原 書 前 言
　　頻率控制是電力系統(tǒng)設(shè)計與運行中的一個重要的控制問題，并且隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大、結(jié)構(gòu)的改變、新型分布式可再生能源的浮現(xiàn)及其不確定性、環(huán)境的限制以及電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，頻率控制對現(xiàn)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制和電壓的穩(wěn)定性等問題上，很少有對電力系統(tǒng)頻率控制分析與綜合的相關(guān)工作開展。在已經(jīng)有一些單獨的章節(jié)、很多的會議及專業(yè)論文對頻率控制的某些方面進(jìn)行了闡述的基礎(chǔ)上，作者決定編寫一部綜合的、合理的、具有實踐指導(dǎo)意義的電力系統(tǒng)頻率魯棒控制類書籍，并于2009年出版了《電力系統(tǒng)魯棒頻率控制》。時隔幾年，在積累了大量的筆記以及來自世界各地的讀者和出版商有價值的反饋的同時，思及近幾年有關(guān)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和取得的發(fā)展，作者決心對本書進(jìn)行修訂再版。
　　作為電力系統(tǒng)頻率控制在工業(yè)領(lǐng)域參考的最新標(biāo)準(zhǔn)，本書為分布式發(fā)電和可再生能源在現(xiàn)代電網(wǎng)中逐步升高的地位帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)提供了新的解決方案；解釋了頻率控制回路在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中扮演的角色，包括一次回路、二次回路、三次回路和緊急控制回路。特別基于在含有少量或不含旋轉(zhuǎn)慣量的分布式/可變化單元逐漸構(gòu)成主要電網(wǎng)的環(huán)境下，考慮了低慣量和下垂特性對分布式和可再生能源逐漸滲透的系統(tǒng)頻率的影響，指出了大部分基于同步發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)頻率控制是無效的，并提及在引人關(guān)注的微網(wǎng)領(lǐng)域中頻率穩(wěn)定和控制的課題。
　　電力系統(tǒng)頻率魯棒控制意味著該控制必須提供一個充分最小化的系統(tǒng)頻率和連接線路的功率偏差，并使安全界限覆蓋所有的運行狀態(tài)和可能的系統(tǒng)配置。本書頻率魯棒控制的主要目標(biāo)是：基于基礎(chǔ)的頻率調(diào)控內(nèi)容，結(jié)合強(qiáng)大的魯棒控制理論及工具，針對多區(qū)域電力系統(tǒng)提出一種新的頻率控制綜合理論。本書提及的各類控制技術(shù)涉及下述所有的說明或者是幾種結(jié)合：
　　魯棒性：保證大范圍運行情況下的魯棒穩(wěn)定性和魯棒特性。為了達(dá)到該目的，將魯棒控制技術(shù)應(yīng)用到綜合分析的過程中。
　　分散特性：在新的電力系統(tǒng)環(huán)境中，對大規(guī)模多區(qū)域頻率控制綜合的數(shù)字化或?qū)嶋H地實施的集中化設(shè)計是比較困難的。由于分散頻率控制的實用性優(yōu)勢，在現(xiàn)實世界電力系統(tǒng)的應(yīng)用中重點強(qiáng)調(diào)了它的設(shè)計過程。
　　結(jié)構(gòu)簡單：為了滿足實用價值，提出大多數(shù)控制策略中的分散頻率魯棒控制設(shè)計問題被簡化為低階或比例積分控制問題的綜合。這種簡化思路被廣泛應(yīng)用在實際頻率控制系統(tǒng)中。
　　不確定性及限制條件的簡述：在電力系統(tǒng)模型及控制綜合過程中，頻率控制綜合過程必須足夠靈活以滿足產(chǎn)生率限制、時延及不確定性等。所提出的方法提倡對系統(tǒng)進(jìn)行物理的理解來完成頻率魯棒控制綜合。
　　電力系統(tǒng)頻率魯棒控制(原書第2版)原 書 前 言本書對電力系統(tǒng)各種運行狀況下頻率響應(yīng)的基本規(guī)則進(jìn)行了全面的闡述。它采用了簡單的頻率響應(yīng)模型、控制結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)算法來適應(yīng)現(xiàn)代魯棒控制原理，結(jié)合頻率控制問題和概念性說明。大多數(shù)成熟的控制策略是通過實時仿真進(jìn)行驗證的。計算機(jī)分析與設(shè)計的實用方法在這里得到了強(qiáng)調(diào)。
　　本書重點強(qiáng)調(diào)了電力系統(tǒng)頻率控制設(shè)計在實際應(yīng)用和工程應(yīng)用中的問題，提供了對頻率調(diào)控和魯棒控制技術(shù)應(yīng)用的概念性理解，主要目標(biāo)是形成一種恰當(dāng)?shù)年P(guān)于現(xiàn)實世界電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率魯棒調(diào)控問題的直覺，而不僅僅是對復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析方法的描述。
　　本書可供電力系統(tǒng)規(guī)劃和操作的工程師和操作員，以及學(xué)術(shù)研究人員參考使用；也可以作為電氣工程方向的本科生、研究生在電力系統(tǒng)動態(tài)特性、電力系統(tǒng)分析和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及其控制等專業(yè)課程的補(bǔ)充教材。
　　本書提出的技術(shù)及算法構(gòu)成了電力系統(tǒng)頻率魯棒調(diào)控的系統(tǒng)、快捷、靈活的設(shè)計方法論。成熟的控制策略是在面對眾所周知的嚴(yán)格條件下能夠平衡功率魯棒/最優(yōu)化控制理論與實用電力系統(tǒng)頻率控制綜合。
　　本修訂版本包含12章和4個附錄。
　　第1章對電力系統(tǒng)控制的各個方面進(jìn)行介紹，強(qiáng)調(diào)了穩(wěn)定性和現(xiàn)有控制方法的基本概念和定義，描述了各類電力系統(tǒng)控制的時間尺度和特性，解釋了頻率穩(wěn)定和控制的重要性。
　　第2章介紹了實際功率和頻率控制，包括其涉及的定義和基本概念。首先，全面介紹了包括一次回路、二次回路、三次回路的頻率控制和緊急控制設(shè)計；然后分別對一次回路和二次回路進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對二次控制（又稱負(fù)荷頻率控制)的控制機(jī)理在單一控制區(qū)域進(jìn)行了第一次描述，并將其應(yīng)用擴(kuò)展到多區(qū)域頻率控制系統(tǒng)中；最后，簡要回顧了其他頻率控制文獻(xiàn)的研究成果。
　　第3章介紹了含有一次和二次回路的電力系統(tǒng)的頻率控制特性和動態(tài)特性。首先，全面介紹了一次、二次、三次和緊急控制的頻率響應(yīng)模型；然后介紹了它們的動態(tài)和靜態(tài)特性，重點強(qiáng)調(diào)了一些物理限制對電力系統(tǒng)頻率控制特性的影響，如產(chǎn)生率、死區(qū)、時延以及不確定性等。
　　第4章提出一種分散式控制方法，采用成熟的迭代線性矩陣不等式（ILMI）算法設(shè)計基于比例積分（PI）的負(fù)荷頻率魯棒控制方法，應(yīng)用了H∞的靜態(tài)輸出反饋控制。本章集中討論了多區(qū)域電力系統(tǒng)中帶有通信時延的基于PI的負(fù)荷頻率魯棒控制問題。在含有不同負(fù)荷頻率控制設(shè)計的多區(qū)域電力系統(tǒng)中應(yīng)用了所提出的方法，并測試了閉環(huán)控制系統(tǒng)。
　　第5章將基于比例積分的帶有通信時延的頻率控制轉(zhuǎn)化為靜態(tài)輸出反饋魯棒控制的最優(yōu)化問題。采用H2/H∞控制理論，通過ILMI算法得到了假設(shè)設(shè)計目標(biāo)的次最優(yōu)解；通過實驗室仿真，將提出的方法應(yīng)用到電力系統(tǒng)的一個控制區(qū)域；最后，成功地應(yīng)用遺傳優(yōu)化算法（GA）跟蹤混合H2/H∞控制器獲得的魯棒性能指標(biāo)，調(diào)節(jié)了魯棒PI控制環(huán)。
　　第6章介紹了結(jié)構(gòu)奇異值理論（μ）在分散式負(fù)荷頻率魯棒控制設(shè)計中的應(yīng)用。在控制綜合過程中恰當(dāng)?shù)乜紤]了系統(tǒng)的不確定性和實際應(yīng)用條件的限制，依據(jù)結(jié)構(gòu)奇異值對系統(tǒng)的魯棒性能進(jìn)行表述以對其控制性能進(jìn)行系統(tǒng)地估量；介紹了一個基于模型預(yù)測控制的分散式頻率魯棒控制器的設(shè)計，其中的模型預(yù)測控制器中采用了前饋控制策略以抑制負(fù)荷變化帶來的影響；該控制器被應(yīng)用到三控制區(qū)域電力系統(tǒng)中，并將應(yīng)用效果與ILMI-PI魯棒控制器進(jìn)行對比。
　　第7章介紹了重組電力系統(tǒng)中頻率控制問題的處理。首先，簡單介紹了頻率調(diào)控市場；然后，仿真電力系統(tǒng)重構(gòu)對頻率調(diào)控帶來的影響，引入一個動態(tài)模型使得傳統(tǒng)頻率響應(yīng)模型能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)變化的運行環(huán)境；提出一個適應(yīng)于寬松的電力環(huán)境的基于主體的負(fù)荷頻率控制器，并已完成相應(yīng)的實驗室實時測試；之后進(jìn)一步提出了采用實用價值導(dǎo)向的學(xué)習(xí)分類系統(tǒng)和二分搜索法的兩種頻率控制綜合法；最后，對經(jīng)濟(jì)頻率控制的設(shè)計框架進(jìn)行了說明。
　　第8章介紹了一個廣義頻率響應(yīng)模型，適合有重大干擾和緊急狀況的電力系統(tǒng)的分析。首先，恰當(dāng)?shù)乜紤]了緊急控制/保護(hù)的作用，回顧了低頻減載的策略，強(qiáng)調(diào)了分散區(qū)域減載設(shè)計；其次，在三控制區(qū)域電力系統(tǒng)環(huán)境下仿真比較有針對性的減載與更為傳統(tǒng)的共同分擔(dān)減載；最后，強(qiáng)調(diào)了利用系統(tǒng)的電壓和頻率數(shù)據(jù)［尤其在電力系統(tǒng)中有大量可再生能源(RES)接入的情況下］生成有效的減載機(jī)制的必要性。
　　第9章就集成RES的電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了全面概述，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(jìn)行簡要回顧；其次，描述了RES對頻率控制問題的意義，引入一個新的頻率響應(yīng)模型；然后，分析了RES影響下電力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)及相關(guān)問題，強(qiáng)調(diào)了頻率特性標(biāo)準(zhǔn)修訂的需要；最后，對RES對頻率控制的貢獻(xiàn)建立一個總體框架。
　　第10章介紹了基于風(fēng)能和頻率調(diào)控的一些重大問題。首先，回顧了相關(guān)領(lǐng)域的最新研究成果；其次，強(qiáng)調(diào)了由于大規(guī)模風(fēng)電接入導(dǎo)致電力系統(tǒng)功率波動對頻率響應(yīng)帶來的影響，并引入先進(jìn)控制綜合方法論以解決該問題；隨后介紹了一些頻率響應(yīng)模型以討論風(fēng)機(jī)對電力系統(tǒng)頻率控制的作用；最后，突出強(qiáng)調(diào)了H∞控制和模型預(yù)測控制等魯棒控制技術(shù)通過慣性環(huán)節(jié)、一次回路和二次回路實現(xiàn)風(fēng)機(jī)對頻率調(diào)控的潛力。
　　第11章回顧了微網(wǎng)主要的控制概念，作為未來智能電網(wǎng)的重要元素，它們在提高電網(wǎng)有效性、穩(wěn)定性以及改善一些環(huán)境問題方面扮演著重要的角色。首先，將微網(wǎng)的控制環(huán)節(jié)分為局部環(huán)節(jié)、二次環(huán)節(jié)、整體環(huán)節(jié)和中心/緊急控制環(huán)節(jié)；其次，采用根軌跡法分析了微網(wǎng)的頻率響應(yīng)模型，討論了各分布式發(fā)電機(jī)對頻率調(diào)控的影響；最后，介紹了微網(wǎng)中對頻率（電壓）的廣義下垂控制和幾種智能/魯棒控制方法論。
　　第12章利用近幾年研究成果對虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）概念上的一些重大問題進(jìn)行了完善。首先，介紹了VSG最為關(guān)鍵的設(shè)計框架及拓?fù)�；其次，對集成VSG的微網(wǎng)或電網(wǎng)的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行綜述，它們的應(yīng)用領(lǐng)域在今天有很大的利益；本章集中介紹了VSG在電網(wǎng)頻率控制中的潛在價值；最后，強(qiáng)調(diào)了對更加靈活有效的VSG及其他相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步的研究必要性。
　　原書序
　　過去二十年間，電力行業(yè)寬松管制變革以及智能電網(wǎng)的出現(xiàn)使電網(wǎng)發(fā)生了巨大的變化，同時也給電力行業(yè)帶來了許多挑戰(zhàn)。一個重要的挑戰(zhàn)便是在各種不同的運行條件下維持頻率的穩(wěn)定性。類似風(fēng)能、太陽能等新能源的參與，以及微網(wǎng)和儲能裝置的并網(wǎng)給頻率控制帶來很大挑戰(zhàn)。廣域測量系統(tǒng)（WAMS）的使用為系統(tǒng)頻率的監(jiān)測和控制提供了新的可能性。
　　在電力系統(tǒng)頻率控制領(lǐng)域，本書作為Bevrani教授2009年第1版著作的修訂新版，在解決上述問題方面做了有益的補(bǔ)充。Bevrani教授對電力系統(tǒng)頻率控制問題的深刻見解使本書無論是對電力從業(yè)人員還是科研工作者都大有裨益。本書重點介紹了不同運行條件下電力系統(tǒng)頻率控制的實時仿真、設(shè)計以及最優(yōu)化方法，分析了新能源的加入對電網(wǎng)運行阻尼的影響，并提出了新的解決方案。
　　Bevrani教授愿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。
　　M.A.Pai
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