項(xiàng)目名稱：    復(fù)雜非線性電力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制與智能優(yōu)化理論與方法的研究

推薦單位：    教育部

項(xiàng)目簡介：    本項(xiàng)目屬于電氣工程、自動(dòng)控制、人工智能等多學(xué)科交叉領(lǐng)域�，F(xiàn)代電力系統(tǒng)已普遍發(fā)展成為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特大型非線性系統(tǒng), 如何保證其安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是一個(gè)極其重要和迫切的研究課題。本項(xiàng)目旨在探索提高復(fù)雜電力系統(tǒng)安全與優(yōu)化運(yùn)行水平的新理論和新方法。項(xiàng)目得到了國家杰出青年基金、國家自然科學(xué)基金，國家自然科學(xué)創(chuàng)新群體基金和國家973等項(xiàng)目資助。主要成果如下：

1. 提出了復(fù)雜電力系統(tǒng)魯棒控制系統(tǒng)的進(jìn)化設(shè)計(jì)方法，成功地解決了魯棒控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的優(yōu)化問題。提出了電力系統(tǒng)高性能非線性控制策略，設(shè)計(jì)的控制器具有很強(qiáng)的魯棒性。

2. 提出了非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制新方法，成功地克服了系統(tǒng)參數(shù)不確定對(duì)控制效果的不良影響。同時(shí)解決了國際非線性自適應(yīng)控制領(lǐng)域中一些著名的難題: 任意相對(duì)階情況下受擾動(dòng)非線性系統(tǒng)的通用自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)問題；任意階前饋(feedforward)非線性系統(tǒng)的全局自適應(yīng)控制問題等。

3. 提出了考慮暫態(tài)穩(wěn)定約束的優(yōu)化調(diào)度新模型與算法以及基于生物進(jìn)化原理的復(fù)雜電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度新方法。提出了采用擬隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生初始種群的新方法，大大加快了搜索效率，為進(jìn)化算法在電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度中的應(yīng)用排除了障礙。

4. 提出了基于生物進(jìn)化原理的多智能體技術(shù)的電力系統(tǒng)優(yōu)化方法，建立了多智能體系統(tǒng)中的進(jìn)化協(xié)調(diào)和協(xié)同學(xué)習(xí)算法, 實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的通訊機(jī)制，為開展復(fù)雜電力系統(tǒng)分布式智能調(diào)度的研究提供了基礎(chǔ)。

項(xiàng)目共發(fā)表論文151篇，其中在IEEE Transactions, IEE Proceedings等權(quán)威學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文62篇，被SCI 收錄60篇，EI 收錄98篇，被SCI 他引232次，他引論著發(fā)表在56 種國際期刊，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人被邀請(qǐng)?jiān)诎拇罄麃喿鞔髸?huì)特邀報(bào)告，研究成果得到了學(xué)術(shù)同行高度評(píng)價(jià)，曾獲2005年教育部提名國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（自然科學(xué)）一等獎(jiǎng)。

研究成果已在我國大型電力系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)推動(dòng)本學(xué)科發(fā)展具有重大理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：  1) 針對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)具有時(shí)變、強(qiáng)非線性及強(qiáng)隨機(jī)性等特點(diǎn)，提出了復(fù)雜電力系統(tǒng)魯棒控制系統(tǒng)的進(jìn)化設(shè)計(jì)方法，成功地解決了魯棒控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的優(yōu)化難題。提出了電力系統(tǒng)高性能非線性控制策略，克服了電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì)中所碰到的非線性問題，同時(shí)也可以使控制器具有很強(qiáng)的魯棒性。（學(xué)科分類號(hào)：4702040, 目錄論文[1,4,9,11]）

2) 提出了非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制新方法，獲得了一類非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的充分條件，糾正了美國著名學(xué)者Westervelt教授所獲得的錯(cuò)誤結(jié)論。并解決了包括由國際非線性自適應(yīng)控制的開拓者P.V. Kokotovic等提出的一些著名的難題: 任意階前饋(feedforward)非線性系統(tǒng)的全局自適應(yīng)控制問題；任意相對(duì)階情況下受擾動(dòng)非線性系統(tǒng)的通用自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)問題等，突破了自八十年代末以來已有結(jié)果均限制系統(tǒng)相對(duì)階不超過2的局限。（學(xué)科分類號(hào)：5151020, 目錄論文[2,5,6,7]）

3) 提出了考慮暫態(tài)穩(wěn)定約束的優(yōu)化調(diào)度新模型與算法以及基于生物進(jìn)化原理的復(fù)雜電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度新方法。設(shè)計(jì)了混合類型的變量（含連續(xù)變量，離散變量，邏輯變量）的有效、靈活的編碼方法，提出了采用擬隨機(jī)數(shù)（QRS）產(chǎn)生初始種群的新方法，保證了初始種群在高維、混合搜索空間中的均勻分布特性，大大加快了搜索效率，為進(jìn)化算法在電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度中的應(yīng)用排除了障礙。（學(xué)科分類號(hào)：4702040, 目錄論文[4,8,12,13]）

4) 提出了基于生物進(jìn)化原理的多智能體的電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方法，建立了多智能體系統(tǒng)中的進(jìn)化協(xié)調(diào)和協(xié)同學(xué)習(xí)算法,實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的通訊機(jī)制，為開展復(fù)雜電力系統(tǒng)分布式智能調(diào)度的研究提供了基礎(chǔ)。（學(xué)科分類號(hào)：4702040, 目錄論文[10,14]）

5) 用解析的方法建立了電力系統(tǒng)故障診斷的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)結(jié)合信息的時(shí)序?qū)傩�，建立了蘊(yùn)含時(shí)序?qū)傩缘呢惾~斯網(wǎng)絡(luò)分布式處理模型。發(fā)展了大型電力系統(tǒng)故障診斷時(shí)形成與故障信息有關(guān)的局部網(wǎng)絡(luò)的方法，可以將故障診斷問題局限于局部網(wǎng)絡(luò)之中，大大節(jié)省了計(jì)算時(shí)間。提出了基于智能全局優(yōu)化方法的電力系統(tǒng)故障診斷的新理論與新方法。（學(xué)科分類號(hào)：4702040, 目錄論文[2,15]）

以上研究成果產(chǎn)生了很大的國際影響，被國內(nèi)外許多著名學(xué)者引用，并得到了高度評(píng)價(jià)。 這些學(xué)者包括瑞典皇家工程科學(xué)院院士D. J. Hill教授，IEEE終身成就獲得者 John Webster教授, IEEE Fellow M. A. Pai教授，Syst. & Contr. Lett.的主編I. Mareels教授等。研究成果已在我國大型電力系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為提高電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作出了貢獻(xiàn)。

主要完成人：  1.   曹一家

發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1, 3, 4 的主要貢獻(xiàn)人。負(fù)責(zé)本項(xiàng)目大部分的理論研究工作，提出了復(fù)雜電力系統(tǒng)高性能非線性魯棒控制策略，建立了魯棒控制系統(tǒng)的進(jìn)化設(shè)計(jì)方法。提出了基于生物進(jìn)化原理的復(fù)雜電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型和算法。在該項(xiàng)目中的工作量占本人工作量的60%。

2.   葉旭東

發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2 的主要貢獻(xiàn)人。 承擔(dān)本項(xiàng)目部分的理論研究工作，解決任意相對(duì)階情況下受非線性擾動(dòng)系統(tǒng)的通用自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)問題和解決任意階前饋(feedforward)非線性系統(tǒng)的全局自適應(yīng)控制問題。在該項(xiàng)目中的工作量占本人工作量的55%。

3.   韓禎祥

發(fā)現(xiàn)點(diǎn)5的主要貢獻(xiàn)人。用解析的方法建立了電力系統(tǒng)故障診斷的數(shù)學(xué)模型，發(fā)展了大型電力系統(tǒng)故障診斷時(shí)形成與故障信息有關(guān)的局部網(wǎng)絡(luò)的方法，提出了基于全局智能優(yōu)化方法的電力系統(tǒng)故障診斷的新方法。在該項(xiàng)目中的工作量占本人工作量的50%。

4.   甘德強(qiáng)

發(fā)現(xiàn)點(diǎn)3的主要貢獻(xiàn)人。承擔(dān)本項(xiàng)目部分的理論研究工作，提出了復(fù)雜電力系統(tǒng)高性能非線性控制策略，提出了考慮穩(wěn)定約束的復(fù)雜電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流模型和算法。在該項(xiàng)目中的工作量占本人工作量的50%。

5.   江全元

發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1 的主要貢獻(xiàn)人。承擔(dān)本項(xiàng)目部分的研究工作，提出并實(shí)現(xiàn)了魯棒控制系統(tǒng)的進(jìn)化設(shè)計(jì)方法，參與了部分計(jì)算仿真的工作。在該項(xiàng)目中的工作量占本人工作量的70%。

10篇代表性論文：  1.   A nonlinear variable structure stabilizer for power system stability / IEEE Tran. on Energy Conversion

2.   Adaptive nonlinear design without a priori knowledge of control directions / IEEE Trans. on Automatic Control

3.   Fault section estimation in power systems using a genetic algorithm / Electric Power Systems Research

4.   Eigenvalue optimisation problems via evolutionary programming / Electronics Letters

5.   A nonlinear adaptive approach to controlling chaotic oscillators / Physics Letters A

6.   On stability of analog neural networks with time delays / IEEE Tran. on Neural Networks

7.   Decentralized adaptive output regulation for a class of large-scale nonlinear systems / IEEE Trans. on Automatic Control

8.   Stability-constrained optimal power flow / IEEE Tran. on Power System

9.   A genetic approach to design a HVDC supplementary subsynchronous damping controller / IEEE Tran. on Power Delivery

10.  A Multi-agent Based Particle Swarm Optimization Approach for Optimal Reactive Power Dispatch / IEEE Tran. on Power Systems