智能电网规划与控制的方法和应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 太阳能 2

1.3 风能 2

1.4 可再生绿色能源微电网构成的电网 4

1.5 电网互联成大型电网的控制运行 5

1.6 智能电网 8

1.7 计算机控制的智能电网 10

1.8 探索性问题 13

参考文献 16

第2章 极端情况下微电网的电压变化 22

2.1 引言 22

2.2 常规配电网中的电压变化 24

2.3 微电网上电压的变化 26

2.4 电压变化公式的验证 28

2.4.1 常规双母线配电网上的验证 28

2.4.2 在简单微电网上的验证 29

2.4.3 在大型配电网（IEEE 34节点测试馈电器）上的验证 29

2.4.4 在大型微电网上对分布式能源的验证 30

2.4.5 四种情况的研究结论 31

2.5 极端情况下的电压变化 31

2.5.1 当分布式能源输出无功功率为正时的电压变化 33

2.5.2 当分布式能源输出无功功率为负时的电压变化 33

2.6 减小极端情况下的电压变化的方法 33

2.6.1 通过调节一次配电系统的电压（US）来减小电压的变化 34

2.6.2 通过减小配电线路的电阻来减小电压变化 34

2.6.3 使用无功功率控制来减小电压变化 34

2.7 电压水平和入网费用 35

2.8 结论 36

参考文献 36

第3章 紧急情况下微电网的运行和控制 38

3.1 引言 38

3.2 微电网的动态建模 40

3.2.1 燃料电池 41

3.2.2 微型涡轮机 45

3.2.3 微型风力涡轮机 49

3.2.4 光伏电池板 50

3.2.5 联网的电力电子接口 51

3.3 微电网紧急控制方式 55

3.3.1 孤岛运行下微电网的控制 56

3.3.2 紧急控制方式 58

3.3.3 将低压微电网用于恢复供电 61

3.4 应用实例 64

3.4.1 微电网孤岛运行 65

3.4.2 微电网停电后的启动 68

3.5 结论 72

参考文献 74

第4章 风力发电机的分散式STATCOM/ESS控制 77

4.1 引言 78

4.2 电网法规对风电场连接电网的要求 79

4.2.1 故障穿越 80

4.2.2 频率—功率变化 80

4.2.3 频率控制 80

4.2.4 无功功率工作范围 80

4.2.5 电压控制 80

4.2.6 风力涡轮机的故障穿越方案 81

4.3 电力系统的建模 82

4.3.1 同步发电机的建模 82

4.3.2 风力发电机的建模 83

4.3.3 STATCOM的建模 85

4.3.4 超级电容器的建模 87

4.3.5 临界切除时间和临界电压 87

4.4 试验系统和控制任务 88

4.5 列出问题的算式 90

4.6 用秩约束的线性矩阵不等式进行分散式控制设计 94

4.7 控制设计的算法 95

4.8 控制器的性能估计 97

4.8.1 电压的增强和瞬变稳定性的界限 97

4.8.2 低电压时有功功率和无功功率的输出 99

4.8.3 标准低压穿越要求的比较 99

4.8.4 在不同工作条件下的性能 100

4.8.5 加装超级电容器的影响 100

4.9 结论 101

4.10 分散式STATCO/MESS控制算法 102

4.11 分散式STATCO/MESS控制算法的参数设计 104

4.12 由10台发电机构成的新英格兰系统的潮流数据 109

参考文献 113

第5章 微电网中负荷频率控制：挑战和改进 116

5.1 引言 116

5.2 常规的频率／电压下垂控制法 117

5.3 与各分布式发电机连接的VSC的相角下垂控制 118

5.3.1 相角下垂 118

5.3.2 相角—频率下垂控制和功率共享 118

5.3.3 相角频率下垂控制器 119

5.3.4 仿真结果 120

5.4 改善功率共享和系统稳定性的辅助控制环路 122

5.4.1 测试系统 124

5.4.2 用辅助下垂控制器进行仿真研究 124

5.5 高输电线阻抗比的农村地区采用下垂控制器的仿真研究 128

5.6 在不平衡负荷和使用背靠背变换器的情况下，负荷共享的改进 132

5.6.1 微电网的电力质量提高后的运行 133

5.6.2 背靠背变换器在功率共享和电力管理中的应用 139

5.6.3 背靠背变换器基准的获得 141

5.6.4 DG电源的基准的获得 142

5.6.5 仿真研究 142

5.7 结论 145

参考文献 145

第6章 智能电网状态感知中的同步相量测量 147

6.1 引言 147

6.2 事件探测和定位 148

6.2.1 事件触发和事件规模估计 148

6.2.2 事件位置 151

6.3 广域振荡分析 156

6.3.1 振荡探测 156

6.3.2 振荡方式分析 158

6.4 广域频率和电压相角的可视化 162

6.4.1 广域频率可视化 163

6.4.2 广域电压相角可视化 165

6.5 小结 168

参考文献 168

第7章 微电网中基于下垂控制的分布式发电机的合成 170

7.1 引言 170

7.2 基于发电下垂控制的分布式发电机 171

7.3 使用串联分布式发电机的微电网 173

7.3.1 小信号动态行为 174

7.3.2 设计指导 180

7.4 分布式发电机并联的微电网系统 181

7.4.1 小信号动态行为 181

7.4.2 设计建议 191

7.5 线路的阻抗比的变化对微电网的动态行为的影响及设计建议 193

7.6 小结 196

参考文献 197

第8章 间歇式能源并网实时调度 199

8.1 引言 199

8.2 间歇式能源与短期发电调度的结合 200

8.3 调度问题的公式阐述 201

8.4 建议的调度法 204

8.4.1 初步可行性解 204

8.4.2 热电厂的承诺 206

8.4.3 动态经济调度 208

8.4.4 蓄电池蓄电模型 208

8.5 案例研究 211

参考文献 217

第9章 具有精确聚合约束的智能电网预测控制 219

9.1 引言 219

9.2 控制系统 221

9.3 智能用户 222

9.4 能源多面体图Minkowski和的加法 223

9.5 用电分配 227

9.6 仿真实例 229

9.6.1 问题的形成 229

9.6.2 仿真数据和参数 231

9.6.3 谨慎法 231

9.6.4 仿真结果 232

9.6.5 参数的相关度 232

9.6.6 计算的负担 234

9.6.7 通信负荷 235

9.7 讨论 235

参考文献 236

第10章 智能电网的状态估计 237

10.1 引言 237

10.2 状态估计在智能电网中的作用 239

10.3 可观察性分析 241

10.3.1 背景 241

10.3.2 支路阻抗值对可观察性的影响 243

10.3.3 辐射系统的可观察性分析 249

10.4 配电状态估计 251

10.4.1 常规加权最小二乘法 253

10.4.2 配电网中负荷的相关性 253

10.5 配电谐波状态估计 260

10.6 状态估计的配置 261

参考文献 261

第11章 智能电网管理中的智能多代理系统 270

11.1 引言 270

11.2 多代理系统 271

11.3 建立在免疫基础上的多代理系统 273

11.4 配电系统的应用 277

11.4.1 船用配电系统 277

11.4.2 模拟配电系统的仿真器 286

11.5 结论 291

参考文献 291

第12章 外接充电式混合动力电动汽车对供电需求的影响 293

12.1 引言 293

12.2 PHEV 296

12.2.1 四种结构 296

12.2.2 蓄电池 298

12.3 市场普及 299

12.4 构成PCLP棱柱底的三边的统计研究 300

12.4.1 电动汽车每天平均行驶路程的分析 300

12.4.2 车辆到达时间分析 303

12.4.3 车辆类型分析 303

12.5 与PCLP棱柱相关的其他因数 304

12.5.1 充电基础设施和充电水平 304

12.5.2 所需的成比例的能量 306

12.5.3 充电进度 307

12.6 绘制PCLP 308

12.7 改进的方法和经协调的充电 311

12.7.1 其他充电水平 312

12.7.2 方法1 312

12.7.3 方法2 313

12.8 智能外接充电式混合动力电动汽车和智能电网 313

12.9 对废气排放的影响 315

12.10 小结 317

参考文献 318

第13章 微电网系统中的三相逆变器的控制 321

13.1 引言 322

13.2 三相逆变器系统的状态空间模型 323

13.3 三相逆变器系统的控制设计 330

13.3.1 三相逆变器的离散时间比例积分微分控制设计 331

13.3.2 三相逆变器的离散时间伺服系统鲁棒性控制和离散时间滑动方式控制的设计 333

13.4 几种三相逆变器控制技术的对比 365

13.5 三相逆变器系统的仿真结果 367

13.5.1 平衡线性负荷下的比例积分微分控制器 367

13.5.2 不平衡线性负荷下工作的比例积分微分控制器 369

13.5.3 在平衡的线性负荷下，离散时间伺服系统鲁棒性控制器和离散时间滑动方式控制器 375

13.5.4 在不平衡线性负荷下的离散时间伺服系统鲁棒性问题控制器和离散时间滑动方式控制器 375

13.5.5 使用离散时间伺服系统鲁棒性问题控制器和离散时间滑动方式控制器的三相逆变器系统的瞬态响应 375

13.5.6 在非线性负荷（波峰因数为3∶1）下离散时间伺服系统鲁棒性控制器和离散时间滑动方式控制器 378

13.5.7 短路情况：输出端短路时使用离散时间伺服系统鲁棒性问题控制器和离散时间滑动方式控制器的三相逆变器 378

13.6 结论 378

参考文献 380

第14章 在居民微电网系统中直流变交流的单相逆变器的控制 382

14.1 引言 382

14.2 单相全电桥逆变器的模型 384

14.3 单相逆变器系统的控制分析 386

14.4 离散时间比例积分微分电压和电流控制的设计 387

14.5 离散时间伺服系统鲁棒性控制和离散时间滑动方式控制的设计 388

14.5.1 离散时间伺服系统鲁棒性电压控制器和离散时间滑动方式电流控制器的设计步骤 388

14.5.2 步骤1——离散时间滑动方式电流控制器的设计 389

14.5.3 步骤2——使用离散时间伺服系统鲁棒性电压控制器的直流变交流的功率变换设备的方程式推导 391

14.5.4 步骤3——离散时间伺服系统鲁棒性电压控制器的设计 394

14.6 伺服系统鲁棒性问题存在解的必要条件 394

14.7 内部模型的原理 395

14.7.1 伺服系统鲁棒性电压控制器的设计步骤 396

14.7.2 步骤1：伺服补偿器的设计 396

14.7.3 步骤2：扩大后的系统的确定 397

14.7.4 步骤3：稳定补偿器的设计 399

14.8 仿真结果 402

14.8.1 使用离散比例积分微分电压控制器和离散比例积分微分电流控制器的仿真结果 403

14.8.2 使用离散时间伺服系统鲁棒性电压控制器和离散时间滑动方式电流控制器的仿真结果 406

14.9 结论 407

参考文献 408

第15章 基于电网接口应用的混合级联3-5-9电平逆变器拓扑结构的建模、控制和仿真 410

15.1 引言 410

15.2 主系统的配置 411

15.3 工作原理 412

15.3.1 移相脉宽调制控制技术 412

15.3.2 混合级联3-5-9电平逆变器拓扑结构的模型的开关控制律的发展 417

15.4 混合级联模型的建立和分析 419

15.4.1 abc坐标中的平均模型 419

15.4.2 dq0坐标中的平均模型 423

15.4.3 小信号分析 424

15.5 变换器控制 426

15.5.1 反馈控制 426

15.5.2 直流电容器电压的平衡 427

15.6 基于混合级联3-5-9电平逆变器拓扑结构的电网连接系统的仿真分析 428

15.7 结论 435

15.8 符号意义表 437

参考文献 438

第16章 用于风力发电机逆变器的电网故障穿越控制方法 441

16.1 引言 441

16.2 用于风力发电机逆变器的电网故障穿越控制方法的最新研究 442

16.3 在不同工作条件下，电网侧的变换器分析 446

16.3.1 在不平衡工作条件下，电网侧的变换器的分析 446

16.3.2 在不平衡工作条件下，电网侧的变换器的分析 446

16.4 用于风力发电机逆变器的电网故障穿越的通用控制方法 449

16.4.1 理论上的方法 449

16.4.2 用于风力发电机逆变器故障穿越的控制的通用方法分析 452

16.5 仿真实例 452

16.6 结论 455

参考文献 456

第17章 燃料电池作为智能电网中的分布式发电机的建模和控制 459

17.1 引言 459

17.2 固体氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池的动态模型 460

17.2.1 相关研究综述 460

17.2.2 PEMFC和SOFC的工作原理 461

17.2.3 SOFC的动态建模 462

17.2.4 SOFC和PEMFC的比较 469

17.2.5 独立SOFC的仿真结果 469

17.3 潮流控制策略 471

17.3.1 相关研究综述 472

17.3.2 有功潮流和无功潮流的控制 472

17.3.3 仿真结果 477

17.4 结论 481

参考文献 482

第18章 智能电网用高速微型发电机尺寸的确定 485

18.1 引言 485

18.2 基本选择 486

18.2.1 永磁 486

18.2.2 定子和转子材料 486

18.3 发电机设计参数 486

18.3.1 定子的机械设计 486

18.3.2 转子的机械设计 487

18.3.3 磁极对数和磁极的设计 488

18.3.4 磁量度 488

18.3.5 每磁极每相的线槽数 489

18.3.6 定子绕组 489

18.3.7 发电机计算用参数 489

18.3.8 绕组电阻 489

18.3.9 绕组和磁铁因数 491

18.3.10 磁通和电压 492

18.3.11 电机的各种电感 493

18.3.12 基本损耗 494

18.4 经典的定尺寸的结果 495

18.4.1 发电机的初步定尺寸 495

18.4.2 详细的定尺寸 497

18.5 不受约束的非线性优化 500

18.5.1 信赖区法 500

18.5.2 Fminsearch算法 500

18.5.3 总损耗减到最小的定尺寸法 501

18.6 简单受约束的优化 504

18.6.1 fmincon有效组算法 504

18.6.2 大规模算法与中规模算法的对比 505

18.6.3 总质量最小化定尺寸法 505

18.7 遗传算法确定高速永磁同步发电机的尺寸 509

18.7.1 遗传算法是怎样工作的 509

18.7.2 非线性约束解算器的描述 509

18.8 效率最大化器的本征定尺寸 510

18.9 受最小损耗约束的最小质量本征定尺寸 513

18.10 每安培最佳转矩的本征定尺寸 515

18.11 解析模型间的比较 517

18.11.1 旋转应力和保持套 517

18.11.2 转子损耗 518

18.11.3 比较的结果 521

18.12 结论 529

参考文献 530

附录 本书中常用英文缩略语表 534