前  言

《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