能源是环球经济发展和人类生活水平稳步提升的引擎。在化石能源日趋枯竭的今天,大规模开发和利用以太阳能光伏发电为代表的可再生能源,是环球能源可持续发展的必由之路。然而,太阳光照固有的年日周期性、云雾雨雪导致的光照间歇性和波动性等,使光伏发电功率大小具有同样的同期性、歇性和波动性特征。这些特征对电能高速公路“电网”的安全性和高效率带来了挑战。如何尽可能准确掌握复杂气象条件下太阳光照产生的光伏发电功率大小?如何结合太阳能光伏发电功率大小合理确定电网运行状态?如何结合太阳能光伏发电功率大小的不同场景实现负荷-频率的高效控制?这些问题直接影响着电网安全、高效、优质运行。为此,本文针对嵌入光伏发电的DC-AC混合电网最优运行的上述几个问题展开了深入研究。提出了一种基于回声状态网络与合奏技术的太阳能光伏发电功率预测方法。这种方法将太阳能光伏发电功率的大小看成是从光照强度和多个气象因素到实数域的复杂非线性映射。先采用回声状态网络来学习预测模型的输入与输出的非线性映射关系,实现对数据特征的提取。再采用集成技术来量化预测不确定性,主要包括模型偏差不确定性和数据噪声不确定性。然后,反馈所量化的预测不确定性、用于修正回声状态网络的映射输出,以提高太阳能光伏发电功率的预测精度。并用某实际光伏电厂的数据验证了所提出的方法的有效性和可行性。这种方法大大改进了太阳能光伏发电功率预测的准确度。它为准确掌握随机多变的复杂气象条件下太阳能光伏发电功率大小的变化规律提供了一种高效工具,为电能高速公路“电网”的最优安全高效运行提供了可靠依据。针对嵌入光伏发电的多端直流电网连续多时段的运行问题,提出了一种改进运行状态过渡平滑性的运行基点决策的最优潮流方法。这种方法以不同负荷水平下相邻运行基点之间的欧氏距离平方之和最小为目标、以节点功率平衡方程为等式约束、以线路电流和节点电压运行限值为不等式约束,构建非线性优化模型。并运用Lpsolve求解该模型。通过仿真与结果相比,验证了这种方法改进多端直流电网运行状态过渡平滑性的有效性。这种方法为提高多端直流电网运行状态过渡的平滑性提供了一种有效工具,弥补了已有方法存在的多端直流电网运行状态过渡距离大、控制设备磨损大和寿命短的缺陷。针对多端直流-交流混合电网集成的太阳能光伏电源分散、即时接入电网即时被可靠吸纳的特点和要求,提出了一种基于交替方向乘子法、状态过渡平滑的运行基点分散优化决策方法。这种方法以相邻运行基点之间的欧氏距离和线损功率最小为双目标、以节点功率平衡方程为等式约束、以线路电流和节点电压运行限值等为不等式约束,构建双目标非线性优化模型。再采用交替方向乘子法将该模型分解为基于最优潮流的较小区域优化模型,以此实现对原优化模型的分散求解。仿真验证了这种方法同时改进多端直流-交流混合电网运行状态过渡平滑性和减小线损的有效性。这种方法为兼顾提高直流-交流混合电网运行经济性以及运行状态过渡的平滑性提供了一种有效工具,弥补了已有方法没有同时兼顾这两个目标、没有考虑直流-交流混合电网对象的缺陷。针对嵌入光伏发电的交流电网频率波动更大更频繁的问题,提出了一种基于变论域模糊逻辑的实时混合负荷频率控制方法。这种控制方法包括内部和外部两个控制环。在内部控制环中,应用变论域模糊逻辑控制来减轻负载扰动对控制性能的影响。在外部控制环中,采用增量遗传算法在线优化控制参数。仿真实验结果表明,这种控制方法比自适应模糊逻辑控制器和改进的比例积分控制器具有更好的控制性能。它不仅克服了已有模糊逻辑控制方法要么基于理想非线性电力系统模型、要么采用复杂高阶控制结构、致使控制策略复杂的缺陷,而且引入的变论域模糊逻辑对电网结构的不确定性和系统操作场景的变化具有很强的自适应性、改进了系统的控制性能。该方法为电网高电能质量运行提供了一种高效工具。上述这些方法不仅有助于准确掌握随机多变的复杂气象条件下太阳能光伏发电功率大小的变化规律,而且有助于减小控制设备的磨损和延长它们的使用寿命、有助于提高电网的电能质量。它们一起为嵌入光伏发电的DC-AC混合电网的最优运行提供了一套可靠的技术基础和高效工具。