第1章 美国电力工业史 1
1.1 电磁学：电力基本知识 1
1.2 爱迪生和西屋的早期之争 2
1.3 电力公司的监管制度 4
1.3.1 1935年公用事业控股公司法案 4
1.3.2 1978年公用事业管理政策法案 5
1.3.3 公用发电与自用发电 5
1.3.4 向非公用事业发电厂开放电网 6
1.3.5 竞争性市场的出现 7
1.4 电力基础设施：电网 11
1.4.1 北美电网 11
1.4.2 电力供需平衡 13
1.4.3 电网稳定性 16
1.4.4 行业数据 17
1.5 电力基础设施：发电 20
1.5.1 基荷蒸汽发电厂 21
1.5.2 燃煤蒸汽发电厂 22
1.5.3 燃气轮机发电 25
1.5.4 联合循环发电厂 26
1.5.5 综合气化联合循环发电厂 26
1.5.6 核能发电 28
1.6 常规发电厂相关财务知识 31
1.6.1 年度固定成本 31
1.6.2 均化发电成本 33
1.6.3 筛选曲线 35
1.6.4 负荷时间曲线 36
1.6.5 碳成本和其他外部费用 39
1.7 小结 40
参考文献 40
第2章 电路、磁路基础 42
2.1 电路简介 42
2.2 重要电气量定义 43
2.2.1 电荷 43
2.2.2 电流 43
2.2.3 基尔霍夫电流定律 44
2.2.4 电压 46
2.2.5 基尔霍夫电压定律 46
2.2.6 功率 47
2.2.7 功（能量） 47
2.2.8 小结 48
2.3 理想电压源、电流源 48
2.3.1 理想电压源 48
2.3.2 理想电流源 49
2.4 电阻 49
2.4.1 欧姆定律 49
2.4.2 电阻串联 50
2.4.3 电阻并联 51
2.4.4 分压器 52
2.4.5 导线电阻 53
2.5 电容 57
2.6 磁路简介 59
2.6.1 电磁变换 59
2.6.2 磁路 60
2.7 电感 62
2.7.1 电感的物理特性 62
2.7.2 电感的电磁特性 64
2.8 变压器 66
2.8.1 理想变压器 67
2.8.2 励磁损耗 69
第3章 电力系统基础 72
3.1 电压和电流有效值 72
3.2 正弦电压激励下的理想元件 74
3.2.1 理想电阻 74
3.2.2 理想电容 76
3.2.3 理想电感 78
3.2.4 阻抗 79
3.3 功率因数 82
3.3.1 功率三角形 83
3.3.2 功率因数调整 85
3.4 单相三线制居民供电 86
3.5 三相供电系统 89
3.5.1 对称性Y联结供电系统 89
3.5.2 △联结三相供电系统 94
3.6 同步发电机 95
3.6.1 旋转磁场 96
3.6.2 同步发电机相量模型 98
3.7 输电和配电 99
3.7.1 输配电网损 99
3.7.2 输配电系统中的无功功率Q 102
3.7.3 有功功率和无功功率对线路压降的影响 103
3.8 电能质量 106
3.8.1 谐波简介 107
3.8.2 总谐波畸变 109
3.8.3 谐波与中线过载 110
3.8.4 变压器内部谐波 112
3.9 电力电子学 112
3.9.1 交流-直流变换 112
3.9.2 直流-直流变换 115
3.9.3 直流-交流逆变 119
3.10 背靠背电压源变换器 121
参考文献 122
第4章 太阳能资源 123
4.1 太阳光谱 123
4.2 地球轨道 126
4.3 正午太阳高度角 128
4.4 一天中任意时刻的太阳位置 131
4.5 用于遮蔽分析的太阳轨迹图 134
4.6 利用阴影图进行遮蔽分析 136
4.7 太阳时与时钟时 139
4.8 日升日落 141
4.9 晴天太阳直射 143
4.10 晴天日照强度 146
4.10.1 直射辐射 146
4.10.2 散射辐射 147
4.10.3 反射辐射 149
4.10.4 太阳跟踪系统 150
4.11 月均晴天日照强度 155
4.12 太阳辐射测量 159
4.13 正常环境下日照强度 162
4.13.1 太阳能采集板上的典型气象年日照强度 162
4.14 月均日照强度 165
参考文献 172
第5章 光伏材料及电气特性 173
5.1 简介 173
5.2 半导体基本原理 174
5.2.1 带隙能 175
5.2.2 带隙能对光伏效率的影响 178
5.2.3 PN结 180
5.2.4 PN结二极管 182
5.2.5 通用光伏电池 184
5.3 光伏材料 185
5.3.1 晶体硅 185
5.3.2 非晶硅 188
5.3.3 砷化镓 189
5.3.4 碲化镉 190
5.3.5 铜铟镓硒 191
5.4 光伏电池的等效电路 192
5.4.1 光伏电池的简化等效电路 192
5.4.2 光伏电池的精确等效电路 194
5.5 从电池单元到模块、阵列 197
5.5.1 从电池单元到电池模块 198
5.5.2 从光伏电池模块到光伏阵列 200
5.6 标准测试条件下的光伏电池电流-电压曲线 201
5.7 温度和日照强度对电流-电压曲线的影响 204
5.8 遮蔽对电流-电压曲线的影响 206
5.8.1 光伏电池被遮蔽的物理原理 206
5.8.2 采用旁路二极管和阻流二极管改善遮蔽影响 209
5.9 最大功率点跟踪器 212
5.9.1 降压-升压变换器 212
5.9.2 最大功率点跟踪控制器 216
参考文献 219
第6章 光伏发电系统 220
6.1 简介 220
6.2 电表用户侧的并网光伏发电系统 220
6.2.1 并网光伏发电系统组件 220
6.2.2 微型逆变器 222
6.2.3 净电能计量和上网电价 224
6.3 光伏发电系统性能预测 225
6.3.1 与温度无关的光伏发电功率降额 225
6.3.2 与温度相关的光伏发电功率降额 229
6.3.3 光伏发电系统运行的“峰值小时”预测方法 232
6.3.4 估算光伏电池标准化发电量 234
6.3.5 光伏并网系统的容量系数 235
6.3.6 实际设计中需考虑的相关事项 236
6.4 光伏发电系统相关经济问题 239
6.4.1 光伏发电系统成本 239
6.4.2 摊销成本 241
6.4.3 现金流分析 244
6.4.4 居民的电费费率结构 246
6.4.5 商业和工业的电费费率结构 248
6.4.6 商业建筑光伏发电系统的经济性 250
6.4.7 购电协议 251
6.4.8 具备公网供电容量的光伏发电系统 252
6.5 带储能的独立光伏发电系统 253
6.5.1 独立光伏发电系统相关组件 254
6.5.2 自控式光伏电池模块 255
6.5.3 负荷预测 257
6.5.4 假设带有最大功率点跟踪器开始光伏电池阵列设计 260
6.5.5 电池 262
6.5.6 铅酸电池基本原理 263
6.5.7 电池存储容量 265
6.5.8 用库仑效率代替能量效率 268
6.5.9 电池容量设计 269
6.5.10 不带最大功率点跟踪器的光伏电池阵列设计 272
6.5.11 简单的设计模板 274
6.5.12 独立光伏发电系统的成本 277
6.6 光伏抽水系统 279
6.6.1 光伏抽水系统的电气部分 280
6.6.2 液压泵特性曲线 281
6.6.3 液压系统特性曲线 284
6.6.4 综合性能预测 287
参考文献 289
第7章 风力发电系统 291
7.1 风力发电的发展史 291
7.2 风力机技术：风轮 295
7.3 风力机技术：风力发电机 298
7.3.1 定速同步发电机 298
7.3.2 笼型感应发电机 299
7.3.3 双馈感应发电机 301
7.3.4 变速同步发电机 301
7.4 风能 302
7.4.1 空气密度的温度和高度校正 304
7.4.2 塔筒高度的影响 306
7.5 风力机输出功率曲线 309
7.5.1 贝茨极限 309
7.5.2 理想风电机组输出功率曲线 311
7.5.3 实际功率曲线 312
7.5.4 国际电工委员会对风电机组的分类 315
7.5.5 风速测量 316
7.6 平均风功率密度 317
7.6.1 离散风速直方图 317
7.6.2 风电概率密度函数 320
7.6.3 威布尔和瑞利统计 321
7.6.4 利用瑞利统计计算平均风功率密度 322
7.6.5 风力分级 324
7.7 风电机组发电量估算 325
7.7.1 风速累积分布函数 326
7.7.2 实际功率曲线的威布尔统计 328
7.7.3 一种估算容量系数的简便方法 333
7.8 风电场 337
7.8.1 陆上可开发利用的风能 337
7.8.2 海上风电场 343
7.9 风力发电的经济效益 348
7.9.1 风力发电的年均电价 348
7.9.2 带有改进的加速成本回收系统和生产税抵减的平准化能源成本 351
7.9.3 风电系统的债务与股权融资 354
7.10 风力发电对环境的影响 356
参考文献 357
第8章 更多类型可再生能源发电系统 358
8.1 引言 358
8.2 聚焦式光热发电系统 358
8.2.1 热机的卡诺效率 359
8.2.2 直接日照强度 360
8.2.3 聚焦式光热发电系统的冷凝器冷却 362
8.2.4 聚焦式光热发电系统的热能存储 364
8.2.5 线性槽式光热发电系统 366
8.2.6 塔式光热发电系统 368
8.2.7 线性菲涅耳反射式光热发电系统 370
8.2.8 碟式斯特林光热发电系统 371
8.2.9 聚焦式光热发电系统技术总结 374
8.3 波浪能发电 376
8.3.1 波浪能源 376
8.3.2 波浪能发电技术 380
8.3.3 波浪能发电性能预测 381
8.3.4 波浪能发电的未来 383
8.4 潮汐能发电 384
8.4.1 潮汐能发电基本原理 384
8.4.2 引发潮汐的原因 385
8.4.3 估算潮汐功率 387
8.4.4 估算潮汐能发电功率 390
8.5 水力发电 391
8.5.1 水力发电系统结构 392
8.5.2 水力发电的基本原理 393
8.5.3 水轮机 395
8.5.4 损耗计算 397
8.5.5 微型水电系统的流量测量 398
8.5.6 微型水轮机的电气特性 399
8.6 抽水蓄能发电 400
8.7 生物质发电 402
8.8 地热发电 404
参考文献 407
第9章 以计量电表为分界的两侧系统 408
9.1 引言 408
9.2 智能电网 409
9.2.1 配电自动化系统 409
9.2.2 电压/无功功率优化 410
9.2.3 电网控制优化 411
9.2.4 智能电表 413
9.2.5 需求侧响应 414
9.2.6 动态调度 415
9.3 电能存储 417
9.3.1 固定式蓄电池存储 417
9.3.2 电动汽车与移动式电池存储 419
9.4 需求侧管理 421
9.4.1 传统电价定价模式导致的不利影响 422
9.4.2 有效需求侧管理的必要条件 423
9.4.3 需求侧管理的成本-效益措施 425
9.5 能源效率的经济性分析 426
9.5.1 节能特性曲线 426
9.5.2 温室气体减排曲线 429
9.6 热电联产系统 431
9.6.1 热电联产系统提高效率的措施 431
9.6.2 热电联产系统的经济性分析 432
9.7 热电联产技术 435
9.7.1 高热值与低热值 435
9.7.2 微型燃气轮机 436
9.7.3 活塞式内燃机 438
9.8 燃料电池 440
9.8.1 燃料电池的发展历史 440
9.8.2 燃料电池的基本原理 441
9.8.3 燃料电池的热力学：焓 442
9.8.4 熵与燃料电池的理论效率 445
9.8.5 吉布斯自由能和燃料电池的效率 447
9.8.6 燃料电池的理想电气特性 448
9.8.7 燃料电池的实际电气特性 449
9.8.8 燃料电池的种类 451
9.8.9 制氢技术 455
参考文献 457