大规模可再生能源发电 发电、输电和存储先进技术PDF电子书下载

第1章 可再生能源系统不确定性建模技术的分类研究 1

1.1 简介 1

1.2 概率方法 2

1.2.1 蒙特卡洛模拟法 2

1.2.2 点估计法 3

1.2.3 基于场景的决策 4

1.3 风力发电和负荷的不确定性建模 5

1.3.1 风力发电建模 5

1.3.2 负荷的概率建模 6

1.3.3 负荷的可能性建模 7

1.4 仿真结果 8

1.4.1 蒙特卡洛模拟法 9

1.4.2 点估计法 10

1.4.3 基于场景的方法 10

1.4.4 基于混合的方法 13

1.5 未来研究方向 14

1.6 小结 15

致谢 15

参考文献 15

第2章 风电总量的概率建模和统计特征 17

2.1 简介 17

2.2 风电总量的一般特征 18

2.2.1 风电总量的不确定性 18

2.2.2 风电总量的波动性 20

2.3 独立风电场模型 20

2.3.1 风速概率模型 21

2.3.2 理想风机输出功率曲线 22

2.3.3 理想风电场模型 24

2.3.4 非理想化风电场建模 26

2.4 地理多样性 27

2.4.1 理论基础 28

2.4.2 不确定性和波动性推导 28

2.4.3 瞬时风电的相关性 29

2.4.4 风电变化的相关性 30

2.4.5 影响相关性的其他因素 31

2.4.6 风电依赖结构 31

2.4.7 多变量模型与仿真 33

2.4.8 实际问题 34

2.5 风电总量模型 34

2.5.1 瞬时风电总量模型 34

2.5.2 β分布参数选择 35

2.5.3 风电总量变化模型 36

2.5.4 拉普拉斯分布参数选择 36

2.5.5 变化周期的影响 38

2.6 风电总量的统计特征 39

2.6.1 数据集描述 40

2.6.2 不确定性的统计分析 40

2.6.3 波动性的统计分析 41

2.6.4 容量对不确定性和波动性的影响 42

2.7 小结 43

参考文献 43

第3章 GaAs太阳电池转换效率的改进 46

3.1 简介 46

3.1.1 太阳能背景知识 46

3.2 薄膜太阳电池的基本结构 48

3.3 AR涂层和SWG结构的背景知识 50

3.3.1 AR涂层 50

3.3.2 蛾眼工作原理 51

3.4 纳米光栅结构设计 54

3.5 纳米结构仿真的FDTD软件 55

3.5.1 FDTD仿真方法的基本原理 55

3.5.2 FDTD方法的二维方程 55

3.5.3 Lorentz-Drude模型 57

3.6 仿真结果与分析 59

3.7 不同纳米光栅的最小光线反射 62

3.8 小结 63

致谢 64

参考文献 64

第4章 新兴SMES技术在能量存储系统和智能电网中的应用 66

4.1 简介 66

4.2 能量存储技术 67

4.3 SMES电路和控制技术 68

4.3.1 工作原理 68

4.3.2 控制与保护原理 71

4.3.3 一种新型数字预测控制方法的原理与实现 73

4.4 实验验证与特性分析 76

4.4.1 实验样机设计 76

4.4.2 实验验证与比较 77

4.5 SMES装置的发展现状 83

4.6 SMES应用拓扑和性能评估 85

4.6.1 基本的VSC和CSC应用拓扑 85

4.6.2 电力电网中的集成应用拓扑 87

4.6.3 电力电网中SMES的应用 89

4.7 SMES在智能电网中的应用前景 94

4.7.1 SMES在现代电力系统中的应用案例 94

4.7.2 未来智能电网中SMES的应用前景和分析 98

致谢 103

参考文献 103

第5章 用于可再生能源发电机组与中压智能微电网直接集成的无升压变压器的多电平变换器 108

5.1 简介 108

5.2 多电平变换器拓扑 110

5.2.1 中性点钳位变换器 112

5.2.2 快速充电电容变换器 114

5.2.3 模块化多电平级联变换器 115

5.3 多电平变换器拓扑的选择 116

5.4 变换器电平个数的选择 119

5.5 基于FPGA的开关控制器 121

5.6 高频链路MMC变换器 123

5.7 小结 126

参考文献 127

第6章 大规模可再生能源发电的互连规则综述 129

6.1 简介 129

6.2 电网互连规则的必要性 131

6.2.1 资源的可变性与不确定性 131

6.2.2 发电厂位置 131

6.2.3 发电技术及系统条件 131

6.3 电网标准研究 131

6.4 电网互连中的主要技术问题 132

6.4.1 静态规则 133

6.4.2 电能质量 137

6.4.3 扰动期间和扰动后的动态规则 139

6.5 大规模光伏发电站的电网标准 143

6.6 总结和未来趋势 143

6.7 小结 144

参考文献 145

第7章 大规模可再生能源富电网的弹性分析：基于网络渗流的方法 147

7.1 简介 147

7.2 系统模型 148

7.3 渗流和网络弹性 150

7.4 连通性测度-度中心性 153

7.5 独立性测度-紧密中心性 154

7.6 通信控制测度-介数中心性 156

7.7 仿真结果 159

7.8 小结 162

参考文献 162

第8章 未来电网的频率控制和惯性响应方案 164

8.1 简介 164

8.2 系统频率响应 168

8.3 风力发电的频率响应 172

8.4 风力发电频率响应控制器 174

8.4.1 风机级控制器 174

8.4.2 调节器响应控制器 178

8.4.3 风电场级控制器 183

8.4.4 电力系统级控制器 184

8.5 合成或人工惯性 186

8.6 高压直流输电系统提供频率响应 188

8.7 小结 193

参考文献 193

第9章 大规模可再生能源的有功功率和频率控制 197

9.1 简介 197

9.2 有功功率控制的传统方案 198

9.2.1 主级有功功率／频率控制 198

9.2.2 辅助高级控制 199

9.2.3 多机四区域电力系统示例 201

9.3 适用情况 203

9.3.1 市场环境下的功率／频率控制 204

9.3.2 可再生能源渗透的功率／频率控制 207

9.3.3 互连系统交流／直流输电线下的功率／频率控制 214

9.4 先进控制概念在有功功率控制中的应用 220

9.4.1 应用于LFC系统的先进LQR控制器设计 220

9.4.2 先进控制应用的一般示例 224

9.5 小结 226

附录 227

参考文献 228

第10章 相关性风电高渗透对电力系统可靠性的影响 230

10.1 简介 230

10.2 基于非序贯MCS的可靠性评估 231

10.3 相关时变元素 232

10.4 时变变量表征模型 233

10.5 实验结果 235

10.5.1 案例1：可变负荷和无风电场 237

10.5.2 案例3：约束输电网络 238

10.5.3 案例4：三风电场和可变负荷 240

10.6 小结 240

参考文献 241

第11章 海上风电场的高压直流输电 243

11.1 简介 243

11.2 海上风电面临的挑战 244

11.3 海上电网：交流与直流拓扑 246

11.4 海上风能能量变换系统的不同概念 248

11.5 海上风能高压直流输电的线路换相变换器 249

11.6 海上风电高压直流输电的电压源型变换器 251

11.7 海上风电高压直流输电的新趋势 252

11.7.1 混合拓扑 252

11.7.2 模块化多电平变换器 255

11.8 电缆技术 257

11.9 小结 258

参考文献 259

第12章 风电场保护 262

12.1 简介 262

12.2 传统发电机组布局 263

12.3 风电场布局 263

12.4 风电场与传统发电保护 263

12.5 故障穿越标准、保护和协调控制 264

12.6 案例研究 266

12.6.1 所研究电网 266

12.7 风电场并网动态故障研究 267

12.7.1 模型阶次对故障电流或电压的影响 267

12.7.2 时间步长对故障电流或电压的影响 267

12.7.3 短路电阻对故障电流或电压的影响 268

12.7.4 风力发电机组比较故障分析 269

12.8 研究结果的意义 270

12.8.1 类型1和类型2风力发电机组的保护性能 272

12.8.2 类型3风力发电机组的保护性能 273

12.8.3 类型4风力发电机组的保护性能 273

12.8.4 风力发电机组的保护性能总结 274

12.9 小结 274

附录 275

参考文献 277

第13章 风电场和FACTS设备对距离继电器性能的影响 278

13.1 简介 278

13.2 距离继电器建模 280

13.3 基于变换器的系统对距离继电器性能的影响 285

13.3.1 风电场（DFIG方案） 285

13.3.2 测试系统 286

13.3.3 STATCOM 288

13.3.4 UPFC 291

13.3.5 串联补偿 293

13.3.6 非滤波频率分量输入信号在距离继电器阻抗估计中的作用 295

13.4 以Prony法为滤波技术的距离保护算法 300

13.4.1 Prony法 300

13.5 距离保护算法分析 302

13.5.1 接触误差补偿（风电场） 302

13.5.2 接触误差补偿（STATCOM） 303

13.5.3 接触误差补偿（UPFC） 303

13.5.4 接触误差补偿（串联补偿） 303

13.5.5 接触误差补偿（实际故障事件） 304

13.6 结果分析 306

13.7 小结 306

参考文献 307

第14章 大规模海上风电场网状VSC-HVDC输电系统的保护方案 309

14.1 简介 309

14.2 多端网状直流风电场网络 310

14.2.1 多端网状直流风电场拓扑 310

14.2.2 保护测试研究的超级电网结构 311

14.3 大规模网状电力系统直流故障分析 313

14.3.1 适合直流故障分析的电缆建模 313

14.3.2 直流母线故障 315

14.4 网状直流系统保护方案 315

14.4.1 大功率直流开关设备配置 316

14.4.2 直流断路器继电器协调关系 318

14.4.3 保护方案 319

14.4.4 无中继通信的保护选择 321

14.5 直流风电场保护仿真结果 323

14.5.1 直流径向电缆短路／接地故障条件 324

14.5.2 直流回路电缆短路／接地故障条件 326

14.5.3 直流母线短路／接地故障条件 326

14.5.4 电缆模型比较 328

14.6 小结 329

参考文献 329

第15章 新兴无刷双馈磁阻风力发电机组的控制 331

15.1 简介 331

15.2 动态模型 333

15.3 控制器设计 334

15.4 控制原理 336

15.4.1 矢量控制 336

15.4.2 磁场定向控制 338

15.4.3 BDFRG风机工作条件 338

15.4.4 最优控制策略 339

15.4.5 风机特性 339

15.5 初步实验结果 340

15.6 小结 343

参考文献 344

第16章 间歇性风力发电的能源中心管理 346

16.1 简介 346

16.1.1 问题提出 346

16.1.2 相关工作回顾 348

16.2 风险管理 348

16.3 问题描述 350

16.3.1 能源中心建模 350

16.3.2 火电机组约束 351

16.3.3 风电、电价和需求等关键问题的不确定性建模 352

16.3.4 决策变量 355

16.3.5 目标函数 356

16.4 仿真结果 356

16.4.1 数据 356

16.4.2 Pareto最优前沿测定 358

16.4.3 最终解的选择 359

16.5 讨论 366

16.6 小结 366

附录 366

附录A 场景缩减技术 366

附录B Pareto最优性 367

附录C 模糊满意度方法 367

参考文献 368

第17章 基于IEC公共信息模型的智能电网交互性和知识表示方法 370

17.1 简介 370

17.2 智能电网的概念 371

17.3 交互性理论 372

17.3.1 工程系统的交互性 375

17.3.2 交互性和面向服务的体系结构 376

17.3.3 交互性和CIM 377

17.4 应用案例 377

17.5 智能电网标准架构 378

17.6 IEC CIM 380

17.6.1 CIM作为电力域的本体 382

17.6.2 CIM与其他标准的协调统一 382

17.7 信息集成与知识表示 383

17.8 小结 384

参考文献 385