1.3 AVC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
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
5.2 OPF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
6.3 CSVC的基本思想 98
6.4 CSVC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
6.5.1 IEEE39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
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
10.4.1 MPC控制效果 262
10.4.2 系统控制效果 268
第四篇 工程实践
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
11.2.2 IEC61970 CIM模型简介 276
11.2.3 CIM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
13.3.1 PJM电网介绍及其电压控制现状 330
13.3.2 AVC系统设计 332
13.3.3 控制效果评估 337
附录
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.6 IEEE电力与能源协会主席Saifur Rahman教授 374
D.7 IEEE电力与能源协会前任主席Miroslav Begovic教授 375
D.8 IEEE电力系统汇刊主编 Nikos Hatziargyriou教授 376
D.9 IEEE可持续能源汇刊主编Bikash Pal教授 377
D.10 IEEE智能电网汇刊主编Jianhui Wang博士 378
参考文献 379
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