原 書 前 言
　　頻率控制是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的一個(gè)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(duì)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(duì)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(dú)的章節(jié)、很多的會(huì)議及專業(yè)論文對(duì)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(shí)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(shí)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(jià)值的反饋的同時(shí)，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(duì)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(duì)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(gè)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(yùn)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(duì)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(yùn)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(duì)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(shí)施的集中化設(shè)計(jì)是比較困難的。由于分散頻率控制的實(shí)用性優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)實(shí)世界電力系統(tǒng)的應(yīng)用中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了它的設(shè)計(jì)過程。
　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：為了滿足實(shí)用價(jià)值，提出大多數(shù)控制策略中的分散頻率魯棒控制設(shè)計(jì)問題被簡(jiǎn)化為低階或比例積分控制問題的綜合。這種簡(jiǎn)化思路被廣泛應(yīng)用在實(shí)際頻率控制系統(tǒng)中。
　　不確定性及限制條件的簡(jiǎn)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(shí)延及不確定性等。所提出的方法提倡對(duì)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(duì)電力系統(tǒng)各種運(yùn)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(jiǎn)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(shí)時(shí)仿真進(jìn)行驗(yàn)證的。計(jì)算機(jī)分析與設(shè)計(jì)的實(shí)用方法在這里得到了強(qiáng)調(diào)。
　　本書重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了電力系統(tǒng)頻率控制設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用和工程應(yīng)用中的問題，提供了對(duì)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(shí)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(duì)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(dòng)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(jì)方法論。成熟的控制策略是在面對(duì)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(shí)用電力系統(tǒng)頻率控制綜合。
　　本修訂版本包含12章和4個(gè)附錄。
　　第1章對(duì)電力系統(tǒng)控制的各個(gè)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(shí)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(shí)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(jì)；然后分別對(duì)一次回路和二次回路進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對(duì)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(jiǎn)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(dòng)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(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了一些物理限制對(duì)電力系統(tǒng)頻率控制特性的影響，如產(chǎn)生率、死區(qū)、時(shí)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(jì)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(shí)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(jì)的多區(qū)域電力系統(tǒng)中應(yīng)用了所提出的方法，并測(cè)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(shí)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(jì)目標(biāo)的次最優(yōu)解；通過實(shí)驗(yàn)室仿真，將提出的方法應(yīng)用到電力系統(tǒng)的一個(gè)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(jì)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(shí)際應(yīng)用條件的限制，依據(jù)結(jié)構(gòu)奇異值對(duì)系統(tǒng)的魯棒性能進(jìn)行表述以對(duì)其控制性能進(jìn)行系統(tǒng)地估量；介紹了一個(gè)基于模型預(yù)測(cè)控制的分散式頻率魯棒控制器的設(shè)計(jì)，其中的模型預(yù)測(cè)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(duì)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(jiǎn)單介紹了頻率調(diào)控市場(chǎng)；然后，仿真電力系統(tǒng)重構(gòu)對(duì)頻率調(diào)控帶來的影響，引入一個(gè)動(dòng)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(yùn)行環(huán)境；提出一個(gè)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(shí)驗(yàn)室實(shí)時(shí)測(cè)試；之后進(jìn)一步提出了采用實(shí)用價(jià)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(duì)經(jīng)濟(jì)頻率控制的設(shè)計(jì)框架進(jìn)行了說明。
　　第8章介紹了一個(gè)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(jì)；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(duì)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(duì)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(jiǎn)要回顧；其次，描述了RES對(duì)頻率控制問題的意義，引入一個(gè)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(duì)RES對(duì)頻率控制的貢獻(xiàn)建立一個(gè)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(dòng)對(duì)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(duì)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(cè)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(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)對(duì)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?cè)谔岣唠娋W(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(duì)頻率調(diào)控的影響；最后，介紹了微網(wǎng)中對(duì)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(duì)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(jì)框架及拓?fù)�；其次，�?duì)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(jià)值；最后，強(qiáng)調(diào)了對(duì)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(shí)也給電力行業(yè)帶來了許多挑戰(zhàn)。一個(gè)重要的挑戰(zhàn)便是在各種不同的運(yùn)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(chǔ)能裝置的并網(wǎng)給頻率控制帶來很大挑戰(zhàn)。廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS）的使用為系統(tǒng)頻率的監(jiān)測(cè)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(duì)電力系統(tǒng)頻率控制問題的深刻見解使本書無論是對(duì)電力從業(yè)人員還是科研工作者都大有裨益。本書重點(diǎn)介紹了不同運(yùn)行條件下電力系統(tǒng)頻率控制的實(shí)時(shí)仿真、設(shè)計(jì)以及最優(yōu)化方法，分析了新能源的加入對(duì)電網(wǎng)運(yùn)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(dòng)交流，以期本書能受到廣大讀者的喜愛。
　　M.A.Pai
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