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第一部分 电力系统：主要组成部分2

第1章 智能电网之前的电力系统介绍2

1.1 概述2

1.2 传统的电网6

1.2.1 电网中的早期通信网络9

1.2.2 电网和通信网络两者之间的一个类比15

1.3 电力基本法则18

1.3.1 电荷、电压和接地18

1.3.2 电导率19

1.3.3 欧姆定律20

1.3.4 电路21

1.3.5 电磁场22

1.3.6 电磁感应23

1.3.7 电路基础25

1.3.8 磁路27

1.4 案例研究：停电事故的事后分析29

1.4.1 停电事故的启示29

1.4.2 一个简单的案例研究31

1.5 智能电网驱动因素36

1.6 智能电网的目标37

1.6.1 在数字经济中提供满足一系列需要的电能质量38

1.6.2 容纳所有发电和存储单元38

1.6.3 拥有新的产品、服务和市场38

1.6.4 使用户能积极参与38

1.6.5 有弹性地运行以抵御物理攻击、网络攻击和自然灾害39

1.6.6 以自愈方式预期和响应系统扰动39

1.6.7 优化资产利用和运行效率39

1.7 标准简括40

1.8 从能量和信息到智能电网及其通信40

1.9 小结41

1.10 习题43

第2章 发电46

2.1 引言46

2.2 集中式发电48

2.2.1 交流电48

2.2.2 复功率和无功功率52

2.2.3 电能质量55

2.2.4 发电56

2.3 管理和控制：SCADA系统介绍61

2.3.1 效率和环境66

2.4 能量存储67

2.5 小结71

2.6 习题71

第3章 输电73

3.1 引言73

3.2 电网基本组成部分76

3.2.1 控制中心76

3.2.2 变压器77

3.2.3 电容器组78

3.2.4 继电器和重合闸装置79

3.2.5 变电站79

3.2.6 逆变器79

3.3 经典电网分析技术81

3.3.1 频率分析81

3.3.2 标幺制系统82

3.3.3 相量82

3.3.4 潮流分析84

3.3.5 故障分析88

3.3.6 状态估计89

3.3.7 柔性交流输电系统90

3.4 输电面临的挑战90

3.4.1 集成电压-无功功率控制91

3.4.2 地磁感应电流93

3.4.3 质量问题94

3.4.4 大规模同步95

3.4.5 输电市场96

3.5 无线电能传输96

3.6 小结97

3.7 习题97

第4章 配电99

4.1 引言99

4.1.1 配电系统中的变压器103

4.1.2 馈线106

4.1.3 电力线106

4.1.4 配电拓扑109

4.1.5 配电系统设计110

4.2 保护技术114

4.2.1 熔断器、断路器、继电器和重合闸装置114

4.2.2 距离保护117

4.2.3 纵联保护118

4.2.4 保护和稳定性119

4.2.5 特殊保护方案和校正措施方案119

4.2.6 录波器119

4.2.7 保护协调120

4.3 降压节能120

4.4 配电线载波121

4.5 小结122

4.6 习题122

第5章 用电124

5.1 引言124

5.2 负荷125

5.2.1 电力市场131

5.2.2 重组的含义134

5.2.3 频率136

5.2.4 系统运行与管理137

5.2.5 自动化：智能电网的诱因138

5.2.6 人类影响因素139

5.3 用电变化140

5.4 用户的观点140

5.5 可见性142

5.5.1 微电网143

5.6 用户灵活性147

5.6.1 用户能量管理147

5.6.2 插电式电动汽车149

5.7 小结149

5.8 习题150

第二部分 通信网络：推动者154

第6章 什么是智能电网通信154

6.1 引言154

6.1.1 麦克斯韦方程组158

6.1.2 特征系统和图谱159

6.2 能量和信息159

6.2.1 追溯信息的物理现象160

6.3 系统观点164

6.4 电力系统信息理论165

6.4.1 复杂理论172

6.4.2 网络编码173

6.4.3 信息理论和网络科学175

6.4.4 网络科学和路由177

6.4.5 压缩感知技术177

6.5 通信架构180

6.5.1 智能电网应用与通信181

6.5.2 主动网络182

6.6 无线通信介绍186

6.6.1 电磁辐射186

6.6.2 波动方程188

6.7 小结193

6.8 习题194

第7章 需求响应和高级量测体系195

7.1 引言195

7.2 需求响应196

7.3 高级量测体系199

7.4 IEEE 802.15.4、6LoWPAN、ROLL和RPL203

7.4.1 电力线电压和通信的关系203

7.4.2 IEEE 802介绍203

7.4.3 IEEE 802.15介绍204

7.4.4 IEEE 802.15.4204

7.4.5 IEEE 802.15.4g智能公用网络介绍209

7.4.6 6LoWPAN介绍209

7.4.7 Ripple路由协议、低功率和低损耗网络路由介绍210

7.5 IEEE 802.11212

7.6 小结213

7.7 习题214

第8章 分布式发电和输电216

8.1 引言216

8.2 分布式发电217

8.2.1 分布式控制222

8.2.2 大量小型发电机并网224

8.2.3 分布式发电：未来展望226

8.2.4 光伏发电227

8.3 智能输电系统230

8.3.1 柔性交流输电系统231

8.4 无线电能传输232

8.5 广域监测235

8.6 网络控制246

8.7 小结249

8.8 习题250

第9章 配电自动化252

9.1 引言252

9.1.1 性能指标255

9.2 应用配电自动化实现保护配合256

9.2.1 时间-电流曲线256

9.3 自愈、通信和配电自动化259

9.3.1 配电拓扑结构261

9.3.2 一个算法实例261

9.3.3 一个简化的配电系统保护通信模型263

9.3.4 通信模型264

9.3.5 配电保护通信系统概率诠释266

9.3.6 WiMAX介绍272

9.3.7 WiMAX网络模式274

9.4 小结276

9.5 习题276

第10章 标准概述278

10.1 引言278

10.2 美国国家标准技术研究所279

10.3 国际电工委员会280

10.4 国际大电网委员会284

10.5 美国电气电子工程师学会284

10.6 美国国家标准学会288

10.7 国际电信联盟291

10.8 美国电力科学研究院292

10.9 其他标准化活动293

10.9.1 Modbus293

10.9.2 电力线载波294

10.9.3 微软电力和公用事业智能能源参考架构294

10.10 小结297

10.11 习题297

第三部分 终极目标：智能电网嵌入式和分布式智能300

第11章 电网中的机器智能300

11.1 引言300

11.2 机器智能和通信300

11.2.1 什么是机器智能301

11.2.2 智能和通信之间的关系303

11.2.3 通信中的智能303

11.2.4 电网中的智能304

11.3 智能电网的计算模型304

11.3.1 分析层级规划306

11.3.2 动态规划307

11.3.3 随机规划308

11.3.4 拉格朗日松弛309

11.3.5 通信复杂度310

11.4 电网中的机器智能311

11.4.1 神经网络311

11.4.2 专家系统313

11.4.3 模糊逻辑313

11.4.4 进化计算315

11.4.5 自适应动态规划317

11.4.6 Q-Learning算法319

11.5 智能电网中机对机通信320

11.5.1 语义网320

11.5.2 认知无线电321

11.6 小结322

11.7 习题323

第12章 状态估计和稳定性325

12.1 引言325

12.2 网络控制331

12.3 状态估计332

12.4 分布状态估计333

12.5 稳定性336

12.5.1 系统性能336

12.6 稳定和高渗透分布式发电343

12.7 小结344

12.8 习题344

第13章 同步相量应用346

13.1 引言346

13.2 同步相量346

13.2.1 相量347

13.2.2 时钟和同步349

13.2.3 同步相量压缩352

13.3 相量测量装置355

13.3.1 相量数据集中器355

13.4 网络同步相量信息356

13.5 同步相量应用358

13.6 小结359

13.7 习题360

第14章 电力电子362

14.1 引言362

14.2 电力电子介绍364

14.2.1 提高电能质量的电力电子技术367

14.3 电力电子变压器369

14.4 保护装置和限流器377

14.5 超导技术378

14.6 小结383

14.7 习题384

第15章 未来智能电网386

15.1 引言386

15.1.1 创新理论387

15.2 地磁风暴发电机389

15.3 未来微电网392

15.3.1 从电网到微电网再到纳米电网：继续削减规模392

15.3.2 纳米级发电393

15.3.3 真正的纳米电网395

15.4 纳米级通信网络395

15.5 新兴技术399

15.5.1 量子能量传输400

15.6 近太空发电400

15.7 小结402

15.8 习题404

附录 智能电网仿真工具406

参考文献409