中圖網小程序
一鍵登錄
更方便
本類五星書更多>
-
>
公路車寶典(ZINN的公路車維修與保養秘籍)
-
>
晶體管電路設計(下)
-
>
基于個性化設計策略的智能交通系統關鍵技術
-
>
花樣百出:貴州少數民族圖案填色
-
>
山東教育出版社有限公司技術轉移與技術創新歷史叢書中國高等技術教育的蘇化(1949—1961)以北京地區為中心
-
>
鐵路機車概要.交流傳動內燃.電力機車
-
>
利維坦的道德困境:早期現代政治哲學的問題與脈絡
智能電網:應對電力系統新挑戰的先進技術 版權信息
- ISBN：9787030680013
- 條形碼：9787030680013 ; 978-7-03-068001-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
智能電網:應對電力系統新挑戰的先進技術 內容簡介
本書講述電力網絡所面臨的挑戰，包括統稱為智能電網的新技術、新方法和市場機制。重點闡述新的挑戰對電力網絡的影響，這些挑戰包括可再生能源發電的接入、能源效率、電力市場的引入和進一步開放，以及新的挑戰對可靠性和電能質量不斷增加的需求，與對電網傳輸容量不斷增長的需要。
本書分別闡述三種接近不同的解決方案：僅涉及電網的解決方案（如高壓直流輸電和有源配電網），包含電網用戶但在電網運營商控制下的解決方案（如對發電裝置和限電的要求），以及接近由市場驅動的解決方案（如需求響應）。并概述由新技術所帶來挑戰的諸多解決方案，其中有些是在其他刊物中反復探討的，也有已經被摒棄的解決方案。
智能電網:應對電力系統新挑戰的先進技術 目錄
目錄
第1章 引言 1
1.1 電力網絡 2
1.2 智能電網 2
1.3 利益相關者 4
1.4 挑戰 6
1.5 解決方案 8
第2章 挑戰 10
2.1 可再生能源發電 11
2.1.1 接入配電網絡 11
2.1.2 接入輸電網絡 12
2.1.3 更換傳統發電機 14
2.1.4 預測 15
2.2 能源效率 17
2.2.1 用電量的減少 18
2.2.2 電網損耗 19
2.2.3 不斷增加的電力應用 20
2.2.4 熱電聯產 21
2.3 電力市場 22
2.4 供電連續性和電壓質量 23
2.4.1 對更高性能的需要 23
2.4.2 新的發電和用電 25
2.4.3 可靠性指標 25
2.4.4 電壓質量指標 26
2.5 傳輸容量 27
2.5.1 配電 27
2.5.2 次級輸電網和輸電網 28
2.5.3 發電 29
2.5.4 傳輸容量不足 29
2.6 性能指標 30
第3章 電網中的解決方案 32
3.1 常用解決方案 33
3.2 傳輸容量 34
3.2.1 高壓直流輸電 36
3.2.2 柔性交流輸電 38
3.2.3 動態傳輸容量 39
3.2.4 基于風險的運行方法 40
3.3 大型輸電網絡 43
3.4 能量儲存 44
3.5 有源配電網絡 47
3.5.1 配電系統保護 47
3.5.2 電壓控制 49
3.5.3 微電網 51
3.5.4 自動恢復供電 52
3.6 監控 54
第4章 電網用戶的參與 56
4.1 發電單元設置要求 57
4.2 限電：現有的應用 60
4.3 聯動跳閘 62
4.3.1 工業設施 62
4.3.2 風力發電站 64
4.3.3 網格狀電網 65
4.3.4 過載引起連接斷開 66
4.4 限電的更多應用 67
4.4.1 防止過載 67
4.4.2 放射狀電網中的熱過載 69
4.4.3 網格狀電網中的熱過載 71
4.4.4 輻射狀電網中的過電壓和欠電壓 71
4.4.5 配電網中的能量儲備 73
4.4.6 電壓和電流質量 75
4.4.7 功角穩定性 76
4.4.8 頻率穩定性 77
4.4.9 電壓穩定性 78
4.5 限電示例 79
4.5.1 示例1：太陽能發電引起的過載 79
4.5.2 示例2：風力發電引起的變壓器過載 80
4.5.3 示例3：風力發電引起的過電壓 81
第5章 市場激勵 85
5.1 批發和零售市場 86
5.2 日前市場 87
5.2.1 現貨市場 87
5.2.2 當地電價及市場分割 89
5.3 需求響應 92
5.3.1 分時定價 92
5.3.2 改進型分時定價方法 93
5.3.3 小時定價 94
5.3.4 峰值電價 95
5.3.5 峰值電價折扣 96
5.3.6 階梯電價 97
5.3.7 由于需求響應導致的用電峰值減少 98
5.3.8 系統層面的需求響應 99
5.3.9 關停用電示例 99
5.3.10 用電量轉移示例 102
5.3.11 基于二氧化碳排放的需求響應 103
5.3.12 恢復峰值 104
5.4 現貨市場以外的市場 104
5.4.1 不同市場的概述 104
5.4.2 價格變化示例 105
5.4.3 需求響應平衡 108
5.4.4 需求響應對平衡的影響 109
5.5 市場和網絡 110
5.6 輔助服務市場 113
5.6.1 備用容量 114
5.6.2 頻率控制 114
5.6.3 無功功率及電壓控制 115
5.6.4 短路容量 116
5.6.5 電壓質量 117
5.6.6 黑啟動 117
5.6.7 電網的孤島運行 118
5.6.8 慣性 118
5.6.9 穩定性 119
5.6.10 概述 119
5.7 電網用戶 120
5.7.1 一般電網用戶 120
5.7.2 小型消費者 122
5.7.3 小型和大型發電 125
5.7.4 儲能 126
5.7.5 中型和大型用戶 127
5.7.6 電動汽車 127
5.7.7 微電網及虛擬發電站 128
5.7.8 智能電表及其他通信 129
第6章 討論 131
6.1 網絡運營經濟學 132
6.1.1 資費監管 132
6.1.2 性能指標 133
6.2 保留方案 134
6.3 初步趨勢 137
6.3.1 配電網絡 137
6.3.2 次級輸電網絡 138
6.3.3 輸電網絡及其系統 139
6.3.4 電網用戶 140
第7章 結論 141
參考文獻 142
索引 147
第1章 引言 1
1.1 電力網絡 2
1.2 智能電網 2
1.3 利益相關者 4
1.4 挑戰 6
1.5 解決方案 8
第2章 挑戰 10
2.1 可再生能源發電 11
2.1.1 接入配電網絡 11
2.1.2 接入輸電網絡 12
2.1.3 更換傳統發電機 14
2.1.4 預測 15
2.2 能源效率 17
2.2.1 用電量的減少 18
2.2.2 電網損耗 19
2.2.3 不斷增加的電力應用 20
2.2.4 熱電聯產 21
2.3 電力市場 22
2.4 供電連續性和電壓質量 23
2.4.1 對更高性能的需要 23
2.4.2 新的發電和用電 25
2.4.3 可靠性指標 25
2.4.4 電壓質量指標 26
2.5 傳輸容量 27
2.5.1 配電 27
2.5.2 次級輸電網和輸電網 28
2.5.3 發電 29
2.5.4 傳輸容量不足 29
2.6 性能指標 30
第3章 電網中的解決方案 32
3.1 常用解決方案 33
3.2 傳輸容量 34
3.2.1 高壓直流輸電 36
3.2.2 柔性交流輸電 38
3.2.3 動態傳輸容量 39
3.2.4 基于風險的運行方法 40
3.3 大型輸電網絡 43
3.4 能量儲存 44
3.5 有源配電網絡 47
3.5.1 配電系統保護 47
3.5.2 電壓控制 49
3.5.3 微電網 51
3.5.4 自動恢復供電 52
3.6 監控 54
第4章 電網用戶的參與 56
4.1 發電單元設置要求 57
4.2 限電：現有的應用 60
4.3 聯動跳閘 62
4.3.1 工業設施 62
4.3.2 風力發電站 64
4.3.3 網格狀電網 65
4.3.4 過載引起連接斷開 66
4.4 限電的更多應用 67
4.4.1 防止過載 67
4.4.2 放射狀電網中的熱過載 69
4.4.3 網格狀電網中的熱過載 71
4.4.4 輻射狀電網中的過電壓和欠電壓 71
4.4.5 配電網中的能量儲備 73
4.4.6 電壓和電流質量 75
4.4.7 功角穩定性 76
4.4.8 頻率穩定性 77
4.4.9 電壓穩定性 78
4.5 限電示例 79
4.5.1 示例1：太陽能發電引起的過載 79
4.5.2 示例2：風力發電引起的變壓器過載 80
4.5.3 示例3：風力發電引起的過電壓 81
第5章 市場激勵 85
5.1 批發和零售市場 86
5.2 日前市場 87
5.2.1 現貨市場 87
5.2.2 當地電價及市場分割 89
5.3 需求響應 92
5.3.1 分時定價 92
5.3.2 改進型分時定價方法 93
5.3.3 小時定價 94
5.3.4 峰值電價 95
5.3.5 峰值電價折扣 96
5.3.6 階梯電價 97
5.3.7 由于需求響應導致的用電峰值減少 98
5.3.8 系統層面的需求響應 99
5.3.9 關停用電示例 99
5.3.10 用電量轉移示例 102
5.3.11 基于二氧化碳排放的需求響應 103
5.3.12 恢復峰值 104
5.4 現貨市場以外的市場 104
5.4.1 不同市場的概述 104
5.4.2 價格變化示例 105
5.4.3 需求響應平衡 108
5.4.4 需求響應對平衡的影響 109
5.5 市場和網絡 110
5.6 輔助服務市場 113
5.6.1 備用容量 114
5.6.2 頻率控制 114
5.6.3 無功功率及電壓控制 115
5.6.4 短路容量 116
5.6.5 電壓質量 117
5.6.6 黑啟動 117
5.6.7 電網的孤島運行 118
5.6.8 慣性 118
5.6.9 穩定性 119
5.6.10 概述 119
5.7 電網用戶 120
5.7.1 一般電網用戶 120
5.7.2 小型消費者 122
5.7.3 小型和大型發電 125
5.7.4 儲能 126
5.7.5 中型和大型用戶 127
5.7.6 電動汽車 127
5.7.7 微電網及虛擬發電站 128
5.7.8 智能電表及其他通信 129
第6章 討論 131
6.1 網絡運營經濟學 132
6.1.1 資費監管 132
6.1.2 性能指標 133
6.2 保留方案 134
6.3 初步趨勢 137
6.3.1 配電網絡 137
6.3.2 次級輸電網絡 138
6.3.3 輸電網絡及其系統 139
6.3.4 電網用戶 140
第7章 結論 141
參考文獻 142
索引 147
展開全部
智能電網:應對電力系統新挑戰的先進技術 節選
第1章 引言 社會的發展，特別是可持續發展，即將使電網發生翻天覆地的變化。如果不對電網的設計和運作方式進行重大革新，這些變化可能成為社會發展的阻礙。社會的發展為電網帶來了新的挑戰，使用現有技術并不是總能應對這些挑戰，即使技術層面能解決，也亟需更好、更經濟的新技術方案。 我們將在本章1.4節介紹這些新的挑戰，并在1.5節介紹全新的解決方案。這些解決方案通常被稱為智能電網（smart grid），1.2節中將對其進行詳細解釋。但是首先，我們將在1.1節介紹電力網絡，并在1.3節介紹不同的利益相關者（stakeholder）。 1.1 電力網絡 電力網絡（簡稱電網）旨在連接電力的消費者和生產者。電網用戶（network user）指的是電力的消費者和生產者，以及那些既生產又消耗的產消者（prosumer）。 在經濟方面，電網應成為電力市場（electricity market）的推動者。在技術方面，電力系統的主要目標（primary aim）是確保所有電網用戶都能獲得符合需求的供電可靠性和供電品質，而不會對電力市場的電力潮流產生任何干預。除主要目標外，電網的設計和運作方式也有許多次要目標（secondary aim），如防止過載（overload）、保持足夠的運行儲備（operational reserves）、防止保護誤動。次要目標對于實現主要目標而言非常重要，但它不會直接影響電網用戶。例如：為了維持高供電可靠性，電網運營商（network operator）需要維持儲備；但是，如果用更少的儲備就能換取相同的可靠性，那么就不再需要保留這些儲備。類似的示例在本書中將反復提及。 “電網”和“電力網絡”、“系統”和“電力系統”所表述的含義有時是一致的，有時則稍有不同。“電力系統”是指電網和所有電氣設備與電網用戶的結合，它不僅包括從*大的發電機到*小的電動機，還涵蓋了電力設備與電網之間的所有電氣交互。雖然“電網”僅由電線組成，“系統”還包括與電線連接的設備，但在本書中，“電網”既是“電力網絡”的同義詞，也是“電力系統”的同義詞，這三個術語將作為同義詞使用，當然，在需要時也會強調含義上的差異。 1.2 智能電網 在過去的幾年中，“智能電網”一詞經常出現在技術文獻和非技術文獻中。在多個技術出版物的數據庫中搜索“智能電網”一詞，得到與智能電網相關的出版物及其年份的關系如圖1.1所示。在2004年之前，該術語很少被使用；但從2005年開始，該術語的使用頻率迅速增加。截至2005年，“智能電網”一詞在Google 搜索引擎上每年有5萬至10萬點擊量，2009年為200萬點擊量，2010年為近900萬點擊量。 圖1.1 搜索“智能電網”的出版物數量﹡：Scopus；○：IEEE Xplore；□：Google Scholar 除智能電網外，其他使用的術語還包括智能網絡（intelligent network）、能源互聯網（energy internet）和智慧線路（wise wires）。但到目前①為止，使用*多的還是智能電網，該術語基本都用來指代未來的電力網絡。相比于現有電網，智能電網能夠更好地應對新挑戰，其原因有兩個：一個是智能電網采用*新技術，如通信和電力電子控制；另一個是智能電網中的用戶更加積極地參與電網的運行。我們將在1.4節介紹這些新挑戰，并在1.5節對新技術進行概述。有關挑戰的詳細信息，請參見第2章。有關新技術的詳細信息，請參見第3～5章。 智能電網的定義和描述很多，本書從技術角度給出完全中立的定義：智能電網是專門用于以高性價比的方式解決電力網絡遇到的諸多挑戰的一系列技術、法規和市場規則。換句話說，智能電網就是用來應對新挑戰的新技術。歐洲能源監管機構（European Energy Regulator，EER）和歐洲委員會都是采用的這種定義。 但是，如此定義智能電網并不能滿足那些想知道“什么是智能電網”的好奇的工程師或研究人員。他們想知道的是未來究竟會使用哪種新技術、法規和市場規則來應對電網所面臨的諸多挑戰。 而一些組織和作者給出的智能電網的定義往往僅描述了其中的一項技術。例如：智能電網可以定義為一種以發電、輸電、變電、配電、用電為一體的電力系統，它采用雙向網絡安全的信息通信技術和智能計算技術，以實現清潔、安全、穩定、可靠、適應能力強、高效、可持續運行的目標（Gharavi et al.，2011）。 在繼續討論之前，我們應該先弄清楚一些事情。首先，智能電網尚不存在，而且誰也不知道它將會是什么樣子；其次，我們有必要認識到，討論的并不是用新的電網代替現有的電網，電網的某些部分將被全新的東西替換，其他部分以類似的東西替換，而某些部分將保持不變；*后，非智能電網與智能電網之間的轉變并不是劇烈的變革。本書稍后將要討論在50年前就已經開始的一些研究，以及其他一些可能還需要10年才能落地實施的研究①。 之所以對智能電網給出定義時在技術方面選擇中立，是因為我們不想提前排除任何技術。技術的選擇取決于具體的挑戰和復雜的當地情況，一些技術在某個方面可能是智能的，但在其他方面表現得就不一定智能。 在本書的其余部分中，我們將不會過多地提及智能電網，而是對可能成為智能電網一部分的各種方法和技術進行描述。換句話說，就是告訴大家哪些新技術可以應對新挑戰。 1.3 利益相關者 電力網絡連接著電力的生產者和消費者，電網中不同的生產者和消費者的區別在于其所采用的電壓水平不同。輸電網絡的*高電壓水平可高達幾百千伏，能夠覆蓋全國，并將*大的發電站（power station）與主要的用電中心連接起來。配電網絡采用的是*低電壓水平，*高約30 kV ，可將電力輸送到*小的用戶單元。中間的是次級輸電（subtransmission）網絡，電壓水平約100 kV 。大多數發電裝置都連接到輸電網絡或次級輸電網絡，大多數用電裝置都連接到配電網絡。一些大型工業用戶所連接的電網電壓水平較高，一些較小的發電裝置所連接的電網電壓水平較低。 在一些國家和地區，電網由一家公司或少數幾家公司經營；而在另一些國家和地區，電網由數百家大大小小的公司拼湊而成。無論規模大小，這些公司都被稱為電網運營商或公用事業公司。公用事業公司不僅擁有一部分電網，而且擁有與之連接的全部或大部分電力生產單位。在許多國家（包括幾乎所有歐洲國家），不允許電網運營商只專注于擁有和運營電網，而不區別對待電力生產單位，即使電網運營商不擁有電力生產單位，系統運營商（system operator）也需要與電力生產單位一起維持電網的運行。輸電系統運營商同時擁有輸電網絡，而獨立系統運營商（independent system operator）不擁有任何資產。 系統和輸配電網絡運營商也是電力市場監管*嚴密的部分。它們形成自然壟斷，用戶無法在不同的電網運營商之間進行選擇（除非轉移到另一座城鎮），因此電網運營商面對的不是開放市場。電網運營商具有在其服務范圍內連接消費者和生產者的權利和義務。為了防止電網運營商濫用其壟斷地位，連接費和系統使用費由監管機構控制。 電力的傳輸是在受監管的市場（regulated market）上進行的，而電力的交易是在開放的或不受監管的市場上進行的，示例如圖1.2所示。電力市場包括批發市場（wholesale market）和零售市場（retail market）。在批發市場上，生產者出售電力，而這些電力主要被電力零售商（power retailer）購買，一些大型消費者也直接在批發市場上購買電力。批發市場通常包括基于對消費和生產預測的日前①市場（day-ahead market），以及根據實際的發電量和用電量對價格進行調整的實時市場或平衡市場（balancing market）。批發市場的運作方式將在第5章詳細介紹。 圖1.2 （受監管的）電力網絡和（不受監管的）電力市場 P：發電單元；C：消費者 零售商在批發市場上買電，然后在零售市場上賣給消費者。也有一些較小的生產者在零售市場上出售他們生產的電能。在批發市場上，個體參與者進行買賣出價，然后通過一套預先制定的規則獲得市場價格。在零售市場上，零售商與消費者之間如果達成了雙邊交易，他們可以就某個價格水平維持較長時間，有時長達數年之久。允許消費者自由選擇和更換零售商可以保證市場的競爭。 批發市場與零售市場之間的一個重要區別是：批發市場的價格會隨著時間產生劇烈波動，而零售市場上的消費者看不到這些價格波動。如何在批發市場上讓個人消費者承受價格波動是本書要討論的智能電網解決方案之一。 本書討論的各種進展成果將導致更多的利益相關者參與其中，這些新的利益相關者主要包括基于可再生能源（renewable energy）的新型發電單元，以及基于中小型熱電聯產（combined heart and power generation， CHP）的新型發電單元。這些發電單元的工作方式與現有發電單元不同（現有發電單元在本書中被稱為常規發電單元），它不僅要把電能注入電網，還要通過輔助服務（ancillary service）（如頻率控制（frequency control）以多種其他方式為電網提供支持。而新型電力生產方式的引入使發電單元的輔助服務不再明顯，從而使得輔助服務提供商（ancillary-service provider）得以進入市場。在大多數國家和地區，已經存在專門針對頻率控制的市場，而輔助服務通常作為發電單元連接協議（connection agreement）的一部分被強制執行。后續將要討論另一種解決方案，即為更多的輔助服務創造市場，因為由發電單元提供這些服務不再具有*佳的性價比。 預計將來，小型電網用戶（消費者、生產者、產消者）將更多地涉足不同的市場，可能是目前市場到輔助服務市場中的任何一個。此外，只有*大的電網用戶（大型工業用戶、大型風力發電站）才能直接參與此類市場，較小的用戶很可能會通過聚合商（aggregator）參與進來。這樣的聚合商將扮演與批發市場零售商類似的角色，實際上，它很可能成為具備聚合功能的現有電力零售商。 1.4 挑戰 電網所面臨的挑戰因國家而異。對于大多數工業化國家，主要挑戰均在于引入開放的電力市場及向可持續能源系統的變革；對于發展中國家（developing country），主要挑戰更多在于如何為所有消費者提供電力；而對于經濟快速發展的國家，主要挑戰可能在于保證電力供應領先于消費增長。甚至不同的工業化國家所面臨的挑戰也可能千差萬別。 1990年左右開始開放電力市場的少數國家（如智利、菲律賓、英國）就是很好的例子。這種放松管制、私有化或重組（提及所使用的某些術語）創造了電力市場，如圖1.2所示。從技術角度來看，其主要區別在于發電單元的所有權不再與電網的所有權掛鉤。發電單元的調度成為批發市場上招標過程和市場規則的結果，而不是發電單元和電網的共同所有者的調度結果。電力潮流，尤其是在輸電網絡中的潮流，變得難以預測。現在的電網必須適應電網用戶，而不是反其道而行之。這么做的后果將在2.3節討論。 向可持續能源系統的過渡過程中需要更加高效地生產和使用能源，以及更多地使用可再生能源，兩者都會對電網產生影響。新型發電單元將以可再生能源為
智能電網:應對電力系統新挑戰的先進技術 作者簡介
馬斯·H.J.博倫教授分別于1985年和1989年獲得埃因霍溫理工大學（Eindhoven University of Technology）理學碩士和博士學位。他曾是曼徹斯特理工大學（University of Manchester Institute of Science and Technology，UMIST）的講師和查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology，CTH）的電力系統教授。 目前，他是呂勒奧理工大學（Lulea University of Technology）的電力工程教授、瑞典哥德堡STRI實驗室的技術總監和瑞典愛斯基摩斯坦的瑞典能源市場監管局（Energy Markets Inspectorate）的技術專家。 他是電力系統領域的杰出專家，發表期刊、會議論文300多篇。 他將電壓驟降定義為一個研究領域，近期主要關注2～150kHz的諧波畸變。他提出了“消納能力”的概念，并將其作為電網接受新型發電或消費能力的重要衡量標準。他已經出版了三本關于電能質量的專著，分別是Understanding Power Quality Problems、Signal Processing of Power Quality Disturbances和Integration of Distributed Generation in The Power System。 另外，他是靠前電氣與電子工程師協會會士（IEEE Fellow），曾獲靠前大電網委員會（CIGRE）技術委員會杰出獎。
書友推薦
- >
推拿
- >
名家帶你讀魯迅:朝花夕拾
- >
巴金－再思錄
- >
龍榆生：詞曲概論/大家小書
- >
我與地壇
- >
煙與鏡
- >
姑媽的寶刀
- >
伯納黛特,你要去哪(2021新版)
本類暢銷
