暂态电压安全问题是现代电力系统面临的主要安全问题之一。基于混合整数最优控制理论研究暂态电压安全的紧急控制问题,可以从理论角度解决暂态电压安全最优控制策略、暂态电压安全控制器最优控制定值等问题,对工程界具有重要的理论指导意义。暂态电压安全最优控制问题可以描述为一个混合整数最优控制模型,如何处理整数控制变量是求解该模型的一个难点,如何在目前工程基础上应用该最优控制是将理论与实践相结合的重要环节,此外,在大电网背景下,开发适用于大规模系统的最优控制算法是实践暂态电压安全最优控制的技术要点。针对上述问题,本文从以下几个方面研究暂态电压安全的最优控制问题:1)提出暂态电压安全混合整数最优控制模型及凸松弛方法。以调节发电机励磁参考电压和投切电容电抗器组为控制手段,建立暂态电压安全控制的多目标混合整数最优控制模型。对于该模型的求解,首先采用规格化法平面约束(normalized normal constraint,NNC)法将多目标混合整数最优控制模型转化为一系列单目标混合整数最优控制模型,然后借助凸化松弛(convex relaxation)技术将单目标混合整数最优控制模型转化为单目标连续最优控制模型,最后通过优化控制变量的大小及其切换时间的调整实现离散控制变量的自然归整。对于不能自然归整的情况,再通过引入罚函数将其归整。以3机9节点系统和10机39节点系统为例,通过与通用代数建模系统(general algebraic modeling system,GAMS)中基于分支界定算法的SBB解法器进行对比分析,证实了凸松弛方法的有效性。2)提出一种对快投电容器组控制定值进行协调优化的方法,以分散协调的方式实现暂态电压安全的最优控制。快投电容器组控制定值的协调优化问题被描述为一个多故障联立的混合整数动态优化问题,通过先求取各故障下的最优电容投入量,然后反推相应控制定值的方式实现对快投电容器组控制定值的协调优化。针对该多故障联立的混合整数动态优化问题,基于多重打靶法与简化空间序列二次规划算法(reduced space sequential quadratic programming,RSQP)中呈现的故障解耦与时段解耦特性,设计了两层并行框架以提高计算效率。以10机39节点系统和某省级165机1003节点系统验证了所提方法的有效性。3)提出求解大电网暂态电压安全最优控制问题的区域分解多重打靶法。在多重打靶法的基础上,引入区域分解方法,将大电网的最优控制问题转化为一个小规模的非线性规划问题和多个时段解耦、区域分解的时域仿真问题,进行交替求解。其中,非线性规划问题采用简化空间序列二次规划方法求解,相互独立的小系统仿真问题通过并行计算加速求解。此外,采用离散正交多项式拟合的方法将区域边界变量曲线参数化,进一步提高了区域分解方法的计算效率。以某省级165机1003节点系统为例,通过与原始多重打靶法进行对比分析,验证了区域分解多重打靶法的正确性和有效性。