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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IPD 211

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