《智能電網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用》全面論述了智能電網(wǎng)的技術(shù)與應(yīng)用，討論了支撐智能電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的信息與通信技術(shù)（ICT），傳感、測(cè)量、控制及自動(dòng)化技術(shù)，以及新能源并網(wǎng)與需求側(cè)管理所需的電力電子及儲(chǔ)能技術(shù)。本書通過(guò)大量的例題對(duì)智能電網(wǎng)分析的方法應(yīng)用進(jìn)行了示例分析，使讀者可以全面掌握智能電網(wǎng)相關(guān)的基礎(chǔ)理論與方法應(yīng)用要點(diǎn)。
適讀人群 ：高等院校電氣工程、通信、自動(dòng)化、能源動(dòng)力工程等高年級(jí)本科生或低年級(jí)研究生以及智能電網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域研究和工程技術(shù)人員
《智能電網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用》通過(guò)大量的例題對(duì)智能電網(wǎng)分析的方法應(yīng)用進(jìn)行了示例分析，使讀者可以全面掌握智能電網(wǎng)相關(guān)的基礎(chǔ)理論與方法應(yīng)用要點(diǎn)。
全球電力正在經(jīng)歷著由無(wú)碳電力供給帶來(lái)的深刻變革：在更換現(xiàn)有老化設(shè)備的同時(shí)，更多地將新近發(fā)展的信息與通信技術(shù)(ICT)引入到電力系統(tǒng)。所有這些需求都可以通過(guò)智能電網(wǎng)方案獲得解決。智能電網(wǎng)技術(shù)采用先進(jìn)的ICT控制新能源系統(tǒng)可靠、高效地發(fā)電。盡管現(xiàn)有高壓輸電系統(tǒng)中已經(jīng)建立了一些ICT基礎(chǔ)設(shè)施，但實(shí)時(shí)通信在用戶或分布式系統(tǒng)（回路）中尚不多見。
智能電網(wǎng)的設(shè)想是給低壓電網(wǎng)提供更大的可視化，并使用戶能夠通過(guò)智能電表和智能家庭方案參與到電力系統(tǒng)的運(yùn)行中。智能電網(wǎng)可以提供更好的能源效率，且在更大程度上支撐可再生能源的利用。當(dāng)前，關(guān)于智能電網(wǎng)的研究與發(fā)展在美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)、日本和歐洲等國(guó)家和地區(qū)得到了大力支持。它是國(guó)際上重要的研究主題和潛在的商業(yè)利潤(rùn)增長(zhǎng)方向。
本書寫作初衷是提供一些對(duì)智能電網(wǎng)基本概念的討論與見解，并對(duì)實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的細(xì)節(jié)展開部分描述。盡管當(dāng)前智能電網(wǎng)的定義并不完備，但本書無(wú)疑對(duì)關(guān)鍵的可行技術(shù)進(jìn)行了前瞻性的探討，這對(duì)讀者了解電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和參與未來(lái)智能電網(wǎng)的討論大有裨益。
本書是作者們?cè)谥袊?guó)、日本、斯里蘭卡、英國(guó)和美國(guó)的本科生與研究生教學(xué)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，也是作者們相關(guān)研究工作的展示。本書內(nèi)容主要分為三大技術(shù)主題：
1）第1部分為ICT（第2~4章）;
2)第2部分為傳感、測(cè)量、控制及自動(dòng)化技術(shù)（第5~8章）；
3）第3部分為電力電子與儲(chǔ)能技術(shù)（第9~12章）。
本書展示的三大類技術(shù)主題彼此相對(duì)獨(dú)立。對(duì)電力系統(tǒng)或能源專業(yè)的工學(xué)或理學(xué)碩士生課程而言，第2~4章、第5~7章以及第9~11章之間的相關(guān)性更強(qiáng)一些；但對(duì)通用性更強(qiáng)的智能電網(wǎng)課程而言，選擇第2~5章、第9章、第12章等內(nèi)容則更為恰當(dāng)。
本書技術(shù)內(nèi)容包括了不同的專題，可以拓展不同學(xué)科工程技術(shù)人員的知識(shí)體系，以幫助他們更好地投入到智能電網(wǎng)的建設(shè)中。原 書 致 謝我們非常感謝那些為本書作出積極貢獻(xiàn)的同事和朋友，沒(méi)有他們的付出，本書難以如此順利完成。尤其要感謝東芝公司、S&C電氣歐洲有限責(zé)任公司、東京電力公司、日本風(fēng)電公司和天大求實(shí)電力新技術(shù)有限責(zé)任公司等企業(yè)為本書提供的大量圖片。非常感謝John Lacari為本書數(shù)值算例所做的校驗(yàn)工作；Jun Liang、Lee Thomas、Alasdair Burchill、Panagiotis Papadopoulos、Carlos Ugalde-Loo和Iaki Grau等人為第5章、第11章和第12章提供的信息；Mahesh Sooriyabandara對(duì)某些章節(jié)的校對(duì)；以及Luke Livermore、Kamal Samarakoon、Yan He、Sugath Jayasinghe及Bieshoy Awad等人給予的幫助。
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Janaka Ekanayake，于1990年獲得斯里蘭卡的Peradeniya大學(xué)的電氣與電子工程的學(xué)士學(xué)位，并于1995年在英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)與技術(shù)學(xué)院獲得電氣工程的博士學(xué)位。他目前是英國(guó)Cardiff大學(xué)的一名高級(jí)講師，在此之前曾在Peradeniya大學(xué)電氣與電子工程系的教授。他的主要研究方向包括電力電子應(yīng)用、可再生能源發(fā)電和并網(wǎng)。他是一名注冊(cè)工程師，IET會(huì)士，IEEE高級(jí)會(huì)員，IESL會(huì)員。他先后發(fā)表了30余篇相關(guān)的期刊論文，并合著3本專著。
Kithsri M. Liyanage是斯里蘭卡Peradeniya大學(xué)電氣與電子工程系的一名教授。他于1983年獲得Peradeniya大學(xué)的工學(xué)學(xué)士學(xué)位，并于1991年獲得東京大學(xué)的工學(xué)博士學(xué)位。他1993-1994年間曾在華盛頓大學(xué)電氣工程系從事訪問(wèn)研究，并于2008-2010年期間在東京大學(xué)電力與環(huán)境技術(shù)研究中心擔(dān)任訪問(wèn)學(xué)者。他已發(fā)表30余篇關(guān)于智能電網(wǎng)應(yīng)用與控制方面的論文，其研究方向主要為智能電網(wǎng)下的ICT應(yīng)用。
Jianzhong Wu分別于1999、2001和2004年在中國(guó)天津大學(xué)獲得學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。他曾擔(dān)任天津大學(xué)副教授，于2006年加入曼徹斯特大學(xué)。自2008年開始擔(dān)任Cardiff工程學(xué)院的一名講師。他的主要研究方向包括電能基礎(chǔ)設(shè)施和智能電網(wǎng)。他承擔(dān)著數(shù)項(xiàng)歐盟持續(xù)項(xiàng)目和其他基金項(xiàng)目。作為IET、IEEE和ACM會(huì)員，他發(fā)表了30余篇論文，并合著1本專著。
Akihiko Yokoyama分別于1979、1981和1984年在日本東京大學(xué)獲得學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。自2000年起擔(dān)任東京大學(xué)電氣工程系教授。他曾作為訪問(wèn)學(xué)者在德州大學(xué)Arlington分校、加州大學(xué)伯克利分校從事過(guò)研究。他的主要研究方向包括電力系統(tǒng)分析與控制、智能電網(wǎng)。他是日本電氣工程學(xué)會(huì)(IEEJ)的高級(jí)會(huì)員，日本工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)(JSIAM)、IEEE及CIGRE會(huì)員。
Nick Jenkins于1992-2008年在曼徹斯特大學(xué)工作，其后擔(dān)任Cardiff大學(xué)的可再生能源專業(yè)教授。他具有14年的工業(yè)界從業(yè)經(jīng)歷，其中5年在發(fā)展中國(guó)家。在Cardiff大學(xué)他開創(chuàng)了關(guān)于電力能源工程和可再生能源的教學(xué)及科研工作。他目前是IET、IEEE及皇家工程院的會(huì)士。他是CIGRE的杰出會(huì)員，2009-2011期間擔(dān)任美國(guó)斯坦福大學(xué)大氣與能源項(xiàng)目的Shimizu訪問(wèn)教授。
作者簡(jiǎn)介
原書前言
原書致謝
縮略語(yǔ)對(duì)照表
第1章智能電網(wǎng)1
1.1簡(jiǎn)介1
1.2為何選擇智能電網(wǎng)?2
1.2.1資產(chǎn)老化且傳輸能力不足2
1.2.2熱約束2
1.2.3操作約束2
1.2.4供給安全3
1.2.5各國(guó)政策3
1.3什么是智能電網(wǎng)?5
1.4早期智能電網(wǎng)嘗試6
1.4.1主動(dòng)配電網(wǎng)6
1.4.2虛擬電廠8
1.4.3其他嘗試和驗(yàn)證9
1.5智能電網(wǎng)領(lǐng)域技術(shù)文獻(xiàn)綜述11
參考文獻(xiàn)13
第1部分ICT
第2章數(shù)據(jù)通信16
2.1簡(jiǎn)介16
2.2專用、共享的通信通道17
2.3交換技術(shù)20
2.3.1線路交換20
2.3.2信息交換21
2.3.3包交換技術(shù)21
2.4通信通道22
2.4.1有線通信24
2.4.2光纖26
2.4.3無(wú)線電通信29
2.4.4移動(dòng)通信30
2.4.5衛(wèi)星通信31
2.5分層結(jié)構(gòu)與協(xié)議31
2.5.1ISO/OSI模型31
2.5.2TCP/IP35
參考文獻(xiàn)38
第3章面向智能電網(wǎng)的通信技術(shù)39
3.1簡(jiǎn)介39
3.2通信技術(shù)40
3.2.1IEEE 802系列40
3.2.2移動(dòng)通信51
3.2.3多協(xié)議標(biāo)簽交換52
3.2.4電力線路通信53
3.3信息交換標(biāo)準(zhǔn)54
3.3.1智能電表標(biāo)準(zhǔn)54
3.3.2Modbus54
3.3.3DPN355
3.3.4IEC 6185056
參考文獻(xiàn)57
第4章智能電網(wǎng)信息安全59
4.1簡(jiǎn)介59
4.2加密與解密60
4.2.1對(duì)稱密鑰加密61
4.2.2公鑰密碼加密65
4.3認(rèn)證65
4.3.1基于共享密鑰的身份認(rèn)證66
4.3.2基于密鑰分發(fā)中心的認(rèn)證66
4.4數(shù)字簽名66
4.4.1私鑰簽名67
4.4.2公鑰簽名67
4.4.3消息摘要68
4.5電網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)68
4.5.1IEEE 1686：IEEE推出的IED電網(wǎng)安全能力標(biāo)準(zhǔn)684.5.2IEC 62351:電力系統(tǒng)管理及相關(guān)信息交換——數(shù)據(jù)與通信安全69
參考文獻(xiàn)69
ⅩⅦ第2部分傳感、測(cè)量、控制及自動(dòng)化技術(shù)
第5章智能測(cè)量與DSI72
5.1簡(jiǎn)介72
5.2智能測(cè)量73
5.2.1電子測(cè)量的發(fā)展73
5.2.2智能測(cè)量的關(guān)鍵元素75
5.3智能儀表:已有硬件回顧75
5.3.1信號(hào)采集76
5.3.2信號(hào)調(diào)理77
5.3.3A-D轉(zhuǎn)換78
5.3.4計(jì)算80
5.3.5輸入/輸出82
5.3.6通信83
5.4面向智能測(cè)量的通信設(shè)施與協(xié)議83
5.4.1HAN83
5.4.2NAN84
5.4.3數(shù)據(jù)集中器85
5.4.4電能表數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)85
5.4.5通信協(xié)議85
5.5DSI86
5.5.1DSI提供的服務(wù)87
5.5.2DSI的實(shí)現(xiàn)90
5.5.3DSI實(shí)現(xiàn)的硬件支持93
5.5.4消費(fèi)者自需求側(cè)的靈活性傳送95
5.5.5DSI的系統(tǒng)支持95
參考文獻(xiàn)96
第6章配電自動(dòng)化設(shè)備98
6.1簡(jiǎn)介98
6.2變電站自動(dòng)化設(shè)備99
6.2.1電流互感101
6.2.2電壓互感器104
6.2.3智能電子設(shè)備105
6.2.4間隔控制器107
6.2.5RTU107ⅩⅧ6.3配電系統(tǒng)故障108
6.3.1故障隔離和恢復(fù)組件109
6.3.2故障定位、隔離和恢復(fù)114
6.4電壓調(diào)節(jié)117
參考文獻(xiàn)120
第7章配電管理系統(tǒng)122
7.1簡(jiǎn)介122
7.2數(shù)據(jù)源與相關(guān)外部系統(tǒng)123
7.2.1SCADA系統(tǒng)123
7.2.2CIS125
7.3建模與分析工具125
7.3.1配電系統(tǒng)建模125
7.3.2拓?fù)浞治?29
7.3.3負(fù)載預(yù)測(cè)131
7.3.4潮流分析132
7.3.5故障計(jì)算135
7.3.6狀態(tài)估計(jì)138
7.3.7其他分析工具142
7.4應(yīng)用分析142
7.4.1系統(tǒng)監(jiān)控142
7.4.2系統(tǒng)運(yùn)行143
7.4.3系統(tǒng)管理144
7.4.4OMS145
參考文獻(xiàn)147
第8章輸電系統(tǒng)運(yùn)行148
8.1簡(jiǎn)介148
8.2數(shù)據(jù)源148
8.2.1IED與SCADA系統(tǒng)148
8.2.2PMU149
8.3EMS151
8.4廣域應(yīng)用153
8.4.1在線暫態(tài)穩(wěn)定控制器155
8.4.2磁極滑動(dòng)預(yù)防控制器155
8.5可視化技術(shù)157
8.5.1視覺(jué)二維演示157
8.5.2視覺(jué)三維演示158
參考文獻(xiàn)159
第3部分電力電子與儲(chǔ)能技術(shù)
ⅩⅨ第9章電力電子變換器162
9.1簡(jiǎn)介162
9.2CSC164
9.3VSC167
9.3.1VSC在低中功率中的應(yīng)用168
9.3.2中高功率設(shè)備中的VSC171
參考文獻(xiàn)174
第10章智能電網(wǎng)中的電力電子176
10.1簡(jiǎn)介176
10.2可再生能源發(fā)電176
10.2.1PV系統(tǒng)177
10.2.2風(fēng)能、水能和潮汐能系統(tǒng)179
10.3故障電流限制183
10.4并聯(lián)補(bǔ)償186
10.4.1D-STATCOM187
10.4.2有源濾波器192
10.4.3儲(chǔ)能并聯(lián)補(bǔ)償器192
10.5串聯(lián)補(bǔ)償195
參考文獻(xiàn)197
第11章大功率潮流中的電力電子設(shè)備200
11.1簡(jiǎn)介200
11.2FACTS201
11.2.1無(wú)功補(bǔ)償201
11.2.2串聯(lián)補(bǔ)償206
11.2.3晶閘管控制移相變壓器209
11.2.4統(tǒng)一潮流控制器210
11.2.5線間潮流控制器211
11.3HVDC212
11.3.1CSC213
11.3.2VSC216
11.3.3多端HVDC219
參考文獻(xiàn)220
第12章儲(chǔ)能222
12.1簡(jiǎn)介222
12.2儲(chǔ)能技術(shù)225
12.2.1電池225
12.2.2液流電池226
12.2.3燃料電池和氫電解槽227
12.2.4飛輪儲(chǔ)能229
12.2.5SMES系統(tǒng)230
12.2.6超級(jí)電容器231
12.3案例分析一：風(fēng)電中的儲(chǔ)能231
12.4案例分析二：電動(dòng)汽車充電的基于智能體的控制235
參考文獻(xiàn)237
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