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| 編輯推薦： |
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新能源电力系统作为一个融合先进电力、通讯、控制和计算机技术的巨维信息-物理系统，其设计、规划、调度和控制问题本质上属于复杂系统多主体多目标优化决策理论范畴，由于各优化目标之间的竞争属性以及决策主体的多元化，使得应用工程博弈论突破新能源电力系统面临的关键技术瓶颈成为可能。本书主要介绍现代工程博弈基本理论及其在电力能源系统控制与决策领域的应用，可作为电气工程、自动控制和系统工程专业的研究生教材，也可供从事上述专业的研究人员和工程技术人员参考。
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| 內容簡介： |
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本书主要介绍现代工程博弈基本理论及其在能源电力系统控制与决策领域的应用成果，内容分为三部分。第一部分为基础篇（第1～7 章），主要从工程系统控制与决策的角度阐述一般博弈论的基本概念及基本方法，包括静态非合作博弈、一般动态博弈、静态合作博弈、微分博弈及演化博弈等内容；第二部分为方法篇（第8～11 章），主要介绍工程博弈论的四类先进设计方法，涉及多目标优化、鲁棒优化、鲁棒控制和多层优化四个领域；第三部分为应用篇（第12～17 章），重点介绍工程博弈论在能源电力系统中的应用实例，主要涉及清洁能源电力系统容量配置、运行调度、稳定控制、安全防御以及综合能源系统商业模式设计和形态演化。
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| 關於作者： |
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梅生伟，清华大学电机系教授，博士生导师。主要从事电力系统鲁棒控制、复杂电力网络理论、电力系统灾变防治和新能源电力系统等研究，出版著作10部，发表论文400余篇。
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| 目錄：
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第1章 绪论 1
1.1 从控制与决策的角度看工程博弈问题 1
1.2 博弈论基础 7
1.3 从博弈论到工程博弈论 9
1.4 工程博弈论关键基础科学问题 10
1.5 能源电力系统工程应用展望 13
1.5.1 电力市场 13
1.5.2 电力系统规划 15
1.5.3 电力系统调度 15
1.5.4 电力系统控制 16
1.5.5 分布式电源与微电网 17
1.5.6 需求响应 17
1.5.7 电网安全 18
1.5.8 综合能源系统 19
1.5.9 多能系统演化 19
1.6 本书的主要内容 21
参考文献 22
第2章 数学基础 29
2.1 函数与映射 29
2.2 空间与范数 30
2.2.1 向量范数 30
2.2.2 诱导矩阵范数 31
2.3 连续性、可微性与紧性 32
2.4 集值映射及其连续性 34
2.5 凸集与凸函数 35
2.6 不动点与压缩映射 37
2.7 概率论 38
2.7.1 样本事件概率 38
2.7.2 概率论若干基本定理 39
2.7.3 条件概率与全概率公式 40
2.7.4 Bayes公式 40
2.8 随机过程 42
2.8.1 基本概念及统计特征 42
2.8.2 Poisson过程和Wiener过程 43
2.8.3 Markov过程与Markov链 44
2.9 单目标优化问题 46
2.10 多目标优化与Pareto最优 49
2.11 动态优化与最优控制 51
2.12 动态规划与近似动态规划 54
2.12.1 动态规划 54
2.12.2 近似动态规划 56
参考文献 57
第3章 静态非合作博弈 59
3.1 博弈论的基本概念 59
3.1.1 博弈的基本要素 59
3.1.2 标准型博弈 63
3.1.3 博弈论的基本假设 64
3.1.4 博弈的基本分类 65
3.1.5 标准型博弈的解 65
3.1.6 Nash均衡 68
3.2 完全信息静态博弈 69
3.2.1 连续策略博弈 70
3.2.2 混合策略博弈 71
3.2.3 Nash均衡的存在性 74
3.2.4 Nash均衡的求解 76
3.2.5 二人零和博弈 77
3.2.6 势博弈 80
3.3 不完全信息静态博弈 83
3.3.1 不完全信息 83
3.3.2 非对称信息的Cournot寡头竞争模型 84
3.3.3 不完全信息静态博弈 86
3.3.4 Bayes-Nash均衡 90
3.3.5 不完全信息静态博弈的典型应用——拍卖 91
3.3.6 混合策略的再认识 94
参考文献 97
第4章 一般动态博弈 98
4.1 完全信息动态博弈 98
4.1.1 Stackelberg博弈 98
4.1.2 扩展式博弈 100
4.1.3 子博弈精炼Nash均衡 106
4.1.4 重复博弈 111
4.2 不完全信息动态博弈 119
4.2.1 不完全信息动态博弈的基本概念 120
4.2.2 精炼Bayes-Nash均衡 121
4.2.3 几种均衡概念的比较 127
4.2.4 不完全信息动态博弈的应用——信号博弈 128
4.3 信息不对称问题的博弈设计方法 132
4.3.1 逆向选择问题 133
4.3.2 道德风险问题 135
4.4 非合作工程博弈原理——通过非合作博弈均衡应对冲突 138
参考文献 139
第5章 静态合作博弈 141
5.1 从非合作博弈到合作博弈 141
5.2 合作博弈的基本概念 142
5.3 合作博弈的分类 143
5.4 特征函数博弈 144
5.4.1 特征函数 144
5.4.2 支付与分配 145
5.4.3 超可加性博弈 147
5.5 合作博弈的稳定性 148
5.5.1 联盟的稳定性 148
5.5.2 核 150
5.5.3 近似的稳定结果——ε-核和最小核 153
5.5.4 核仁 155
5.5.5 DP指标 156
5.6 分配的公平性 157
5.6.1 边际贡献 157
5.6.2 Shapley值 158
5.7 合作博弈的计算问题 160
5.7.1 核的确定方法 161
5.7.2 Shapley值的计算方法 161
5.8 讨价还价博弈 162
5.9 合作工程博弈原理——通过合作博弈均衡协调多目标间的竞争 164
5.10 说明与讨论 165
参考文献 166
第6章 微分博弈 167
6.1 非合作微分博弈 167
6.1.1 非合作微分博弈的数学描述 167
6.1.2 非合作微分博弈的三种Nash均衡 169
6.1.3 二人零和非合作微分博弈 170
6.2 合作微分博弈 173
6.3 主从微分博弈 175
6.3.1 主从微分博弈的Stackelberg均衡 175
6.3.2 主从微分博弈的最优性条件 177
6.4 说明与讨论 180
参考文献 181
第7章 演化博弈 182
7.1 两个自然界例子 182
7.1.1 狮马捕食 182
7.1.2 鹰鸽博弈 183
7.2 演化博弈的基本理论 185
7.2.1 演化博弈基本内容与框架 185
7.2.2 演化博弈的分类 186
7.2.3 适应度函数 186
7.2.4 演化过程 186
7.2.5 演化稳定均衡 189
7.3 网络上的演化博弈 194
7.3.1 考虑网络结构的演化博弈模型 194
7.3.2 求解方法 196
7.3.3 经典算例 197
7.4 演化博弈与经典博弈 198
7.4.1 经典博弈问题的再认识 198
7.4.2 演化博弈与经典博弈的关系 200
7.5 演化博弈与多智能体学习 201
7.6 演化工程博弈原理——通过演化均衡协调动态决策中的利益冲突 202
7.7 说明与讨论 203
参考文献 204
第8章 多目标优化问题的博弈求解方法 206
8.1 多目标优化问题及Pareto解 207
8.2 综合法 209
8.2.1 多目标优化问题的博弈模型 209
8.2.2 非合作博弈求解方法 210
8.2.3 合作博弈求解方法 211
8.2.4 Nash均衡与Pareto最优解的关系 211
8.3 加权系数法 216
8.4 Nash 谈判法 220
8.5 演化博弈法 224
8.6 说明与讨论 229
参考文献 229
第9章 鲁棒优化问题的博弈求解方法 231
9.1 鲁棒优化问题的博弈诠释 232
9.2 不确定性刻画及最优策略保守性讨论 233
9.2.1 不确定性的刻画 233
9.2.2 参数选择 235
9.3 静态鲁棒优化问题 238
9.3.1 静态鲁棒优化问题的数学模型 238
9.3.2 静态鲁棒优化问题的求解算法 240
9.4 动态鲁棒优化问题 241
9.4.1 ARO的数学模型 242
9.4.2 ARO的求解方法 242
9.5 分布鲁棒优化问题 250
9.5.1 基于矩模型的分布鲁棒优化 250
9.5.2 分布鲁棒机会约束规划 253
9.5.3 基于KL-散度的分布鲁棒优化问题 258
9.6 说明与讨论 260
参考文献 261
第10章 鲁棒控制问题的博弈求解方法 264
10.1 鲁棒控制理论的博弈诠释 265
10.2 鲁棒控制问题的数学模型 266
10.3 鲁棒控制的微分博弈模型 267
10.4 鲁棒控制器的构造 269
10.4.1 变尺度反馈线性化H∞设计方法 272
10.4.2 基于Hamilton 系统的设计方法 275
10.4.3 策略迭代法 278
10.4.4 基于ADP的鲁棒控制在线求解方法 279
10.5 说明与讨论 281
参考文献 282
第11章 双层优化问题的博弈求解方法 284
11.1 双层优化问题简介 284
11.2 N-S-N博弈的数学模型 286
11.3 N-S-N博弈的求解方法 287
11.3.1 不动点型迭代算法 288
11.3.2 驻点法 288
11.3.3 驻点优化法 291
11.4 半零和双线性主从博弈 293
11.5 广义 Nash 博弈 295
11.6 说明与讨论 298
参考文献 298
第12章 清洁能源电力系统容量配置设计实例 300
12.1 风光储混合电力系统容量配置 300
12.1.1 容量设计的非合作博弈模型 301
12.1.2 支付分摊策略 320
12.2 高比例新能源输电系统储能容量配置实例 329
12.2.1 电网集中式储能站容量配置方法 330
12.2.2 偏远新能源场站配套储能与传输线容量协调配置 337
12.3 能源枢纽容量配置实例 343
12.3.1 能量枢纽模型 343
12.3.2 模型求解 349
12.3.3 算例分析 353
12.4 说明与讨论 357
参考文献 357
第13章 鲁棒调度设计实例 360
13.1 多时间尺度调度框架 360
13.2 鲁棒机组组合 362
13.2.1 不确定性的刻画 362
13.2.2 传统鲁棒机组组合 364
13.2.3 含运行风险约束的鲁棒机组组合 367
13.2.4 算例分析 372
13.3 鲁棒备用整定 380
13.3.1 不确定性的刻画 381
13.3.2 鲁棒备用整定的ARO模型 382
13.3.3 算例分析 383
13.4 鲁棒经济调度 388
13.4.1 数学模型 389
13.4.2 求解算法 392
13.4.3 仿真分析 393
13.5 省级电网应用实例 403
13.5.1 系统概况 403
13.5.2 节能减排政策的考虑 404
13.5.3 鲁棒机组组合 404
13.5.4 鲁棒备用整定 405
13.6 说明与讨论 406
参考文献 407
第14章 鲁棒控制设计实例 409
14.1 水轮机励磁与调速的协调鲁棒控制 409
14.1.1 多机系统数学模型 409
14.1.2 镇定控制器设计 413
14.1.3 工作点调节问题 414
14.1.4 鲁棒控制器设计 415
14.1.5 控制效果 417
14.2 非线性鲁棒电力系统稳定器 421
14.2.1 多机系统数学模型 421
14.2.2 NR-PSS控制器设计 422
14.2.3 NR-PSS的动模实验 426
14.3 负荷频率鲁棒控制器设计 431
14.3.1 负荷频率鲁棒控制模型 431
14.3.2 负荷频率鲁棒控制在线求解 432
14.4 STATCOM在线鲁棒控制器设计 435
14.4.1 考虑干扰的含STATCOM的单机无穷大系统模型 435
14.4.2 在线非线性鲁棒控制器设计 437
14.5 说明与讨论 441
参考文献 441
第15章 网络安全博弈设计实例 443
15.1 安全博弈及其构成要素 444
15.1.1 参与者 444
15.1.2 策略空间 444
15.1.3 支付 445
15.1.4 信息结构 445
15.2 安全博弈的数学模型 445
15.2.1 攻击者-防御者模型 446
15.2.2 防御者-攻击者模型 447
15.2.3 防御者-攻击者-防御者模型 448
15.3 求解方法 449
15.3.1 攻击者-防御者模型 449
15.3.2 防御者-攻击者模型 450
15.3.3 防御者-攻击者-防御者模型 451
15.4 应用设计实例 458
15.4.1 双层安全博弈设计实例 458
15.4.2 三层安全博弈设计实例 464
15.4.3 河南特高压交直流混联系统安全博弈设计实例 470
15.4.4 变电站网络安全应用 472
15.5 说明与讨论 485
参考文献 486
第16章 综合能源系统商业模式设计实例 488
16.1 综合能源系统商业模式概述 489
16.2 综合能源网络均衡 490
16.2.1 网络均衡的数学建模 491
16.2.2 网络均衡及其求解 495
16.2.3 算例分析 499
16.3 多能源零售市场套餐机制及均衡分析 505
16.3.1 套餐制定机制的信号博弈模型与求解 506
16.3.2 最优能量套餐及市场力分析 509
16.3.3 算例分析 515
16.4 互联能源枢纽市场均衡 521
16.4.1 三种运营模式及效率分析 521
16.4.2 多能源市场的应用 526
16.4.3 算例分析 531
16.5 说明与讨论 535
参考文献 535
第17章 综合能源系统演化分析实例 538
17.1 研究背景 538
17.2 计及动态财政政策激励的城市供暖系统演化问题 539
17.2.1 问题描述 539
17.2.2 演化博弈模型的构建 540
17.2.3 算例分析 547
17.3 基于 PPP模式的光伏发电与电动汽车充电合作行为演化问题 556
17.3.1 概要 556
17.3.2 演化博弈模型构建 556
17.3.3 算例分析 564
17.4 政策激励下考虑消费者类型的电动汽车充电站规划方案的演化分析 574
17.4.1 概要 574
17.4.2 演化博弈模型 574
17.4.3 算例分析 579
17.5 说明与讨论 586
参考文献 587
名词索引 589
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| 內容試閱：
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《工程博弈论基础及电力系统应用》（以下简称《基础》）一书自2016年出版以来，基于工程博弈论的工程决策科学与技术又有了长足的发展。《基础》作为清华大学研究生专业课《工程博弈论》的课程教材，同时也作为能源电力系统科研人员和工程技术人员的参考书目，得到了读者们的普遍关注。《基础》虽然是我们团队历经多年研究成果的结晶，但毕竟赶不上工程博弈论日新月异的发展步伐，更何况其本身固有的时代局限性。本书出版的动机是总结并介绍我们团队最新的重要研究成果，希望本书出版后能够实现两个目标：一是从复杂工程系统优化决策角度梳理和夯实工程博弈论基础理论体系，使之具备类似一般博弈论那样的鲜明特征，问题提出犀利准确，理论创新严谨凝练。二是面向近年来蓬勃发展的综合能源系统与能源互联网，其优化决策问题面临不同能源网络的物理信息系统相互交织、能量流相互耦合、约束条件和利益相互影响等复杂场景，本书的出版将为解决此类问题提供有力工具和一般范式。
全书分为三个部分，共17 章。
基础篇包括第1~7章，主要介绍博弈论的基本概念和分类。其中，第2章是全书的数学基础，主要介绍函数和集合的基本性质以及基本的优化和控制问题。具备相应基础的读者可以略过相关内容。第3章介绍博弈论中最基本也是最重要的静态非合作博弈，重点是博弈的基本概念以及在信息完备和不完备情况下的两种形式：完全信息静态博弈和不完全信息静态博弈。相应地，第4章介绍完全信息动态博弈和不完全信息动态博弈。第5章介绍静态合作博弈，包括基于联盟的描述方式和基于协商的描述方式。第6章介绍微分博弈，重点阐述基本概念及其与控制论的联系。第7章介绍演化博弈，讨论参与者如何通过学习影响博弈的均衡。
方法篇包括第8~11章，主要介绍以博弈论为基础的4类先进决策方法。其中，第8章介绍多目标优化问题的非合作博弈解法、合作博弈解法以及演化博弈解法。第9章阐述鲁棒优化问题的博弈内涵，揭示鲁棒优化和一类零和博弈的关系，重点介绍静态鲁棒优化和两阶段鲁棒优化的解法以及近年来受到广泛关注的分布鲁棒优化方法。第10章介绍鲁棒控制问题的微分博弈模型和解法，包括基于近似动态规划的学习算法。第11章介绍多层优化问题的主从博弈模型和解法。此部分内容为本书精华所在。
应用篇包括第12~17章，主要介绍工程博弈方法在能源电力系统中的应用实例，主要涉及电力系统规划、调度、控制以及综合能源系统等内容。其中，第12章采用非合作博弈和鲁棒优化讨论清洁能源电力系统容量配置问题，并采用合作博弈分析利益分配问题。第13章采用鲁棒优化研究考虑新能源发电不确定性的电力系统鲁棒调度问题，包括机组组合、备用整定和经济调度。第14章基于微分博弈设计发电机与无功补偿装置的控制器。第15章基于鲁棒优化讨论一种具有三层架构的攻防博弈，并将其用于电力系统薄弱环节的辨识与变电站网络安全。第16章采用广义Nash博弈研究综合能源系统中的新型商业模式和市场设计。第17章采用演化博弈研究综合源系统的发展演化和政策设计问题。
与《基础》相比，本书主要更新了下述内容。
第2章：删减随机微分方程，更新近似动态规划的介绍。
第3章：新增3.2.6节对势博弈进行介绍。
第4章：新增4.3节对信息不对称问题的博弈设计方法进行介绍；4.4节总结非合作工程博弈原理。
第5章：新增5.9节讨论合作工程博弈原理。
第7章：新增7.3节介绍网络上的演化博弈；7.5节讨论演化博弈与多智能体学习的关系；7.6节讨论演化工程博弈原理。
第8章：新增8.5节介绍一种多目标优化问题的演化博弈求解方法。
第9章：新增9.5节讨论分布鲁棒优化问题。
第12章：《基础》第12章压缩为12.1节，新增12.2节和12.3节讨论高比例新能源输电系统储能容量配置和能源枢纽容量配置设计实例。
第13章：调整章节顺序，更新13.1节鲁棒机组组合问题的模型和算法。
第15章：新增15.4.4节介绍安全博弈在变电站网络安全中的应用。
第16章：以综合能源系统商业模式设计实例替换《基础》中若干电力经济问题实例（第14章）。
第17章：以综合能源系统演化分析替换《基础》第17章。
需要说明的是，第12~17章新增的设计实例均为当前热点问题。至此，本书应用篇内容覆盖了工程博弈论在现代能源电力系统领域应用的主要场景，使得本书成为同行学者与广大工程技术人员学习工程博弈论及其应用的有益工具书。总体而言，本书内容较《基础》一书已更新约40%。
本书基础理论研究承蒙国家自然科学基金创新群体项目“聚纳大型风光发电的电力系统智能调度与控制基础研究”资助， 新增研究内容得到国家自然科学基金项目“多能网络模型及动态演化机理研究”（No.U1766203）和国家重点研发计划“规模化储能系统集群智能协同控制关键技术研究及应用”（No.2021YFB2400701）的资助，借此机会向国家自然科学基金委和工信部谨致深切的谢意。同时这些成果还包括研究生王程、陈玥、方宇娟、曹阳、谢睿的学位论文的研究成果，在此也向他们深表谢意。值得一提的是，本书新增作者陈玥具有北京大学经济学双学位，对工程博弈论的经济学内涵有着深刻见解，本书第16章即为她博士工作的一部分。鉴于其突出的科研成果，陈玥博士获得Stanford大学博士后奖金，并于2020年同时入选UC Berkeley评选的电气工程与计算机科学领域Rising Stars和CMU评选的土木与环境工程领域 Rising Stars，是唯一来自中国大陆的获奖者。我们团队基于本书第13章阐述的鲁棒调度方法研发了“新能源电力系统鲁棒一体化调控平台”，已经应用于青海大规模新能源发电调度，有力支撑了绿电7日、9日、15日、31日、35日等全清洁能源供电创新实践，创造了巨大的社会经济效益，相关成果获青海省科技进步一等奖、中国可再生能源学会一等奖、中电联电力创新大奖等奖励。在《控制理论与应用》工程博弈论专刊发表的对工程博弈论的介绍性论文“电力系统控制与决策中的博弈问题——工程博弈论初探”入选中国精品科技期刊顶尖论文（F5000）；在该刊英文刊发表的论文On engineering game theory with its application in power systems 2017年下载次数居所有论文之首。特别让我们欣慰和鼓舞的是，自2018年始，国家自然科学基金委“自动化”一级学科即将“工程博弈论”列为“系统工程理论与技术”二级学科下的一个新兴研究方向并赋予编号F030416，与“复杂系统理论”和“网络系统优化”等相并列。这从一个侧面反映出我们在此领域十余年的辛勤耕耘得到了学术界的认可和肯定，殊为荣幸。
清华大学出版社对本书出版给予了大力帮助和支持，谨借此机会表达深切的谢意。
梅生伟 谨 识
2021年12月于清华园
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