核心提示：　　絡、遺傳算法等，在電力系統中的應用已獲得了廣泛重視最近，出現了將免疫系統應用于反饋控制系統設計的研究為此，在介紹了免疫系統基本原理的基礎上，提出了以電力系統電壓調節為應用目的的免疫系統的基本模型，

　　絡、遺傳算法等，在電力系統中的應用已獲得了廣泛重視最近，出現了將免疫系統應用于反饋控制系統設計的研究為此，在介紹了免疫系統基本原理的基礎上，提出了以電力系統電壓調節為應用目的的免疫系統的基本模型，演示了應用于STATCOM的細胞免疫電壓調節器的控制作用。

　　英國9學2會1中國聯合資助項目巧11 1免疫系統的基本原理和模型1.1免疫學與免疫系統免疫學是一門研究機體免疫系統的組織結構和生理功能的新興學科免疫系統是人體的一個重要的功能系統，擔負著免疫防御免疫監視與免疫自穩的功能免疫系統由免疫器官、免疫細胞和免疫分子組成免疫器官：①中樞：胸腺骨髓法氏囊（禽類）；②周圍：脾臟、淋巴結、粘膜免疫系統、皮膚免疫系統免疫細胞：淋巴細胞系、干細胞系、單核吞噬細胞系、其他抗原提呈細胞（樹突狀細胞內皮細胞等）其他免疫細胞（粒細胞肥大細胞、血小板紅細胞等）免疫分子：①膜型分子：T細胞抗原識別受體（TCR）B細胞抗原識別受體（BCR）、白細胞分化抗原（CD分子）粘附分子主要組織相容性抗原（MHC分子）其他受體分子；②分泌型分子：免疫球蛋白分子（Ig分子）、補體分子（C分子）、細胞因子（CK）在免疫學發展的早期，人們應用細菌或其他毒素給動物注射，在動物血清中發現一種能使細菌發生特異性凝集反應的凝集素或能中和體外毒素的抗毒素其后，將血清中這種具有特異性反應的物質統稱為抗體（antibody，簡稱為Ab），而將能刺激機體產生抗體的物質統稱為抗原（antigen，簡稱為Ag）由此建立了抗原與抗體的概念現代免疫學的發展己經證明，當抗原分子進入機體后，能觸發免疫細胞產生一系列的復雜的生物學過程，稱之為免疫應答（immuneresponse）目前認為凡能誘導免疫系統發生免疫應答，并能與其產生的抗體或效應細胞在體內或體外發生特異性反應的物質，可稱之為抗原抗體是由漿細胞合成和分泌的。抗體的產生是由多細胞完成的，且具有一般性規律：當第一次用適量抗原給動物免疫，需經一定潛伏期才能在血液中出現抗體，含量低，且維持時間短，很快下降，稱這種現象為初次免疫應答。若在抗體下降期再次以相同抗原免疫時，則發現抗體出現的潛伏期較初次應答明顯縮短，抗體含量也隨之上升，而且維持時間長，稱這種現象為再次免疫應答或回憶應答。

　　免疫系統最重要的生理功能是對“自己”和“非己”抗原分子的識別及應答免疫應答過程就是由免疫細胞對抗原分子的識別、活化分化和效應的過程免疫應答過程的效應表現主要是以T細胞介導的細胞免疫和以B細胞介導的體液免疫。體內和體外的。

　　T細胞活化需有雙信號刺激，即其抗原識別受體（TCR<|3）與APC上的MHC-肽分子復合物結合后，可通過CD3復合分子傳遞第一信號T細胞上其他輔助分子（如CD28）可與APC上相應的配體分子（如表面B7）結合，不僅強了T細胞與APC之間的粘附作用，同時可向T細胞傳遞協同刺激信號（co―stimulatorysignal）使之活化并產生多種細胞因子，它們促進了T細胞克隆的擴，是細胞免疫的分子基5礎如無輔助信號發生則T細胞處于不應答（anergy）狀態。可見APC的抗原呈遞作用就是APC將Ag內化、加工、處理，在其細胞表面生成MH肽分子復合物的過程，主要包括呈遞抗原供TCR識別和激活T細胞2個作用。

　　T細胞經過APC的抗原呈遞作用，由靜息轉變為激活狀態，進行克隆殖并合成和分泌大量的各類細胞因子。同時活化的T細胞可借其自分泌的白細胞介素-2（IL-2）進一步促進T細胞的殖，產生孕細胞，并最終分化為效應T細胞以上就是由T細胞介導的細胞免疫的基本過程。而B細胞則介導了體液免疫由抗原激發的體液免疫，是多細胞相互作用的結果體液免疫對抗原dependentantigen，間稱為TDAg）引起的體液免疫和由胸腺非依賴抗原（thymus-ndependent antigen，簡稱為TIAg）引起的體液免疫前者必須有TH細胞參與才能完成，而后者不需TH細胞參與，可單獨刺激B細胞產生抗體只表現初次應答的特性而不出現再次應答的一系列變化由TDAg引起的體液免疫具有初次免疫應答和免疫記憶特性。其初次免疫應答的基本過程主要包括了TH細胞的活化B細胞的活化活化B細胞的殖分化、抗體和記憶B細胞設的產生以及TS細胞對免疫應答的抑制作用，如所示B細胞必須要在活化TH細胞的輔助下才能產生抗體TH細胞的產生和活化是由亞T細胞CD4fT細胞介導的，基本過程如虛線框所示，和細胞免疫中產生效應T細胞的過程相同，TDAg抗原由APC攝取，經表面呈遞作用激活CD4fT細胞，活化的CD4+T細胞殖并合成和分泌大量的各類細胞因子，在細胞因子特別是其自身分泌的It2的作用下進一步促進細胞的殖，產生孕細胞，并最終分化產生活化的TH細胤TH細胞產生和活化后，進一步誘導B細胞活化B細胞的活化需要2種活化信號。B細胞可通過其表面受體BCR與TDAg抗原結合，經內化作用將抗原攝入，然后經過加工處理，與MHC分子結合，形成MH肽分子復合物并運送至B細胞表面，將其呈遞給活化的TH細胞，傳遞活化信號1；B細胞表面的CD40分子與T細胞表面的相應配體分子CD40L結合可激發其產生活化信號2，在此雙信號作用下可使B細胞活化另外，B細胞和T細胞的活化是相互的：B細胞可通過其抗原呈遞作用刺產生細胞因子對B細胞環節作用。因而，B細胞環節共有于活化，另外，來源于進作用，而來源于起抑制作甩B細胞環節的輸的細胞因子。

　　在活化B細胞產生的細f化環節輸出用于產生抗體的漿功能的記憶B細胤由于在體子，即抗體最終是由漿細胞產環節可采用簡單的模型描述產生抗體，其模型可根據被控器自身的要求選擇相應的模型計控制器的底層控制環節記次免疫應答B細胞環節對抗I用以在再次免疫應答過程中替疫應答的響應速度和調整對i在免疫應答后期，T細胞分化活TS細胞環節，用以描述由的過程根據輸入的控制信號TH細胞環節和B細胞環節的通過其表面B7及其他協同刺激分子與T細胞表面相應的受體分子相結合，可激發產生協同刺激信號2，在雙信號作用下可使TH細胞進一步活化在活化的TH細胞分泌的多種細胞因子以及由APC分泌的細胞因子的作用下，活化的B細胞可殖分化為記憶B細胞和分泌抗體的漿細胞（plasmacell）在免疫應答后期，經CD4+T的作用可活化抑制性T細胞TS，使之分化成為效應TS細胞它可分泌抑制因子，可抑制TH細胞及B細胞的功能，發揮負反饋調節作用，以抑制免疫應答，借以維持機體的免疫穩定平衡當發生再次免疫應答時，抗原呈遞細胞則主要由己產生的記憶B細胞承擔。

　　1.3免疫系統建模由以上介紹的免疫應答過程可見，免疫系統包含了辨識、反饋動態調整、動態協調、記憶等諸多單元，比較具體、完整的數學描述將十分復雜。在研究的初始階段，本文針對在電力系統電壓調節中應用的背景，提出了細胞免疫模型和體液免疫模型，其框圖分別如和所示在細胞免疫模型中，APC環節將抗原攝入，其主要作用包括：①抗原的識別；②抗原的處理和加工；③抗原呈遞作用，反映了APC通過MHC限制和T細胞結合以及APC產生細胞因子對T細胞的協同激活APC環節的輸出包括經加工和處理后在MHC限制條件下輸出的抗原信息和具有協同激活作用的細胞因子2個信號細胞因子的有無決定了免疫應答的產生與否，而細胞因子的多少則反映了免疫應答響應的強弱這2個輸出信號對于免疫應答的產生與繼續缺一不可T細胞由靜息轉變為激是由APC環節產生的雙信號，輸出是用于T細胞進一步殖的細胞因子殖環節反映了在殖細胞因子的作用下T細胞的進一步殖擴張、產生孕細胞的過程分化環節的輸入是由殖環節產生的孕細胞，輸出是效應T細胤孕細胞的分化和效應T細胞的產生用模糊控制過程和人口模型描述利用孕細胞數量的多少以及孕細胞數量的變化，經過模糊推理過程來決定分化的孕細胞產生效應T細胞在免疫效應過程中，效應T細胞和targetcell相互作用，其數量隨著免疫反應的強弱長、消亡，類似于人口的變化，因而現利用人口模型描述效應T細胞的產生過程。

　　在體液免疫過程中，從TDAg抗原攝取到TH細胞產生和活化的過程，因基本原理和細胞免疫中效應T細胞的產生相似，所以在體液免疫模型中，這一過程采用了和細胞免疫相似的模型，輸入是抗原，輸出是用于活化的TH細胞和B細胞環節相互作用的雙信號實質上，B細胞是體液免疫中的targetcell，要靠活化的TH細胞與其相互作用激活B細胞環節的活化需要3個輸入：其中1個來源于抗原，另外2個輸入反映了B細胞環節與活化的TH細胞的雙信號活化過程在APC環節對攝入抗原處理的過程中也產生細胞因子，對B細胞環節的活化起輔助作用。體液免疫響應晚期，抑制T細胞的活化起負反饋調節5個輸入，其中3個用1輸入對活化過程起促節的輸入對活化過程I出是反映其激活程度胞因子作用下，殖分〔細胞和具有免疫記憶s液免疫過程中效應分：生的，因此，殖分化漿細胞環節的作用是：對象的特性以及控制1通常，此環節是所設i憶B細胞環節記憶本京刺激所產生的反應，M代APC環節，加快免疫應答的響應強度，環節輸出控制信號激T細胞產生TS細胞TS細胞環節輸出對附周整量，抑制免疫應考值的電壓偏移和和其鄰近點出現的電壓越限。輸出個負荷為使系統中各節點的電壓在正常運運行的的范從顯示的免疫應答模型可以看出，此模型實際上反映了由TDAg誘發的體液免疫應答過程，不難看出，點劃線上半部分的模型則可用于由TIAg誘發的體液免疫應答過程。

　　2STATCOM的細胞免疫控制21電力系統的電壓調節電力系統中的電壓調節主要由發電機和裝設在網絡中的調相機以及SVC，STATCOM等諸多電壓調節器完成，包含2層含義：①將電壓調節器裝設點的電壓維持在指定值；②保證系統電壓水平偏差不超過額定值的±5%在系統的正常運行情況下，將電壓調節器裝設點的電壓維持在指定值就可以保證系統電壓水平偏差在所要求的范圍內所以，電壓調節器的設計通常只是在這個單一的控制目標下進行，即保持安裝點的電壓在指定值的水平。但是最近的研究表明：在電力系統緊急運行狀態下，系統中某些非電壓調節器裝設點的電壓會越過偏差±5%的限制因此，我們以為，電力系統電壓調節器的設計應該有2個控制目標：①保證其鄰近點的電壓偏差在額定值的±5%以內；②保證其安裝點的電壓在指定的值而且，第1個目標應該優先于第2個目標。應用免疫系統建模理論，可以實現這個雙控制目標的電壓調節器的設計。

　　我們認為，對于一個電壓調節器，若其安裝點的電壓保持在值，同時其安裝點附近的電壓偏差也在額定值的±5%的限制內，它就是“健康”的。如果其安裝點的電壓偏離了指定值，意味著出現了“自己”抗原；如果其鄰近點的電壓偏差越過了額定值的±5%的限制，則意味出現了“非己”抗原。“自己”和“非己”抗原應該能激勵電壓調節器產生效應T細胞或抗體，即電壓調節作用，清除抗原所以在這一基本思想的指導下，可以按照免疫系統模型設計電壓調節器，當出現“自己”和“非己”抗原時，通過其免疫應答作用進行系統電壓調節本文在細胞免疫模型的基礎上，提出了細胞免疫型電壓控制器，給出了將細胞免疫型電壓控制器應用于STATC0M的結果，并通過數字仿真研究了多機電力系統中STATCOM的細胞免疫電壓調節器的控制作甩22細胞免疫型電壓控制器的結構根據第1節中的細胞免疫模型，提出細胞免疫型的電壓控制器的結構如所示控制器的輸入VAg是電壓調節器的“自己”和環節（APC）T細胞激活環節、T細胞殖環節和分化環節組成分化環節利用模糊過程和人口模型反映T細胞的分化，產生控制器的輸出輸入電壓信號進入APC后，首先由APC進行識別，區分自己非己抗原，然后將抗原加工、處理，呈遞給T細胞激活環節。T細胞的激活還同時取決于APC環節根據輸入電壓確定的協同調節信號。

　　現用簡單的一階慣性環節表示T細胞的激活，其中Fa表示T細胞的激活程度，Ta表示T細胞激活的慣性時間常數T細胞的殖用比例環節表示，Kp反映了T細胞的殖，其輸出是經T細胞殖后產生的孕細胞數量CP分化環節由模糊邏輯控制器和人口模型組成根據孕細胞數量Cp以及孕細胞數量的變化Cp經模糊推理決定孕細胞的分化Cp和Vf之間的關系是模糊、不確定的，可利用模糊Lyapunov綜合方法設計該模糊邏輯控制器該模糊推理環節包括3部分，分別執行輸入量Cp和Cp的模糊化模糊推理和解模糊判決功能，即實現由精確到模糊再回到精確的控制過程（見附錄A）模糊推理環節的輸出是輸入量Cp和Cp的非線性函數：分化作用由人口模型描述，即：其中pa，ph，p（。，pd分另lj是長系數飽和系數倍系數和死亡率，即認為效應T細胞的產生服從人口長規律。

　　2.3應用實例根據電力系統電壓調節的2個控制目標和細胞免疫型電壓控制器，本文以所示的新英格蘭系統為例，研究了STATCOM的細胞免疫型電壓控制器的控制效果。

　　新英格蘭系統有10臺發電機、39條母線和19圍內，以驗證所提出的STATCOM細胞免疫型電壓調節器的控制作用，首先通過西門子公司提供的NETOMAC仿真軟件，進行了最優潮流計算優化潮流以系統網損最小為目標，通過對各發電機的功率和變壓器變比的調整，使各節點電壓在0.95和1.05之間以潮流優化后的系統作為系統系統中各節點的電壓如所示。

　　潮流優化后系統各節點電壓從圖中可以看出，系統中20號母線電壓最低，為Q 9810*35號母線電壓最高，為1.0482，系統電壓維持在較好的運行水平內。各節點電壓及發電機負荷功率如表1所示以此條件作為系統的初始運行狀態。

　　表1新英格蘭系統仿真分析的初始條件Table1Initialstatesforsimulation母線作原理和模型如~527附錄A T細胞分化環節中模糊邏輯推理環節的設計T細胞分化環節中的模糊推理環節如文中細胞型免疫電壓控制器結構所描述假定該被控對象數學模型為：和x2的函數，但不能確定具體的模型，僅能獲得的信息是Vf與x2的微分成正比對象在平衡點（0，）T漸近穩定=0，V（x1，x2）在平衡點的鄰域正定，要使V（X1，X2）為Lyapunov函數，則在平衡點的鄰域應該有：通過上式推導其成立的充分條件，并注意到x2和控制變量Vf成正比的關系，可獲得下述模糊推理規則：①如果x1為正，且x2也為正，則Vf為負大；②如果x1為負，且x2也為負，則Vf為正大；③如果x1為正，且x2為負，則Vf為0；④如果x1為負，且x2為正，則Vf為0輸入語言變量取2個語言值：正（P）負（N）；輸出語言變量取3個語言值：負大（NB）零（ZE）正大（PB）通過仿真計算可大致定出這些變量的基本采用單點模糊，乘積推理，加權平均解模糊方式，應用所得的模糊推理規則，則可得模糊控制器的輸出Vf為：其中以上應用模糊Lyapunov綜合方法設計了分化環節的模糊邏輯控制器，只利用了部分信息就可推導出相應的模糊控制規則，同時保證了被控對象在平衡點處的局部漸近穩定性李海峰，男，博士研究生，研究方向為靈活交流輸電系統王海風，男，博士，主要研究方向為靈活交流輸電系統陳珩，男，教授，博士生導師，主要研究方向為電力系統仿真電力系統運行與控制、靈活交流輸電系統