项目名称：    复杂非线性电力系统的稳定控制与智能优化理论与方法的研究

推荐单位：    教育部

项目简介：    本项目属于电气工程、自动控制、人工智能等多学科交叉领域。现代电力系统已普遍发展成为结构复杂的特大型非线性系统, 如何保证其安全与经济运行是一个极其重要和迫切的研究课题。本项目旨在探索提高复杂电力系统安全与优化运行水平的新理论和新方法。项目得到了国家杰出青年基金、国家自然科学基金，国家自然科学创新群体基金和国家973等项目资助。主要成果如下：

1. 提出了复杂电力系统鲁棒控制系统的进化设计方法，成功地解决了鲁棒控制系统参数设置的优化问题。提出了电力系统高性能非线性控制策略，设计的控制器具有很强的鲁棒性。

2. 提出了非线性系统的自适应控制新方法，成功地克服了系统参数不确定对控制效果的不良影响。同时解决了国际非线性自适应控制领域中一些著名的难题: 任意相对阶情况下受扰动非线性系统的通用自适应控制器的设计问题；任意阶前馈(feedforward)非线性系统的全局自适应控制问题等。

3. 提出了考虑暂态稳定约束的优化调度新模型与算法以及基于生物进化原理的复杂电力系统优化调度新方法。提出了采用拟随机数产生初始种群的新方法，大大加快了搜索效率，为进化算法在电力系统优化调度中的应用排除了障碍。

4. 提出了基于生物进化原理的多智能体技术的电力系统优化方法，建立了多智能体系统中的进化协调和协同学习算法, 实现了相应的通讯机制，为开展复杂电力系统分布式智能调度的研究提供了基础。

项目共发表论文151篇，其中在IEEE Transactions, IEE Proceedings等权威学术刊物上发表论文62篇，被SCI 收录60篇，EI 收录98篇，被SCI 他引232次，他引论著发表在56 种国际期刊，项目负责人被邀请在澳大利亚作大会特邀报告，研究成果得到了学术同行高度评价，曾获2005年教育部提名国家科学技术奖（自然科学）一等奖。

研究成果已在我国大型电力系统中得到成功应用，获得显著经济效益和社会效益，对推动本学科发展具有重大理论意义和应用价值。

主要发现点：  1) 针对现代电力系统具有时变、强非线性及强随机性等特点，提出了复杂电力系统鲁棒控制系统的进化设计方法，成功地解决了鲁棒控制系统参数设置的优化难题。提出了电力系统高性能非线性控制策略，克服了电力系统稳定控制器设计中所碰到的非线性问题，同时也可以使控制器具有很强的鲁棒性。（学科分类号：4702040, 目录论文[1,4,9,11]）

2) 提出了非线性系统的自适应控制新方法，获得了一类非线性系统稳定性的充分条件，纠正了美国著名学者Westervelt教授所获得的错误结论。并解决了包括由国际非线性自适应控制的开拓者P.V. Kokotovic等提出的一些著名的难题: 任意阶前馈(feedforward)非线性系统的全局自适应控制问题；任意相对阶情况下受扰动非线性系统的通用自适应控制器的设计问题等，突破了自八十年代末以来已有结果均限制系统相对阶不超过2的局限。（学科分类号：5151020, 目录论文[2,5,6,7]）

3) 提出了考虑暂态稳定约束的优化调度新模型与算法以及基于生物进化原理的复杂电力系统优化调度新方法。设计了混合类型的变量（含连续变量，离散变量，逻辑变量）的有效、灵活的编码方法，提出了采用拟随机数（QRS）产生初始种群的新方法，保证了初始种群在高维、混合搜索空间中的均匀分布特性，大大加快了搜索效率，为进化算法在电力系统优化调度中的应用排除了障碍。（学科分类号：4702040, 目录论文[4,8,12,13]）

4) 提出了基于生物进化原理的多智能体的电力系统优化调度方法，建立了多智能体系统中的进化协调和协同学习算法,实现了相应的通讯机制，为开展复杂电力系统分布式智能调度的研究提供了基础。（学科分类号：4702040, 目录论文[10,14]）

5) 用解析的方法建立了电力系统故障诊断的数学模型，同时结合信息的时序属性，建立了蕴含时序属性的贝叶斯网络分布式处理模型。发展了大型电力系统故障诊断时形成与故障信息有关的局部网络的方法，可以将故障诊断问题局限于局部网络之中，大大节省了计算时间。提出了基于智能全局优化方法的电力系统故障诊断的新理论与新方法。（学科分类号：4702040, 目录论文[2,15]）

以上研究成果产生了很大的国际影响，被国内外许多著名学者引用，并得到了高度评价。 这些学者包括瑞典皇家工程科学院院士D. J. Hill教授，IEEE终身成就获得者 John Webster教授, IEEE Fellow M. A. Pai教授，Syst. & Contr. Lett.的主编I. Mareels教授等。研究成果已在我国大型电力系统中得到成功应用，获得显著经济效益和社会效益，为提高电网安全与经济运行作出了贡献。

主要完成人：  1.   曹一家

发现点1, 3, 4 的主要贡献人。负责本项目大部分的理论研究工作，提出了复杂电力系统高性能非线性鲁棒控制策略，建立了鲁棒控制系统的进化设计方法。提出了基于生物进化原理的复杂电力系统优化调度模型和算法。在该项目中的工作量占本人工作量的60%。

2.   叶旭东

发现点2 的主要贡献人。 承担本项目部分的理论研究工作，解决任意相对阶情况下受非线性扰动系统的通用自适应控制器的设计问题和解决任意阶前馈(feedforward)非线性系统的全局自适应控制问题。在该项目中的工作量占本人工作量的55%。

3.   韩祯祥

发现点5的主要贡献人。用解析的方法建立了电力系统故障诊断的数学模型，发展了大型电力系统故障诊断时形成与故障信息有关的局部网络的方法，提出了基于全局智能优化方法的电力系统故障诊断的新方法。在该项目中的工作量占本人工作量的50%。

4.   甘德强

发现点3的主要贡献人。承担本项目部分的理论研究工作，提出了复杂电力系统高性能非线性控制策略，提出了考虑稳定约束的复杂电力系统最优潮流模型和算法。在该项目中的工作量占本人工作量的50%。

5.   江全元

发现点1 的主要贡献人。承担本项目部分的研究工作，提出并实现了鲁棒控制系统的进化设计方法，参与了部分计算仿真的工作。在该项目中的工作量占本人工作量的70%。

10篇代表性论文：  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