第1章 电路和磁路基础 1
1.1 电路简介 1
1.2 重要电气量的定义 2
1.2.1 电荷 2
1.2.2 电流 2
1.2.3 基尔霍夫电流定律 3
1.2.4 电压 4
1.2.5 基尔霍夫电压定律 5
1.2.6 功率 5
1.2.7 功（能量） 6
1.2.8 小结 6
1.3 理想电压源和电流源 6
1.3.1 理想电压源 7
1.3.2 理想电流源 7
1.4 电阻 7
1.4.1 欧姆定律 8
1.4.2 电阻串联 9
1.4.3 电阻并联 9
1.4.4 分压器 11
1.4.5 线路电阻 12
1.5 电容 16
1.6 电磁学和磁路 18
1.6.1 电磁学 18
1.6.2 磁路 19
1.7 电感 21
1.7.1 电感的物理特性 21
1.7.2 电感的电气特性 23
1.8 变压器 26
1.8.1 理想变压器 26
1.8.2 励磁损耗 28
习题 32
第2章 电力系统基础 36
2.1 电压、电流的有效值 36
2.2 理想正弦元件 39
2.2.1 理想电阻 39
2.2.2 理想电容 40
2.2.3 理想电感 42
2.3 功率因数 43
2.4 功率三角形及功率因数校正 45
2.5 单相三线居民用电 48
2.6 三相电力系统 50
2.6.1 对称丫联结电力系统 50
2.6.2 △联结三相电力系统 55
2.7 电源 56
2.7.1 线性电源 57
2.7.2 开关电源 60
2.8 电能质量 63
2.8.1 谐波简介 64
2.8.2 总谐波畸变率 69
2.8.3 谐波与电压切痕 70
2.8.4 谐波与中线过载 71
2.8.5 变压器内部谐波 73
参考文献 74
习题 74
第3章 电力工业 79
3.1 发电研究的先驱：爱迪生、西屋和英萨尔 79
3.2 电力工业现状 82
3.2.1 公用发电与非公用发电 83
3.2.2 电力工业统计 84
3.3 单相同步发电机 88
3.3.1 发电机简例 88
3.3.2 单相同步发电机 89
3.3.3 三相同步发电机 91
3.4 热机的卡诺效率 92
3.4.1 热机 92
3.4.2 熵和卡诺热机 93
3.5 蒸汽循环发电厂 96
3.5.1 基荷蒸汽发电厂 96
3.5.2 燃煤蒸汽发电厂 97
3.6 燃气轮机 99
3.6.1 简单燃气轮机 100
3.6.2 注汽燃气轮机 100
3.7 联合循环发电厂 101
3.8 燃气轮机与联合循环联产 102
3.9 基荷发电厂、中间发电厂和调峰发电厂 103
3.9.1 筛选曲线 104
3.9.2 负荷-持续时间曲线 107
3.10 输电与配电 111
3.10.1 国家输电网 112
3.10.2 输电线路 113
3.11 发电厂侧的规章制度 116
3.11.1 1935年公用事业控股公司法案（PUHCA） 117
3.11.2 1978年公用事业管制政策法案（PURPA） 117
3.11.3 1992年能源政策法案（EPAct） 118
3.11.4 联邦能源管制委员会（FERC）888号和2000号法令 118
3.11.5 公用发电机组和非公用发电机组 119
3.12 电力市场竞争的出现 120
3.12.1 电网结构重构的技术推动 120
3.12.2 加利福尼亚州电网开始重构 122
3.12.3 加利福尼亚州电网放松管制的溃败 124
参考文献 127
习题 127
第4章 分布式发电 132
4.1 发电方式的转变 132
4.2 使用化石燃料的分布式发电技术 133
4.2.1 高热值与低热值 133
4.2.2 微型燃气轮机 135
4.2.3 活塞式内燃机 138
4.2.4 斯特林内燃机 141
4.3 聚焦式太阳能发电（CSP）技术 143
4.3.1 抛物柱面聚光器 143
4.3.2 槽式太阳能采集系统 146
4.3.3 塔式太阳能发电系统 148
4.3.4 聚焦式太阳能发电技术的一些比较 150
4.4 生物质能发电 151
4.5 微型水电系统 153
4.5.1 微型水电站的电能输出 154
4.5.2 管道损耗 156
4.5.3 流量测量 159
4.5.4 水轮机 160
4.5.5 微型水轮机的电气特性 162
4.6 燃料电池 163
4.6.1 发展历史 164
4.6.2 燃料电池的基本原理 165
4.6.3 燃料电池热力学：焓 166
4.6.4 燃料电池的熵和理论效率 169
4.6.5 吉布斯自由能和燃料电池的效率 172
4.6.6 电池的理想电气特性 172
4.6.7 实际燃料电池的电气特性 173
4.6.8 燃料电池的种类 175
4.6.9 氢气生产 178
参考文献 181
习题 182
第5章 分布式资源经济性分析 184
5.1 分布式资源 184
5.2 电费标准 186
5.2.1 标准民用电费 186
5.2.2 民用分时电价（TOU） 187
5.2.3 基本容量电费 188
5.2.4 带棘轮调整的基本容量电费 189
5.2.5 负荷系数 190
5.2.6 实时电价（RTP） 191
5.3 能源经济性 192
5.3.1 静态投资回收期 192
5.3.2 静态投资回报率 192
5.3.3 净现值 193
5.3.4 内部收益率（IRR） 195
5.3.5 燃料涨价下的净现值和内部收益率 197
5.3.6 年均投资额 198
5.3.7 发电侧平均发电成本 200
5.3.8 现金流分析 203
5.4 节能特性曲线 205
5.5 热电联产（CHP） 209
5.5.1 热电联产（联合发电）的能量效率 209
5.5.2 实用热能对热电联产经济性的影响 212
5.5.3 热电联产系统的设计原则 216
5.6 制冷、加热及联合发电 217
5.6.1 压缩制冷 218
5.6.2 热泵 220
5.6.3 吸收式制冷 223
5.6.4 干燥除湿 224
5.7 分布式效益 225
5.7.1 选择权价值 226
5.7.2 分布式递延价值 230
5.7.3 电气工程成本效益 232
5.7.4 供电可靠性高 233
5.7.5 环保价值 233
5.8 综合资源规划（IRP）与需求侧管理（DSM） 235
5.8.1 传统电价制定模式导致的不利因素 235
5.8.2 实施需求侧管理所需要的条件 237
5.8.3 需求侧管理的成本效益计算 238
5.8.4 需求侧管理的成果 241
参考文献 242
习题 243
第6章 风力发电系统 248
6.1 风力发电的发展史 248
6.2 风力机的类型 249
6.3 风力机功率 251
6.3.1 温度对空气密度的影响 253
6.3.2 海拔对空气密度的影响 255
6.4 塔架高度的影响 257
6.5 最大风能效率 260
6.6 风力发电机 265
6.6.1 同步发电机 265
6.6.2 异步（感应）发电机 265
6.7 风力机最大功率转速控制 270
6.7.1 可变转速的重要性 270
6.7.2 变极调速感应发电机 271
6.7.3 多齿轮箱 271
6.7.4 变转差率调速感应发电机 271
6.7.5 非直接并网系统 272
6.8 平均风功率 272
6.8.1 离散风速直方图 273
6.8.2 风能概率密度函数 276
6.8.3 威布尔和瑞利统计 277
6.8.4 利用瑞利分布计算平均风功率 279
6.8.5 风力分级和美国可利用的风力资源 280
6.9 风力发电机组发电量的简单估算 282
6.9.1 利用平均风力机效率计算年发电量 283
6.9.2 风电场 283
6.10 典型风力机的性能分析 286
6.10.1 空气动力学知识点 286
6.10.2 理想风力机输出功率曲线 287
6.10.3 风轮直径和发电机额定功率的优化 289
6.10.4 风速累积分布函数 289
6.10.5 实际功率曲线的威布尔统计 292
6.10.6 利用容量系数估算发电量 297
6.11 风力发电的经济效益 301
6.11.1 资本成本和年度成本 302
6.11.2 风力发电的年均电价 304
6.12 风力发电对环境的影响 307
参考文献 308
习题 309
第7章 太阳能 313
7.1 太阳光谱 313
7.2 地球轨道 317
7.3 正午太阳高度角 318
7.4 一天中任意时刻的太阳位置 321
7.5 用于遮蔽分析的太阳轨迹图 324
7.6 太阳时与民用时（时钟） 327
7.7 日升日落 330
7.8 晴朗天空下的太阳直射 334
7.9 晴朗天气下采集板上的日照强度 337
7.9.1 直射辐射 337
7.9.2 散射辐射 338
7.9.3 反射辐射 340
7.9.4 太阳跟踪系统 341
7.10 月均晴天日照强度 346
7.11 太阳辐射测量 349
7.12 月均日照强度 352
参考文献 359
习题 360
第8章 光伏材料及电气特性 364
8.1 简介 364
8.2 半导体基础原理 366
8.2.1 带隙能 367
8.2.2 太阳光谱 370
8.2.3 带隙对光伏效率的影响 371
8.2.4 PN结 372
8.2.5 PN结二极管 375
8.3 一般光伏电池 376
8.3.1 光伏电池的最简单等效电路 377
8.3.2 光伏电池的较精确等效电路 379
8.4 从电池单元到模块至阵列 383
8.4.1 从电池单元到电池模块 383
8.4.2 从光伏电池模块到阵列 385
8.5 标准测试条件下光伏电池的电流-电压曲线 386
8.6 温度和日照强度对电流-电压曲线的影响 389
8.7 遮蔽对电流-电压曲线的影响 391
8.7.1 光伏电池被遮蔽的物理原理 391
8.7.2 旁路二极管消除遮蔽的影响 394
8.7.3 阻流二极管 396
8.8 晶体硅技术 397
8.8.1 卓克拉尔斯基（CZ）单晶硅 398
8.8.2 带状硅技术 401
8.8.3 熔融聚晶硅 402
8.8.4 晶体硅模块 403
8.9 薄膜光伏材料 403
8.9.1 非晶硅 404
8.9.2 砷化镓和磷化铟 408
8.9.3 碲化镉 408
8.9.4 硒化铜铟 409
参考文献 411
习题 411
第9章 光伏发电系统 414
9.1 主要光伏发电系统类型简介 414
9.2 负荷的电流-电压曲线 416
9.2.1 简单阻性负荷的电流-电压曲线 417
9.2.2 直流电动机的电流-电压曲线 418
9.2.3 电池的电流-电压曲线 420
9.2.4 最大功率点跟踪器 423
9.2.5 小时电流-电压曲线 426
9.3 并网光伏发电系统 429
9.3.1 与公网接口 430
9.3.2 交直流额定功率 431
9.3.3 光伏发电系统运行的“峰值小时”预测方法 434
9.3.4 并网光伏发电系统的发电利用率 439
9.3.5 并网光伏发电系统的容量设计 440
9.4 并网光伏发电系统的经济性分析 447
9.4.1 权衡选择合适的系统 447
9.4.2 每瓦发电成本的不明确性 448
9.4.3 偿还费用 450
9.5 独立光伏发电系统 454
9.5.1 负荷预测 454
9.5.2 逆变器和系统电压 458
9.5.3 电池 461
9.5.4 铅酸电池的基本原理 462
9.5.5 电池容量 464
9.5.6 用库仑效率代替能量效率 467
9.5.7 电池容量设计 470
9.5.8 阻流二极管 473
9.5.9 光伏电池阵列设计 475
9.5.10 混合光伏发电系统 478
9.5.11 独立光伏发电系统设计小结 480
9.6 光伏抽水系统 483
9.6.1 液压系统的特性曲线 484
9.6.2 液压泵的特性曲线 486
9.6.3 液压系统特性曲线和液压泵特性曲线的组合 489
9.6.4 光伏抽水系统的简单直接设计方法 489
参考文献 492
习题 492
附录 500
附录A 常用单位换算 500
附录B 太阳运行轨迹图 504
附录C 晴朗天气下的小时日照强度表 507
附录D 晴朗天气下的月日照强度表 516
附录E 城市日照强度表 519
附录F 日照强度分布图 533