分佈式發電

本書着眼於目前國內外分佈式發電技術的快速發展，同時結合新能源領域的研究和應用成果，系統地介紹了分佈式發電技術的發展、分佈式發電站、分佈式發電機組及其併網接口，對分佈式發電的故障電流和電氣保護、電力系統規劃中的分佈式發電集成、含分佈式發電的配電網定價等進行了詳細闡述，還對分佈式發電和未來電網架構進行了探討。希望本書的出版能夠促進我國分佈式發電技術的研究和應用，充分發揮分佈式發電在智能電網中的重要作用，推動新能源產業的快速發展。

原書前言

作者簡介

第1章緒論 1

1.1電力系統發展概述 1

1.2分佈式發電的價格和上網電價 3

1.3智能電網4

1.4發展分佈式發電的原因5

1.5分佈式發電技術的發展前景7

1.5.1未來常規經營模式7

1.5.2智能電網8

1.5.3併網優勢8

1.6分佈式發電與配電網9

1.7分佈式發電對配電系統的技術影響10

1.7.1電網電壓變化10

1.7.2電網故障電流水平增加12

1.7.3電能質量13

1.7.4保護13

1.7.5穩定性和故障穿越15

1.8分佈式發電對配電系統的經濟影響16

1.9分佈式發電對輸電系統的影響16

1.10分佈式發電對集中式發電的影響16

參考文獻17

第2章分佈式發電站18

2.1概述18

2.2熱電聯產19

2.3可再生能源發電23

2.3.1小水電23

2.3.2風力發電25

2.3.3海上風電32

2.3.4太陽能光伏發電32

2.4總結37

參考文獻38

第3章分佈式發電及其併網接口39

3.1概述39

3.2分佈式發電機組40

3.2.1同步發電機40

3.2.2異步發電機43

3.2.3雙饋異步發電機49

3.2.4全功率變流器（FPC）接口的發電設備53

3.3系統分析55

3.3.1簡單輻射式配電系統的潮流分析55

3.3.2網狀配電系統的潮流分析57

3.3.3對稱故障分析63

3.3.4不對稱故障分析65

3.4案例分析71

3.4.1峯值負荷及最小負荷運行方式下的穩態電壓分析71

3.4.2電磁暫態分析75

A3.1附錄：不對稱故障77

參考文獻79

第4章故障電流和電氣保護80

4.1引言80

4.2分佈式發電機的故障電流81

4.2.1同步發電機82

4.2.2異步發電機84

4.2.3雙饋異步發電機86

4.2.4通過電力電子變流器連接的發電機87

4.3故障限流器88

4.3.1電網解列88

4.3.2限流電抗器88

4.3.3限流熔斷器88

4.3.4故障限流器89

4.4分佈式發電的保護90

4.4.1發電設備內部故障保護92

4.4.2分佈式發電機提供故障電流的配電網故障保護97

4.4.3孤島效應和失電保護100

4.5分佈式發電對現有配電網保護裝置的影響101

4.5.1相過電流保護101

4.5.2方向過電流保護104

4.5.3阻抗繼電器105

A 4.1附錄105

參考文獻106

第5章電力系統規劃中分佈式發電的集成109

5.1引言109

5.2分佈式發電及供電裕度110

5.2.1常規熱力發電系統的發電容量裕度110

5.2.2分佈式發電的影響112

5.3分佈式發電對網絡設計的影響114

5.3.1傳統配電網規劃原則115

5.3.2分佈式發電對網絡安全貢獻的評價方法115

5.3.3方法的應用120

參考文獻121

第6章含分佈式發電的配電網定價122

6.1引言122

6.2競爭環境下電網定價的主要目標123

6.3網絡投資成本推動因素綜述123

6.3.1網絡規劃標準124

6.3.2電壓推動的網絡支出124

6.3.3故障水平推動的網絡支出125

6.3.4損耗推動的網絡設計支出126

6.4配電系統使用費用評估（DUoS費用）126

6.4.1靜態和動態網絡定價的概念127

6.4.2分佈式發電網絡DUoS費用的分時電價特徵127

6.4.3網絡成本在用户中的分攤128

6.5含分佈式發電的網絡DUoS收費評估實例128

6.5.1簡單雙母線例子128

6.5.2多電壓等級的例子132

參考文獻138

第7章分佈式發電和未來電網架構139

7.1引言139

7.2主動電網管理141

7.2.1發電機輸出減少和特殊保護方案141

7.2.2動態線路輸送容量142

7.2.3主動電網電壓控制142

7.2.4集成廣域主動電網管理143

7.2.5智能電錶143

7.3虛擬電廠144

7.3.1虛擬的電廠144

7.3.2商業虛擬電廠146

7.3.3技術虛擬電廠147

7.4微電網148

7.4.1微電網的研究和示範項目149

7.4.2微電網控制152

7.4.3孤島運行控制策略152

參考文獻153

教程Ⅰ交流電力系統155

Ⅰ.1引言155

Ⅰ.2交流電流156

Ⅰ.3電流和電壓的方均根平均值156

Ⅰ.4交流量的相量表示157

Ⅰ.5交流電路的電阻、電感和電容159

Ⅰ.5.1交流電路的電阻159

Ⅰ.5.2交流電路的電感159

Ⅰ.5.3交流電路的電容160

Ⅰ.5.4R-L交流電路160

Ⅰ.6交流電路的功率162

Ⅰ.7三相電壓發電165

Ⅰ.8三相繞組的連接166

Ⅰ.8.1星形聯結166

Ⅰ.8.2三角形聯結167

Ⅰ.9負荷連接168

Ⅰ.10三相四線系統168

Ⅰ.11三相三角形聯結的三線制系統169

Ⅰ.12三相系統的功率169

Ⅰ.13習題172

Ⅰ.14延伸閲讀173

教程Ⅱ交流電機174

Ⅱ.1引言174

Ⅱ.2同步電機175

Ⅱ.2.1結構和操作175

Ⅱ.2.2電氣和機械角度177

Ⅱ.2.3等效電路178

Ⅱ.2.4同步發電機的運行圖180

Ⅱ.2.5勵磁系統181

Ⅱ.3異步電機184

Ⅱ.3.1結構與運行184

Ⅱ.3.2穩態運行185

Ⅱ.4習題190

Ⅱ.5延伸閲讀191

教程Ⅲ電力電子192

Ⅲ.1引言192

Ⅲ.2導體、絕緣體和半導體193

Ⅲ.2.1導體193

Ⅲ.2.2絕緣體193

Ⅲ.2.3半導體194

Ⅲ.3PN結195

Ⅲ.4二極管196

Ⅲ.5開關器件198

Ⅲ.5.1電流型控制器件199

Ⅲ.5.2電壓型控制器件201

Ⅲ.6電壓型逆變器204

Ⅲ.6.1單相電壓型逆變器205

Ⅲ.6.2三相電壓型逆變器207

Ⅲ.7問題208

Ⅲ.8延伸閲讀208

教程Ⅳ電力系統209

Ⅳ.1引言209

Ⅳ.2功率變壓器211

Ⅳ.3標幺制214

Ⅳ.3.1功率變壓器的標幺值215

Ⅳ.3.2發電機215

Ⅳ.3.3系統研究216

Ⅳ.4對稱分量法217

Ⅳ.5問題220

Ⅳ.6延伸閲讀221

術語222

Nick Jenkins，1992~2008年在曼徹斯特大學任教，2009~2010年在斯坦福大學任清水（日本公司）客座教授，主要講授“分佈式發電及可再生能源併網”這一課程。現就職於卡迪夫大學，是一名研究可再生能源的學者。他具備14年的能源行業經驗，其中5年是在發展中國家，同時他還是英國工程技術學會(IET)、美國電氣與電子工程師學會（IEEE）會士以及英國皇家工程學院的會員。

Janaka Ekanayake，1992年在斯里蘭卡的帕拉德尼亞大學任教，2003年晉升為電氣與電子工程教授，2008年7月以曼徹斯特大學高級講師的身份加盟卡迪夫大學。現在是一名研究員，同時是IEEE會士以及IET會員。他的主要研究方向包括電力電子技術在電力系統中的應用，以及可再生能源發電及集成技術，已發表超過25篇論文併合作出版過兩本著作。

Goran Strbac，曾在曼徹斯特理工大學任教11年並有10年的電力行業經驗，2005年起擔任倫敦帝國理工大學電氣專業教授。他主導開發的系列方法支撐着英國輸配電系統的運行；。此外，他還是為分佈式發電制定設計標準和電網導則的先驅。他曾就可再生能源在英國發電行業以及輸配電網中的大規模應用問題，為英國的能源報告以及後兩篇能源白皮書進行了影響評估。