大規(guī)模可再生能源發(fā)電：發(fā)電、輸電和存儲先進技術

原書前言
主編、編委會和審稿專家
第1章可再生能源系統(tǒng)不確定性建模技術的分類研究1
1.1簡介1
1.2概率方法2
1.2.1蒙特卡洛模擬法2
1.2.2點估計法3
1.2.3基于場景的決策 4
1.3風力發(fā)電和負荷的不確定性建模 5
1.3.1風力發(fā)電建模 5
1.3.2負荷的概率建模 6
1.3.3負荷的可能性建模 7
1.4仿真結果 8
1.4.1蒙特卡洛模擬法 9
1.4.2點估計法 10
1.4.3基于場景的方法 10
1.4.4基于混合的方法 13
1.5未來研究方向 14
1.6小結 15
致謝 15
參考文獻 15
第2章風電總量的概率建模和統(tǒng)計特征 17
2.1簡介 17
2.2風電總量的一般特征 18
2.2.1風電總量的不確定性 18
2.2.2風電總量的波動性 20
2.3獨立風電場模型 20
2.3.1風速概率模型 21
2.3.2理想風機輸出功率曲線 22
2.3.3理想風電場模型 24
2.3.4非理想化風電場建模 26
2.4地理多樣性 27
2.4.1理論基礎 28
2.4.2不確定性和波動性推導 28
2.4.3瞬時風電的相關性 29
2.4.4風電變化的相關性 30
2.4.5影響相關性的其他因素 31
2.4.6風電依賴結構 31
2.4.7多變量模型與仿真 33
2.4.8實際問題 34
2.5風電總量模型 34
2.5.1瞬時風電總量模型 34
2.5.2β分布參數(shù)選擇 35
2.5.3風電總量變化模型 36
2.5.4拉普拉斯分布參數(shù)選擇 36
2.5.5變化周期的影響 38
2.6風電總量的統(tǒng)計特征 39
2.6.1數(shù)據(jù)集描述 40
2.6.2不確定性的統(tǒng)計分析 40
2.6.3波動性的統(tǒng)計分析 41
2.6.4容量對不確定性和波動性的影響 42
2.7小結 43
參考文獻 43
第3章GaAs太陽電池轉換效率的改進 46
3.1簡介 46
3.1.1太陽能背景知識 46
3.2薄膜太陽電池的基本結構 48
3.3 AR涂層和SWG結構的背景知識 50
3.3.1AR涂層 50
3.3.2蛾眼工作原理 51
3.4納米光柵結構設計 54
3.5納米結構仿真的FDTD軟件 55
3.5.1FDTD仿真方法的基本原理 55
3.5.2FDTD方法的二維方程 55
3.5.3Lorentz-Drude模型 57
3.6仿真結果與分析 59
3.7不同納米光柵的最小光線反射 62
3.8小結 63
致謝 64
參考文獻 64
第4章新興SMES技術在能量存儲系統(tǒng)和智能電網(wǎng)中的應用 66
4.1簡介 66
4.2能量存儲技術 67
4.3SMES電路和控制技術 68
4.3.1工作原理 68
4.3.2控制與保護原理 71
4.3.3一種新型數(shù)字預測控制方法的原理與實現(xiàn) 73
4.4實驗驗證與特性分析 76
4.4.1實驗樣機設計 76
4.4.2實驗驗證與比較 77
4.5SMES裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 83
4.6SMES應用拓撲和性能評估 85
4.6.1基本的VSC和CSC應用拓撲 85
4.6.2電力電網(wǎng)中的集成應用拓撲 87
4.6.3電力電網(wǎng)中SMES的應用 89
4.7SMES在智能電網(wǎng)中的應用前景 94
4.7.1SMES在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應用案例 94
4.7.2未來智能電網(wǎng)中SMES的應用前景和分析 98
致謝 103
參考文獻 103
第5章用于可再生能源發(fā)電機組與中壓智能微電網(wǎng)直接集成的無升壓變壓器
的多電平變換器108
5.1簡介 108
5.2多電平變換器拓撲 110
5.2.1中性點鉗位變換器 112
5.2.2快速充電電容變換器 114
5.2.3模塊化多電平級聯(lián)變換器 115
5.3多電平變換器拓撲的選擇 116
5.4變換器電平個數(shù)的選擇 119
5.5基于FPGA的開關控制器 121
5.6高頻鏈路MMC變換器 123
5.7小結 126
參考文獻 127
第6章大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電的互連規(guī)則綜述 129
6.1簡介 129
6.2電網(wǎng)互連規(guī)則的必要性 131
6.2.1資源的可變性與不確定性 131
6.2.2發(fā)電廠位置 131
6.2.3發(fā)電技術及系統(tǒng)條件 131
6.3電網(wǎng)標準研究 131
6.4電網(wǎng)互連中的主要技術問題 132
6.4.1靜態(tài)規(guī)則 133
6.4.2電能質量 137
6.4.3擾動期間和擾動后的動態(tài)規(guī)則 139
6.5大規(guī)模光伏發(fā)電站的電網(wǎng)標準 143
6.6總結和未來趨勢 143
6.7小結 144
參考文獻 145
第7章大規(guī)模可再生能源富電網(wǎng)的彈性分析：基于網(wǎng)絡滲流的方法 147
7.1簡介 147
7.2系統(tǒng)模型 148
7.3滲流和網(wǎng)絡彈性 150
7.4連通性測度-度中心性 153
7.5獨立性測度-緊密中心性 154
7.6通信控制測度-介數(shù)中心性 156
7.7仿真結果 159
7.8小結 162
參考文獻 162
第8章未來電網(wǎng)的頻率控制和慣性響應方案 164
8.1簡介 164
8.2系統(tǒng)頻率響應 168
8.3風力發(fā)電的頻率響應 172
8.4風力發(fā)電頻率響應控制器 174
8.4.1風機級控制器 174
8.4.2調節(jié)器響應控制器 178
8.4.3風電場級控制器 183
8.4.4電力系統(tǒng)級控制器 184
8.5合成或人工慣性 186
8.6高壓直流輸電系統(tǒng)提供頻率響應 188
8.7小結193
參考文獻193
第9章大規(guī)?？稍偕茉吹挠泄β屎皖l率控制 197
9.1簡介197
9.2有功功率控制的傳統(tǒng)方案 198
9.2.1主級有功功率/頻率控制 198
9.2.2輔助高級控制 199
9.2.3多機四區(qū)域電力系統(tǒng)示例 201
9.3適用情況 203
9.3.1市場環(huán)境下的功率/頻率控制 204
9.3.2可再生能源滲透的功率/頻率控制 207
9.3.3互連系統(tǒng)交流/直流輸電線下的功率/頻率控制 214
9.4先進控制概念在有功功率控制中的應用 220
9.4.1應用于LFC系統(tǒng)的先進LQR控制器設計 220
9.4.2先進控制應用的一般示例 224
9.5小結 226
附錄 227
參考文獻 228
第10章相關性風電高滲透對電力系統(tǒng)可靠性的影響 230
10.1簡介 230
10.2基于非序貫MCS的可靠性評估 231
10.3相關時變元素 232
10.4時變變量表征模型 233
10.5實驗結果 235
10.5.1案例1：可變負荷和無風電場 237
10.5.2案例3: 約束輸電網(wǎng)絡 238
10.5.3案例4: 三風電場和可變負荷 240
10.6小結 240
參考文獻 241
第11章海上風電場的高壓直流輸電 243
11.1簡介 243
11.2海上風電面臨的挑戰(zhàn) 244
11.3海上電網(wǎng): 交流與直流拓撲 246
11.4海上風能能量變換系統(tǒng)的不同概念 248
11.5海上風能高壓直流輸電的線路換相變換器 249
11.6海上風電高壓直流輸電的電壓源型變換器 251
11.7海上風電高壓直流輸電的新趨勢 252
11.7.1混合拓撲 252
11.7.2模塊化多電平變換器 255
11.8電纜技術257
11.9小結 258
參考文獻 259
第12章風電場保護 262
12.1簡介 262
12.2傳統(tǒng)發(fā)電機組布局 263
12.3風電場布局 263
12.4風電場與傳統(tǒng)發(fā)電保護 263
12.5故障穿越標準、保護和協(xié)調控制 264
12.6案例研究 266
12.6.1所研究電網(wǎng) 266
12.7風電場并網(wǎng)動態(tài)故障研究 267
12.7.1模型階次對故障電流或電壓的影響 267
12.7.2時間步長對故障電流或電壓的影響 267
12.7.3短路電阻對故障電流或電壓的影響 268
12.7.4風力發(fā)電機組比較故障分析 269
12.8研究結果的意義 270
12.8.1類型1和類型2風力發(fā)電機組的保護性能 272
12.8.2類型3風力發(fā)電機組的保護性能 273
12.8.3類型4風力發(fā)電機組的保護性能 273
12.8.4風力發(fā)電機組的保護性能總結 274
12.9小結 274
附錄 275
參考文獻 277
第13章風電場和FACTS設備對距離繼電器性能的影響 278
13.1簡介 278
13.2距離繼電器建模 280
13.3基于變換器的系統(tǒng)對距離繼電器性能的影響 285
13.3.1風電場（DFIG方案） 285
13.3.2測試系統(tǒng) 286
13.3.3STATCOM288
13.3.4UPFC 291
13.3.5串聯(lián)補償 293
13.3.6非濾波頻率分量輸入信號在距離繼電器阻抗估計中的作用 295
13.4以Prony法為濾波技術的距離保護算法 300
13.4.1Prony法 300
13.5距離保護算法分析 302
13.5.1接觸誤差補償（風電場） 302
13.5.2接觸誤差補償(STATCOM) 303
13.5.3接觸誤差補償(UPFC) 303
13.5.4接觸誤差補償 (串聯(lián)補償) 303
13.5.5接觸誤差補償(實際故障事件) 304
13.6結果分析 306
13.7小結 306
參考文獻 307
第14章大規(guī)模海上風電場網(wǎng)狀VSC-HVDC輸電系統(tǒng)的保護方案 309
14.1簡介 309
14.2多端網(wǎng)狀直流風電場網(wǎng)絡 310
14.2.1多端網(wǎng)狀直流風電場拓撲 310
14.2.2保護測試研究的超級電網(wǎng)結構 311
14.3大規(guī)模網(wǎng)狀電力系統(tǒng)直流故障分析 313
14.3.1適合直流故障分析的電纜建模 313
14.3.2直流母線故障 315
14.4網(wǎng)狀直流系統(tǒng)保護方案 315
14.4.1大功率直流開關設備配置 316
14.4.2直流斷路器繼電器協(xié)調關系 318
14.4.3保護方案 319
14.4.4無中繼通信的保護選擇 321
14.5直流風電場保護仿真結果 323
14.5.1直流徑向電纜短路/接地故障條件 324
14.5.2直流回路電纜短路/接地故障條件 326
14.5.3直流母線短路/接地故障條件 326
14.5.4電纜模型比較 328
14.6小結 329
參考文獻 329
第15章新興無刷雙饋磁阻風力發(fā)電機組的控制 331
15.1簡介 331
15.2動態(tài)模型 333
15.3控制器設計 334
15.4控制原理 336
15.4.1矢量控制 336
15.4.2磁場定向控制 338
15.4.3BDFRG風機工作條件 338
15.4.4最優(yōu)控制策略 339
15.4.5風機特性 339
15.5初步實驗結果 340
15.6小結 343
參考文獻 344
第16章間歇性風力發(fā)電的能源中心管理 346
16.1簡介 346
16.1.1問題提出346
16.1.2相關工作回顧 348
16.2風險管理 348
16.3問題描述 350
16.3.1能源中心建模 350
16.3.2火電機組約束 351
16.3.3風電、電價和需求等關鍵問題的不確定性建模 352
16.3.4決策變量 355
16.3.5目標函數(shù) 356
16.4仿真結果 356
16.4.1數(shù)據(jù) 356
16.4.2Pareto最優(yōu)前沿測定 358
16.4.3最終解的選擇 359
16.5討論 366
16.6小結 366
附錄 366
附錄A場景縮減技術 366
附錄BPareto最優(yōu)性 367
附錄C模糊滿意度方法 367
參考文獻 368
第17章基于IEC公共信息模型的智能電網(wǎng)交互性和知識表示方法 370
17.1簡介 370
17.2智能電網(wǎng)的概念 371
17.3交互性理論 372
17.3.1工程系統(tǒng)的交互性 375
17.3.2交互性和面向服務的體系結構 376
17.3.3交互性和CIM 377
17.4應用案例 377
17.5智能電網(wǎng)標準架構 378
17.6IEC CIM 380
17.6.1CIM作為電力域的本體 382
17.6.2CIM與其他標準的協(xié)調統(tǒng)一 382
17.7信息集成與知識表示 383
17.8小結 384
參考文獻 385