电力系统运行时,数量巨大的各类控制器在其中同时发挥着作用(如调频装置、调压装置、PSS和FACTS装置等),它们各自维持着电力系统不同的运行指标(如频率稳定、电压稳定、联络线交换功率维持计划值等),随着系统不断大型化、复杂化和智能化,还有更多的新型控制器将被引入。有些控制器的控制对象之间存在着电气联系,这时,它们各自的控制问题实际上互相耦合形成了一个多控制器多目标决策问题。为这样的多个控制器制定控制命令时,做到有效的多方协调,是发挥各控制器应有作用的前提。本论文中的“协调”可分为两个层次：第一个层次是对所有控制器进行统筹考虑,以代替对各控制器控制命令进行独立、局部地设计,从而使控制器互相配合,避免冲突、牵制、抵消的现象；第二个层次是保证控制命令对所有控制器都具有说服力,亦即使所有控制器都没有独自背离命令的意愿,这保证了控制命令能被忠实地执行,避免控制器私下违背命令而削弱控制效果甚至危害系统安全的现象。本论文首次提出了采用微分博弈理论解决电力系统多控制器多目标协调决策问题,并以以下两个调频领域的问题为例进行了实践。第一个问题是互联电网二次调频中多区域间的协调。二次调频中,各区域的调频机组主要负责平衡本区域内的功率差额,但当某个区域的调频机组无力应对区内严重的功率差额时,为了全系统频率稳定,与之互联的其他区域应通过联络线提供支援。此过程会给提供支援的区域造成一些难以统计和补偿的损失(如发电机组的磨损等)。我国各个区域电网(或各个省网)既处于上级公司的垂直管理下,又具有一定的利益独立性,每个区域都想使全网频率尽可能稳定于额定值,又都不愿在互相支援的过程中付出过多的调频动作代价。在这个协调决策问题中,一层考虑是要使各区域的机组互相配合、同心协力地稳定系统频率；另一层考虑是要有说服力地分配各区域的调频责任,保证各区域都自愿地服从支援调频的命令。第二个问题是一次调频和二次调频之间的协调。一次调频的目标是快速缩小频率偏差,二次调频的目标是实现频率无差调节,并使区域间联络线交换功率贴近额定值。一、二次调频往往同时作用于调频机组,它们分别调节涡轮机阀门和原动机出力,最终共同决定了发电机组的有功出力调整量。控制目标和控制手段都不相同却同时运行的两个控制环在有些情况下会出现冲突、反调的现象,造成燃料浪费和无谓磨损。在这个协调决策问题中,一层考虑是要减少一、二次调频反调时间,使系统频率尽快稳定；另一层考虑是保证控制命令对二者的说服力,避免某些发电机组擅自闭锁控制动作的现象。本论文先后对以上两个问题建立了线性二次型微分博弈模型,并提出了非合作反馈纳什均衡解法,以及基于全局个体理性和基于动态个体理性的两种合作均衡解法。在两区域互联电网和三区域互联电网算例上考察二次调频中区域间的协调问题,将基于三种博弈均衡解的控制方案和比例积分控制方案、基于最优控制理论的方案进行了全面比较和分析,得到了如下结论。比例积分方法没有考虑各区域协调,其应用结果表现出了较明显的各区冲突、反调现象。最优控制方法能做到第一个层次的协调,通过在目标函数中对控制动作进行惩罚,它显著地减少了冲突反调现象,高效地发挥了控制器的能力。但最优控制中的一个难题是权系数的选择,没有一个成熟的理论能指导我们确定合适的权系数。基于微分博弈的控制方法在减少冲突反调方面的效果与最优控制很接近,同时它规避了权系数选择的难题,也做到了第二个层次的协调,即对所有控制器具有说服力,保证了控制命令能被严格执行。根据随着时间演进能否保持有效,说服力可分为时间不一致、弱时间一致和强时间一致三种。反馈纳什均衡解的说服力是强时间一致的,基于动态个体理性的合作均衡解是弱时间一致的,基于全局个体理性的合作均衡解可能是时间不一致的也可能是弱时间一致的。在两区域互联电网算例上考察一、二次调频间的协调问题。将基于三种博弈均衡解的控制方案和经典比例积分控制方案、改进的比例积分控制方案、最优控制方案进行了全面比较和分析,得出了与区域间协调问题中相似的规律和结论。本论文以频率调节中的两个协调问题为例,证明了将微分博弈理论应用于电力系统多控制器多目标协调决策问题是可行而且有效的。微分博弈理论将多控制器视为多个独立的决策主体,通过自组织竞争得到均衡解,规避了权系数选择的难题。非合作均衡解和两种合作均衡解在不同程度上实现了两个层次的协调,既减少了各控制器冲突又提供了有说服力的控制命令。本论文在微分博弈理论和电力系统协调控制领域之间搭建了一座桥梁,为电力系统多控制器多目标协调决策问题的解决提供了一个崭新的思路。