第1章 能源与电力 1
1.1世界能源形势 1
1.1.1历史 1
1.1.2世界能源消耗 1
1.1.3有限的能源 2
1.1.4能源安全和使用的不均等性 2
1.2能源使用的环境影响 3
1.2.1存在的问题 3
1.2.2科学研究 3
1.2.3京都议定书 5
1.2.4斯特恩报告 6
1.2.5能源高效利用 7
1.2.6电力行业 8
1.2.7可能的解决方案及可持续发展 8
1.3电力生产 9
1.3.1能量形式的转化——转化效率的重要性 9
1.3.2核电 9
1.3.3碳捕集与封存 10
1.3.4可再生能源 11
1.4电力系统 13
1.4.1电力系统结构 13
1.4.2可再生能源集成到电力系统 14
1.4.3分布式发电 14
1.4.4可再生能源的渗透率 15
参考文献 15
第2章 常规能源和可再生能源发电的特点 17
2.1引言 17
2.2常规能源：煤、天然气和核能 17
2.3水电 18
2.3.1大型水电 19
2.3.2小水电 19
2.4风电 21
2.4.1风电资源 21
2.4.2风的波动性 22
2.4.3风轮机 23
2.4.4风电的波动性 26
2.5太阳能光伏发电与太阳能热发电 27
2.5.1太阳能资源 27
2.5.2太阳能发电技术 28
2.5.3太阳能光伏发电系统 29
2.5.4太阳能热发电系统 30
2.6潮汐发电 32
2.6.1潮汐资源 32
2.6.2潮汐强化 32
2.6.3潮汐坝 33
2.6.4运行策略 33
2.6.5潮流发电 34
2.7波力发电 36
2.7.1波能资源 36
2.7.2波力发电技术 36
2.7.3波力发电的波动性 37
2.8生物质发电 38
2.8.1生物质资源 38
2.8.2资源的可持续性 39
2.9发电特点总结 39
2.10多能互补 40
参考文献 41
第3章 功率平衡和频率控制 42
3.1引言 42
3.2电力负荷 43
3.2.1需求负荷曲线 43
3.2.2削峰效应 43
3.2.3需求侧管理和负荷延迟性 44
3.3电能控制 45
3.3.1电能转换链 45
3.3.2调速器 45
3.3.3双机并列运行 46
3.3.4多机系统 47
3.3.5稳态条件下的功率一频率关系 48
3.4大系统的动态频率控制 49
3.4.1负荷平衡 49
3.4.2负荷预测 50
3.4.3频率极限 51
3.4.4发电计划和备用容量 51
3.4.5不同时间范围下的频率控制 52
3.4.6功率平衡与系统可靠性 53
3.4.7容量因数和容量信赖度 54
3.5可再生能源发电对频率控制及供电可靠性的影响 55
3.5.1简介 55
3.5.2能源积聚 55
3.5.3风能的利用价值 58
3.5.4对功率平衡的影响 58
3.5.5可靠性的影响 60
3.5.6弃电/限电 60
3.5.7渗透率增加引起的成本增加 61
3.5.8不同的可再生能源的结合 61
3.5.9电力系统之间的差异 62
3.5.10不可调度电源的渗透限制 62
3.6可再生能源频率响应装置 64
3.6.1风力发电 64
3.6.2生物燃料 65
3.6.3水电 65
3.6.4光伏发电 65
3.7频率控制模型 66
3.7.1背景 66
3.7.2建模实例 67
3.8储能 69
3.8.1简介 69
3.8.2储能装置 69
3.8.3动态需求负荷控制 70
参考文献 71
第4章 发电与电力调节 73
4.1可再生能源向电能形式的转换 73
4.2同步发电机 74
4.2.1结构和运行方式 74
4.2.2旋转磁场 76
4.2.3并网时同步发电机的运行 77
4.2.4同步发电机的等效电路 78
4.2.5电力传输方程 79
4.2.6三相方程式 80
4.2.7四象限运行 80
4.2.8负荷角特性：稳定性 81
4.3变压器 81
4.3.1变压器基础 81
4.3.2变压器等效电路 82
4.3.3变压器的进一步细节 83
4.4异步发电机 84
4.4.1结构和属性 84
4.4.2感应发电机的等效电路 85
4.4.3感应发电机的效率 87
4.4.4感应发电机的速度转矩特性 87
4.4.5感应发电机无功功率 90
4.4.6异步和同步发电机的比较 90
4.5电力电子 91
4.5.1简介 91
4.5.2电力半导体器件 92
4.5.3二极管桥整流器 93
4.5.4谐波 94
4.5.5晶闸管桥转换器 95
4.5.6晶体管桥 96
4.5.7转换器内部控制系统 100
4.5.8直流一直流变换器 100
4.6可再生能源中的应用 101
4.6.1应用于光伏（PV）发电系统 101
4.6.2风电中的应用 103
参考文献 110
第5章 电力系统分析 112
5.1引言 112
5.2输电系统 112
5.2.1单相表示法 114
5.2.2输电和配电系统 114
5.2.3电网实例 115
5.3电压控制 116
5.4无耦合线路的潮流 117
5.4.1架空线路和电缆的特性 117
5.4.2单相等值电路 117
5.4.3电压损耗计算 118
5.4.4简化与结论 119
5.5无功管理 120
5.6潮流与电力系统仿真 122
5.6.1潮流计算的功能 122
5.6.2特例分析 123
5.6.3网络数据 124
5.6.4发电量/负荷数据 124
5.6.5潮流计算过程 126
5.6.6潮流计算结果 127
5.6.7不平衡潮流 127
5.7故障与保护 127
5.7.1短路故障电流 128
5.7.2对称三相短路电流 129
5.7.3一般短路电流 129
5.7.4 短路容量 129
5.7.5戴维南等效电路 130
5.8电网动态仿真 130
5.9可靠性分析 131
参考文献 131
第6章 电力系统中的可再生能源发电 133
6.1分布式发电 133
6.1.1简介 133
6.1.2公共耦合点（PCC） 134
6.1.3连接电压 134
6.2电压影响 135
6.2.1稳态电压升高 135
6.2.2自动电压控制——变压器分接头 135
6.2.3可再生能源发电的有功和无功功率 136
6.2.4潮流实例 136
6.3热稳定极限 139
6.3.1架空输电线和电缆 139
6.3.2变压器 139
6.4嵌入式电源的一些问题 140
6.4.1电压闪变、电压阶跃和电压跌落 140
6.4.2谐波和畸变 140
6.4.3相电压不平衡 141
6.4.4电能质量 141
6.4.5电网结构强化 141
6.4.6网络损耗 142
6.4.7故障等级升高 142
6.5孤岛效应 143
6.5.1简介 143
6.5.2旋转发电机的解列保护 143
6.5.3逆变器的解列保护 144
6.6故障跨越 144
6.7发电机和变换器特性 145
参考文献 146
第7章 电力系统经济学与电力市场 147
7.1引言 147
7.2发电成本 147
7.2.1可再生能源和常规发电厂的资金投入和运营成本 147
7.2.2发电总成本 148
7.3电力系统的经济最优化 150
7.3.1电力系统发电机的种类 150
7.3.2最佳经济性调度 151
7.3.3等增量成本调度 152
7.3.4带若干机组和发电限额的最佳经济性调度 153
7.3.5公平竞争环境下的成本 153
7.4外部成本 154
7.4.1简介 154
7.4.2外部成本的类型 154
7.4.3京都议定书 155
7.4.4污染成本 156
7.4.5污染定价 157
7.5分布式发电的影响 158
7.5.1不同电网节点的能源价值 158
7.5.2现金流分析 159
7.5.3分布式发电的价值——区域性和局部性问题 160
7.5.4发电容量可信度 161
7.5.5小结 162
7.6可再生能源的支持机制 162
7.6.1简介 162
7.6.2法律法规 163
7.6.3配额体制 163
7.6.4碳税 164
7.7电力贸易 164
7.7.1简介 164
7.7.2英国电力供应产业（ESI ） 165
7.7.3其他国家和地区的竞争性批发市场 169
7.7.4可再生能源在竞争性批发市场中的价值 171
参考文献 174
第8章 可持续电力供应系统的未来 176
8.1简介 176
8.2风电的未来 177
8.2.1大型风轮机 177
8.2.2海上风电的发展 178
8.2.3风电建筑一体化 181
8.3太阳能的未来 182
8.3.1太阳能光伏发电 183
8.3.2太阳能热发电 183
8.4生物质发电的未来 184
8.5水电和海洋发电的未来 184
8.6分布式发电及未来电网 185
8.6.1配网的发展 185
8.6.2主动电网 186
8.6.3分布式发电的相关问题 186
8.6.4解决技术难题的方法 187
8.7结论 189
参考文献 189
附录A电力工程的基本概念 191
A.1介绍 191
A.2发电机和电力用户 191
A.3为什么选用交流电 192
A.4交流电的波形 192
A.5电路元件对交流电的响应 193
A.5.1电阻 193
A.5.2电感 194
A.5.3电容 195
A.6相量 196
A.7相量求和运算 197
A.8矩形表示法 198
A.9电抗与阻抗 199
A.9.1电阻 199
A.9.2电感 199
A.9.3电容 199
A.9.4全阻抗 200
A.10交流电路中的功率 201
A.11无功功率 202
A.12复功率 202
A.13有功和无功功率守恒 204
A.14无功潮流的影响——功率因数校正 204
A.15三相交流电 205
A.16戴维南等效电路 207
参考文献 208