(   2016  年度)

一、项目基本情况

智能电网是电力系统领域的重要前沿研究方向，同时也是我国电力与能源领域的战略性新兴产业。该项目在国家自然科学基金、国家“十二五”科技支撑计划、湖南省重大科技专项等项目资助下，针对智能电网高效运行与安全控制领域的关键科学问题进行了系统深入的研究，取得了系统原创性成果：1）提出适合于含新能源发电的智能电网综合电能质量治理的感应滤波理论与方法，为新能源发电高效并网与智能电网的高效运行奠定理论基础；2）提出多主体共同决策的智能电网节能优化调度方法与负荷调度管理策略，促进智能电网的高效稳定运行；3）揭示复杂电网自组织临界特性及潜在连锁故障的演变规律，提出智能电网自组织临界态辨识与脆弱性评估方法，为智能电网安全监测、预警与控制奠定理论基础；4）提出电力广域协调鲁棒控制理论与广域信号随机时滞补偿设计方法，构建智能电网稳定评估与广域安全防御体系，积极推动我国坚强智能电网的深入发展与建设。

项目共计发表SCI论文95篇、EI论文307篇，其中的20篇主要论文，他引2次，SCI引用323次，SCI他引284次，授权发明专利12项。该项目成果重点解决了智能电网高效运行与安全控制领域的关键科学问题，其理论对电力与能源领域学术贡献特别突出，受到国内外众多学者的高度评价与广泛引用。

三、项目简介

（限1200字）

智能电网是未来电网重要的发展趋势，是电力系统领域的重要前沿研究方向，同时也是我国电力与能源领域的战略性新兴产业。智能电网发展至今已十余年，其理论与方法研究缺乏系统性与深入性，尤其是智能电网安全与高效运行方面的研究亟待突破。在此研究现状下，本项目课题组针对智能电网高效运行与安全控制领域的关键科学问题展开系统与深入的研究工作，在丰富与深化当前智能电网技术研究内容的同时，又进一步提出新的概念并建立新的理论与方法体系，取得一批创新性研究成果，获得如下重要科学发现：

1）提出适合于含新能源发电的智能电网综合电能质量治理的感应滤波理论与方法，提出含新能源发电的智能电网综合负荷广域建模方法，提升智能电网的供电品质，为新能源发电高效并网与智能电网的高效运行奠定理论基础；

2）提出多主体共同决策的智能电网节能优化调度方法与负荷调度管理策略，构建智能电网互动式节能优化调度框架，促进智能电网的高效稳定运行；

3）揭示复杂电网自组织临界特性及潜在连锁故障的演变规律，提出智能电网自组织临界态辨识与脆弱性评估方法，建立智能电网状态感知与脆弱性评估的理论与方法研究体系，为智能电网安全监测、预警与控制奠定理论基础；

4）提出电力广域协调鲁棒控制理论与广域信号随机时滞补偿设计方法，构建智能电网暂态稳定评估与广域安全防御体系，提升智能输电网络的安全稳定运行裕度，积极推动我国坚强智能电网的深入发展与建设。

本项目分别从高效与安全两个角度凝练出国内外智能电网研究涉及到的主要的关键科学问题，并就此展开具体的基础理论与应用拓展方面的研究工作，在解决智能配用电领域节能优化调度与电能质量综合治理问题的同时，突破了桎梏智能电网向高压输电领域发展的若干瓶颈问题，这对于我国坚强智能电网的发展与建设具有积极的推动作用。研究工作受到国内外相关学者与专家的充分肯定与高度评价。例如，IEEE Fellow、瑞士联邦理工学院的 Kolar J.W.教授指出，本项目提出的感应滤波方法为智能电网电能质量问题的综合治理开辟了一条新的途径；IEEE Fellow、IEEE 电力电子学会 Krein P .T.教授指出，本项目提出的电动汽车充电负荷智能控制方法可减少充电成本约51%，这为电动汽车的规模化应用及与智能电网的协调优化互动奠定了理论基础。

本项目的研究工作获得国内外同行的广泛关注、系统应用与高度评价。从2008年1月份至2013年1月份共计发表SCI收录论文95篇，其中绝大部分发表于IEEE Transactions on Power Systems、IEEE Transactions on Power Electronics、IEEE Transactions on Power Delivery、Physics Letters A等电力与能源领域国际权威期刊。

据附件检索证明报告，本项目共计发表SCI论文95篇、EI论文307篇；其中的20篇主要论文，他引2次，SCI引用323次，SCI他引284次，这对于电力与能源领域而言，学术贡献是非常突出的。参与引用的包括多个国家和地区的专家与学者。值得说明的是，许多同行学者多次正面评述或者引用我们的学术成果。例如，IEEE院士、瑞士联邦理工学院Kolar J.W.教授，IEEE院士、IEEE电力电子学会 Krein P .T.教授，印度国家工程院院士Srivastava S.C.教授，英国Evans A.J.教授，荷兰Koc Y.教授，阿根廷Uicich G.教授，西班牙Doomínguez-García J.L.教授等领导的研究团队均引用本项目取得的研究成果开展具体的研究工作，取得重要成果。具有代表性的第三方评价如下：

1 重要科学发现1具有代表性的第三方评价

（1）IEEE院士、瑞士联邦理工学院Kolar J.W.教授领导的研究团队对本项目提出的用于综合解决智能电网电能质量问题的电力感应滤波方法进行了高度评价，该评价主要侧重于我们提出的基于有限元的场路耦合法以揭示感应滤波的电磁特性。在Kovacevic, I.F., Friedli, T., Muesing, A.M., Kolar JW, IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2014, 61(1): 231-242 中指出可用于电力电子技术应用的最著名的数值方法是有限元法（例如[24]是典型应用）（[24]为代表性论文1）：“The most well-known numerical techniques for power electronics applications are the finite element (FE) method (e.g., [24])”。

（2）西班牙瓦伦西亚理工大学 Blasco-Gimenez  R.教授对本项目提出的感应滤波方法进行了高度评价，在 Blasco-Gimenez R., Aparicio N., Ano-Villalba S., Bernal-Perez S, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2013, 60(6):2372-2380 中指出滤波器设计需要详细的交流网络分析，这是 LCC-HVDC 的一个最困难的领域之一，正在进行的研究工作[18]提出了解决方法。([18]为代表性论文1)：“the filter design requires a detailed ac network analysis, represents one of the most difficult areas on the development of an LCC-HVDC link, and is a subject of ongoing research [18]”。

2 重要科学发现2具有代表性的第三方评价

（1）IEEE 院士、IEEE电力电子学会 Krein P .T.教授领导的研究团队对本项目提出的计及电动汽车的负荷调度管理策略进行了高度评价，在Yilmaz M., Krein P .T ., IEEE Transactions on Power Electronics, 2013, 28(12): 5673–56 中指出曹一家等学者提出了一种管制电力市场插电式电动汽车充电负荷响应分时电价的智能控制方法，对于单个插电式电动汽车，优化的充电方式可以减少充电成本约51%，对于多个协调的电动汽车（渗透率较高），充电成本可以减少将近 40%。 ([120]为代表性论文4)：“Cao et al. [120] proposed an intelligent method to control PEV charging loads in response to time-of-use price in a regulated market...Results showed that the  optimized charging pattern is beneficial in reducing cost and flatting the load curve. According to their calculations, optimized patterns can reduce charging cost by about 51% for a single isolated PEV, and almost 40% for multiple coordinated vehicles when penetration is higher”。

（2） 葡萄牙大学 M.A. Matos 教授领导的研究团队对本项目提出的电动汽车分时电价相应模型与优化方法进行了高度评价，在 Bessa R.J., Matos M.A., Electric Power Systems Research, 2013, 95: 309-318 中指出曹一家等学者提出了一种管制电力市场环境下响应分时电价的电动汽车充电控制自启发式算法。([11]为代表性论文4)：“Cao et al. [11] described a heuristic algorithm for controlling the EV charging in  response to a time-of use price in a regulated electricity market”。

3 重要科学发现 3 具有代表性的第三方评价

（1）英国利兹大学 Evans A.J.教授对本项目提出的智能电网脆弱性评估方法进行了高度评价，在 Evans A.J., Complexity, 2010, 16(2):11-19中指出[73]揭示了电网结构、节点负荷潜力、负荷分布、受系统稳定影响的可传输负荷值之间的关系（[73]为代表性论文6）：“[73] show the relationship between structure, load potential of nodes, load distribution, and transmission of load to system stability”。

（2）荷兰代尔夫特理工大学的 Koc Y.教授对本项目提出的智能电网潜在连锁故障演变规律的分析方法进行了高度评价，在 Koc Y., Safety Science, 2013, 59:126–134 中指出， [Bao et al., 2009]揭示出电网大范围停电是由一个类似于雷电，自然灾害或者误操作的初始扰动带动大量的依赖组件故障而引起的，（Bao et al., 2009为代表性论文5，该论文是国内外最早将复杂网络理论应用于电力系统分析的代表性论文之一）：“Post-mortem investigations of blackouts reveal that major blackouts are  mainly due to successive malfunctioning of a large set of dependent components that are often triggered by an initial disturbance (e.g., lightning, natural disasters, contact between vegetation and conductors andhuman error)”。

（3）大连理工大学荣莉莉教授领导的研究团队在国际高水平学术期刊 Physica A 和Safety Science 发表的论文中，对本项目提出的用于智能电网脆弱性评估的负荷熵模型进行了高度评价。在 Wang J.W., Rong L.L., Safety Science, 2009, 47: 1332–1336 中指出，本项目提出了负荷熵的概念，并研究了一种该负荷熵的动态（Bao et al. (2008)为代表性论文6）：“Bao et al. (2008) introduced the concept of load entropy, and then investigated the dynamics of load entropy during the failure propagation using a new cascading failures load model”。在Wang J.W., Rong L.L., Physica A, 2009, 388: 1731-1737 中指出，“[23-29]提出了描述连锁故障现象的模型([29]为代表性论文6)：“the model for describing cascade phenomena [23-29]”。在 Wang J.W., Rong L.L., Physica A, 2009, 388: 12-1298 中指出，“[23-31]提出了描述连锁故障现象的模型([30]为代表性论文6)：“the model for describing cascade phenomena [23-31]”。

4 重要科学发现4具有代表性的第三方评价

（1）阿根廷国立南方大学的Jorge A. Solsona教授对本项目提出的多类型广域鲁棒协调优化控制方法进行了高度评价，在Leon A.E. and Solsona J.A., IEEE Transactions on Power Systems, 2014, 29(3): 1356-13中评论道构建集中或广域控制系统的方法有四种，其中包括本项目提出的H∞控制方法[4], [11], [12], [20]（其中，[20]为代表性论文8）：“The main approaches used to build centralized or WAC controllers can be classified into four categories: 1) residue-based methods [2], [18], [19]; 2) control strategies [4], [11], [12], [20]”。

（2）浙江大学甘德强教授领导的研究团队对本项目提出的FACTS和HVDC广域鲁棒协制方法进行了高度评价，在 Wang G.N., Xin H.H., Gan D.Q., Li N.H., IEEE Transactions on Power Systems, 2013,28(4)：4624-4633 中指出电力系统稳定器 PSS，柔性交流输电控制器和高压直流输电控制器[2], [3]可被用于系统振荡阻尼控制。（[2], [3]分别为代表性论文8、项目完成人发表的论文）：“power system stabilizer (PSS), flexible ac transmission system controller, high-voltage direct current controller [2], [3] can be used for system oscillation damping”。

（3）国际著名电气公司ABB的技术研究中心首席科学家Harnerfors L.教授在Harnefors L., Johansson N., Zhang L., Berggren B., IEEE Transactions on Power Systems, 2014, 29(5): 2529-2538中连续引用了4篇本项目完成人的论文，对本项目提出的FACTS和HVDC广域鲁棒协制方法进行了高度评价，指出文献[13]-[25]提出了一种基于有功调制或者结合VSC-HVDC/FACTS的无功调制的阻尼控制器（其中，[22]为代表性论文8）：“Studies of POD using active-power modulation only, or in combination with reactive-power modulation of VSC-HVDC terminals and/or flexible ac transmission system (FACTS) controllers, can be found in [13]–[25]

1. 代表性论文专著目录（不超过8篇）

本项目由曹一家（湖南大学）、李勇（湖南大学）、黎灿兵（湖南大学）、江全元（浙江大学）、帅智康（湖南大学）合作完成。第一完成人曹一家自2008年在湖南大学工作以来，一直从事智能电网基础理论与关键技术的科学研究工作，项目组主要完成人李勇、黎灿兵、江全元、帅智康分别于2008年、2008年、2001年、2008年加入研究团队，开展智能电网高效运行与安全控制的基础理论与方法研究。

本项目完成人合作成果主要涉及到2008年1月1日至2013年1月1日期间的论文合著。其中，黎灿兵、曹一家、李勇合作完成了代表性论文3，曹一家、黎灿兵合作完成了代表性论文4，李勇、曹一家合作完成了代表性论文8，李勇、曹一家合作完成了代表性论文11，曹一家、江全元合作完成了主要论文14，曹一家、江全元合作完成了主要论文19，江全元、曹一家合作完成了主要论文20。此外，从2008年开始，曹一家、李勇、黎灿兵围绕智能电网领域的关键科学问题开展了系统与深入的合作研究，共同获得2014年度湖南省自然科学奖一等奖。