項目名稱：    復雜非線性電力系統的穩定控制與智能優化理論與方法的研究

推薦單位：    教育部

項目簡介：    本項目屬于電氣工程、自動控制、人工智能等多學科交叉領域。現代電力系統已普遍發展成為結構復雜的特大型非線性系統, 如何保證其安全與經濟運行是一個極其重要和迫切的研究課題。本項目旨在探索提高復雜電力系統安全與優化運行水平的新理論和新方法。項目得到了國家杰出青年基金、國家自然科學基金，國家自然科學創新群體基金和國家973等項目資助。主要成果如下：

1. 提出了復雜電力系統魯棒控制系統的進化設計方法，成功地解決了魯棒控制系統參數設置的優化問題。提出了電力系統高性能非線性控制策略，設計的控制器具有很強的魯棒性。

2. 提出了非線性系統的自適應控制新方法，成功地克服了系統參數不確定對控制效果的不良影響。同時解決了國際非線性自適應控制領域中一些著名的難題: 任意相對階情況下受擾動非線性系統的通用自適應控制器的設計問題；任意階前饋(feedforward)非線性系統的全局自適應控制問題等。

3. 提出了考慮暫態穩定約束的優化調度新模型與算法以及基于生物進化原理的復雜電力系統優化調度新方法。提出了采用擬隨機數產生初始種群的新方法，大大加快了搜索效率，為進化算法在電力系統優化調度中的應用排除了障礙。

4. 提出了基于生物進化原理的多智能體技術的電力系統優化方法，建立了多智能體系統中的進化協調和協同學習算法, 實現了相應的通訊機制，為開展復雜電力系統分布式智能調度的研究提供了基礎。

項目共發表論文151篇，其中在IEEE Transactions, IEE Proceedings等權威學術刊物上發表論文62篇，被SCI 收錄60篇，EI 收錄98篇，被SCI 他引232次，他引論著發表在56 種國際期刊，項目負責人被邀請在澳大利亞作大會特邀報告，研究成果得到了學術同行高度評價，曾獲2005年教育部提名國家科學技術獎（自然科學）一等獎。

研究成果已在我國大型電力系統中得到成功應用，獲得顯著經濟效益和社會效益，對推動本學科發展具有重大理論意義和應用價值。

主要發現點：  1) 針對現代電力系統具有時變、強非線性及強隨機性等特點，提出了復雜電力系統魯棒控制系統的進化設計方法，成功地解決了魯棒控制系統參數設置的優化難題。提出了電力系統高性能非線性控制策略，克服了電力系統穩定控制器設計中所碰到的非線性問題，同時也可以使控制器具有很強的魯棒性。（學科分類號：4702040, 目錄論文[1,4,9,11]）

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

3) 提出了考慮暫態穩定約束的優化調度新模型與算法以及基于生物進化原理的復雜電力系統優化調度新方法。設計了混合類型的變量（含連續變量，離散變量，邏輯變量）的有效、靈活的編碼方法，提出了采用擬隨機數（QRS）產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，為進化算法在電力系統優化調度中的應用排除了障礙。（學科分類號：4702040, 目錄論文[4,8,12,13]）

4) 提出了基于生物進化原理的多智能體的電力系統優化調度方法，建立了多智能體系統中的進化協調和協同學習算法,實現了相應的通訊機制，為開展復雜電力系統分布式智能調度的研究提供了基礎。（學科分類號：4702040, 目錄論文[10,14]）

5) 用解析的方法建立了電力系統故障診斷的數學模型，同時結合信息的時序屬性，建立了蘊含時序屬性的貝葉斯網絡分布式處理模型。發展了大型電力系統故障診斷時形成與故障信息有關的局部網絡的方法，可以將故障診斷問題局限于局部網絡之中，大大節省了計算時間。提出了基于智能全局優化方法的電力系統故障診斷的新理論與新方法。（學科分類號：4702040, 目錄論文[2,15]）

以上研究成果產生了很大的國際影響，被國內外許多著名學者引用，并得到了高度評價。 這些學者包括瑞典皇家工程科學院院士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中得到成功應用，獲得顯著經濟效益和社會效益，為提高電網安全與經濟運行作出了貢獻。

主要完成人：  1.   曹一家

發現點1, 3, 4 的主要貢獻人。負責本項目大部分的理論研究工作，提出了復雜電力系統高性能非線性魯棒控制策略，建立了魯棒控制系統的進化設計方法。提出了基于生物進化原理的復雜電力系統優化調度模型和算法。在該項目中的工作量占本人工作量的60%。

2.   葉旭東

發現點2 的主要貢獻人。 承擔本項目部分的理論研究工作，解決任意相對階情況下受非線性擾動系統的通用自適應控制器的設計問題和解決任意階前饋(feedforward)非線性系統的全局自適應控制問題。在該項目中的工作量占本人工作量的55%。

3.   韓禎祥

發現點5的主要貢獻人。用解析的方法建立了電力系統故障診斷的數學模型，發展了大型電力系統故障診斷時形成與故障信息有關的局部網絡的方法，提出了基于全局智能優化方法的電力系統故障診斷的新方法。在該項目中的工作量占本人工作量的50%。

4.   甘德強

發現點3的主要貢獻人。承擔本項目部分的理論研究工作，提出了復雜電力系統高性能非線性控制策略，提出了考慮穩定約束的復雜電力系統最優潮流模型和算法。在該項目中的工作量占本人工作量的50%。

5.   江全元

發現點1 的主要貢獻人。承擔本項目部分的研究工作，提出并實現了魯棒控制系統的進化設計方法，參與了部分計算仿真的工作。在該項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