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1 有源智能配电网：进化的产物1

1.1 引言1

1.2 电力系统的新形势4

1.3 现有配电网的结构与特征5

1.3.1 设置母线作为与电网的连接节点5

1.3.2 变电站结构的选择6

1.4 用电7

1.4.1 负荷概念与约束7

1.4.2 负荷特征8

1.5 输电网与配电网的管理9

1.5.1 输电网管理机构9

1.5.2 配电网管理机构9

1.6 未来配电网的挑战11

1.6.1 电能质量与可靠性的要求及经济性影响12

1.6.2 资产管理14

1.6.3 分布式发电16

1.6.4 新技术的集成17

1.6.5 需求侧控制18

1.6.6 向电力需求的转移18

1.6.7 向有源智能配电网发展的前景18

1.6.8 教育与培训20

1.7 投资与供电质量20

1.8 融资机制与配电网的投资角色22

1.9 小结23

1.10 参考文献23

2 配电网的特性与结构25

2.1 法国电网25

2.1.1 电压等级和频率25

2.1.2 配电网结构27

2.1.3 保护方案31

2.1.4 中性点接地方式33

2.1.5 负荷特点34

2.1.6 故障特点35

2.1.7 分布式发电入网细则36

2.2 美国电网37

2.2.1 配电网结构38

2.2.2 电压等级和运行规程39

2.2.3 中性点接地41

2.2.4 中压配电网保护42

2.2.5 电网主要元件46

2.3 参考文献49

3 分布式发电方式50

3.1 引言50

3.2 解除管制50

3.3 发电设施51

3.3.1 内燃式发电机51

3.3.2 小型燃气轮机54

3.3.3 常用储能方式58

3.3.4 风力发电机61

3.3.5 光伏电池64

3.3.6 斯特林发电机66

3.3.7 燃料电池67

3.4 挑战与机遇68

3.5 参考文献68

4 分布式发电入网规定及相关经济问题70

4.1 引言70

4.2 欧洲政策与可再生能源蓬勃发展70

4.3 激励政策73

4.3.1 价格手段74

4.3.2 数量手段77

4.4 可再生能源发电商的并网问题80

4.4.1 并网成本81

4.4.2 不同运营商之间的并网成本分摊82

4.5 可再生能源融入电力市场83

4.5.1 发电水平预测的不确定性84

4.5.2 对优先顺序及电价的影响84

4.5.3 电能不平衡控制和调节成本85

4.5.4 可再生能源间歇性管理88

4.6 参考文献89

5 分布式发电对配电网的影响92

5.1 引言92

5.2 分布式发电对电气参数的影响93

5.2.1 功率传输93

5.2.2 电压分布94

5.2.3 电压波形质量96

5.2.4 电压的快速波动99

5.2.5 单相并网引起的不平衡101

5.2.6 电压暂降与短时间中断101

5.2.7 过电压102

5.2.8 暂态与动态稳定105

5.2.9 短路电流和短路功率105

5.3 对设计、规划与运行的影响106

5.3.1 电压分布与调节106

5.3.2 保护方案106

5.3.3 中压电网的运行监控与规划107

5.3.4 费率信号的传输108

5.4 对电网设备的影响109

5.4.1 断路器瞬态恢复电压（TRV）109

5.4.2 其他110

5.5 参考文献111

6 风电并网与辅助服务112

6.1 风电发展的背景112

6.1.1 2009年以前的风电发展112

6.1.2 风电发展的推动力113

6.1.3 小结114

6.2 风电并网的影响114

6.2.1 分布式电源并网对电压的影响114

6.2.2 分布式电源对频率的影响116

6.3 风电并网技术要求117

6.3.1 电压与无功功率的约束117

6.3.2 电压暂降耐受能力119

6.3.3 频率与有功功率的约束120

6.3.4 小结121

6.4 风力发电系统——原理与模型121

6.4.1 能量转换原理121

6.4.2 风力机121

6.4.3 传动部分123

6.4.4 恒速风力发电机124

6.4.5 变速风力发电机125

6.4.6 小结127

6.5 孤岛电网的风电场并网研究127

6.5.1 混合型风电场设计128

6.5.2 参与电压调节129

6.5.3 电压暂降的耐受能力130

6.5.4 参与频率控制131

6.5.5 小结133

6.6 参考文献134

6.7 符号表135

7 光伏系统并网技术137

7.1 引言137

7.2 光伏发电换流器结构139

7.2.1 基本结构139

7.2.2 并网光伏系统配置139

7.2.3 常用的并网逆变器拓扑141

7.3 电网侧接口的控制144

7.4 光伏系统的孤岛检测145

7.5 光伏系统并网对电压的影响147

7.5.1 所研究的电网148

7.5.2 逆变器输入／输出的电压与电流波形149

7.5.3 光伏系统控制模式对电压的影响150

7.5.4 对电压不平衡的影响152

7.6 小结153

7.7 参考文献153

8 有源配电网电压控制155

8.1 引言155

8.1.1 服务质量——标准与限值155

8.1.2 电压控制的安全性156

8.2 当前配电网的电压调节156

8.2.1 供电变电站无功补偿156

8.2.2 有载调压156

8.3 有源配电网的电压控制157

8.3.1 配电网电压协调控制（D-RCT）157

8.3.2 就地自适应控制（RAA）163

8.3.3 就地电压控制与协调电压控制的策略对比171

8.3.4 新颖应用——混合控制173

8.4 小结174

8.5 参考文献174

9 有源配电网供电可靠性176

9.1 配电系统可靠性的新认知与新挑战176

9.1.1 电能质量176

9.1.2 可靠性的成本177

9.1.3 标准和概率方法177

9.2 电网可靠性的概念178

9.2.1 供电可靠性的定义178

9.2.2 可靠性的量值178

9.2.3 概率分布函数179

9.2.4 可靠性研究方法——可靠性评价准则180

9.3 配电网可靠性概率研究的目标与应用184

9.3.1 在发展层次上184

9.3.2 在运行层次上184

9.4 蒙特卡洛仿真的基本概念185

9.4.1 蒙特卡洛仿真法185

9.4.2 仿真186

9.4.3 统计的基本定义与概念186

9.4.4 蒙特卡洛仿真187

9.5 应用蒙特卡洛法的研究案例191

9.6 小结194

9.7 参考文献195

10 有源中压电网保护与故障检测定位196

10.1 引言196

10.2 中压配电网的故障特征197

10.2.1 故障类型197

10.2.2 多相故障特点197

10.2.3 单相故障特点198

10.2.4 配电网中性点接地方式198

10.2.5 分布式发电对故障的影响198

10.3 含分布式电源的中压电网保护201

10.3.1 中压电网保护方案的基本原则201

10.3.2 供电变电站的中压保护方案201

10.3.3 分布式电源对出线保护运行的影响202

10.3.4 分布式发电机保护205

10.4 故障检测207

10.4.1 故障路径显示器（IPD）207

10.4.2 利用IPD的故障定位208

10.4.3 分布式电源对IPD运行的影响与故障定位209

10.4.4 未来的IPD211

10.5 含分布式电源的故障定位211

10.5.1 现有方法的一般原则211

10.5.2 基于阻抗的故障距离计算示例212

10.5.3 分布式电源对故障定位方法的影响214

10.5.4 研究前景218

10.6 参考文献219

11 智能配电网管理的负荷控制221

11.1 负荷控制目标221

11.2 可控负荷222

11.2.1 具有典型周期的负荷特点222

11.2.2 负荷控制方法223

11.2.3 居民负荷与热模型描述224

11.3 实时控制方法225

11.3.1 时间步长的影响-通信设备的速度226

11.3.2 卸载持续时间的影响227

11.3.3 保证再送电持续时间的影响227

11.3.4 电网减少功率的幅度和持续时间227

11.3.5 计及住宅特征的实时控制方法227

11.4 优化负荷控制方法228

11.5 小结232

11.6 参考文献232

12 有源配电网中的虚拟发电厂234

12.1 背景234

12.2 目标235

12.3 虚拟发电厂235

12.3.1 虚拟发电厂结构235

12.3.2 商务虚拟发电厂237

12.3.3 技术虚拟发电厂240

12.3.4 信息的交换和虚拟发电厂之间的关系241

12.4 其他拓展：Alpenergy项目242

12.5 对有源配电网中虚拟发电厂的展望243

12.5.1 困难和建议243

12.5.2 利益与展望244

12.6 参考文献245

13 未来配电网的电力电子应用246

13.1 引言246

13.2 配电网的新形势247

13.3 现代电网中的电力电子装置249

13.3.1 FACTS与DFACTS的类型249

13.3.2 制造商的产品供应250

13.4 工程项目发展现状252

13.4.1 输电网的工程252

13.4.2 配电网的工程253

13.4.3 FACTS结构的工程设计256

13.5 小结258

13.6 参考文献259

14 面向智能电网261

14.1 引言261

14.1.1 新的能源模式261

14.1.2 服务于电网的信息通信技术263

14.1.3 欧洲及法国发电能源背景264

14.1.4 智能电网发展的动力267

14.2 智能电网的定义267

14.3 智能电网的目标268

14.3.1 技术目标268

14.3.2 社会经济与环境目标268

14.4 智能电网的参与角色269

14.5 智能电网的科学研究270

14.5.1 发展中的革新概念示例270

14.5.2 科学技术、商务与社会方面的障碍272

14.6 小结273

14.7 参考文献274