智能電網中的電力電子技術

本書主要講述應用於智能電網的電力電子技術，包括功率理論、電力電子變流器、電能質量與電磁兼容性、高頻交流配電系統、分佈式發電系統接入電網、有源電能質量控制器、各種儲能系統、風力發電系統接入電網以及光伏電站於燃料電池併網等。

作者名單

譯者的話

前言

第1章 引言

1.1 電力系統的結構和基本問題

1.2 潮流控制、分佈式發電和能量儲存對電網的效益

1.3 智能電網的概念

參考文獻

第2章 電功率控制的原理

2.1 功率理論

2.1.1 經典功率理論的評述

2.1.2 瞬時功率理論

2.2 智能電力系統控制中的一般性問題和解決方案

2.2.1 智能電力系統中的控制

2.2.2 系統振盪的阻尼

2.2.3 電能質量控制

參考文獻

第3章 電力電子變流器及其控制概述

3.1 電力電子技術背景知識

3.1.1 歷史回顧

3.1.2 電力電子裝置的一般性特徵

3.1.3 開關轉換和變流器的連續模型

3.2 變流器技術

3.2.1 功率半導體開關的現狀

3.2.2 軟開關和硬開關技術

3.2.3 結構佈置和冷卻系統

3.3 多電平變流器

3.3.1 多電平變流器的概念

3.3.2 多電平逆變器拓撲的簡單比較

3.3.3 適用於多電平VSI的空間矢量PwM算法

3.4 阻抗源變流器

3.4.1 電壓型Z逆變器的運行原理

3.4.2 三相四線阻抗源逆變器

3.5 小結

參考文獻

第4章 智能電網中的電能質量問題

4.1 電能質量與電磁兼容性

4.2 電能質量問題

4.2.1 供電電壓的幅值

4.2.2 電壓波動

4.2.3 電壓暫降與暫時斷電

4.2.4 電壓和電流畸變

4.2.5 電磁騷擾的分類

4.3 電能質量監視

4.3.1 測量步驟

4.3.2 測量所用的時間長度合成方法

4.3.3 標記的概念

4.3.4 評估步驟

4.4 法律條例與行業條例

4.5 緩解方法

4.6 智能電網中與電磁兼容相關的現象

4.6.1 電磁騷擾的起源和影響及電磁兼容性術語

4.6.2 電磁兼容性的標準化

4.6.3 散佈在分佈式電力系統中的傳導性電磁干擾

4.6.4 改善分佈式電力系統中的電磁兼容性

參考文獻

第5章 分佈式電力系統中的電磁兼容性案例

5.1 四象限變頻器

5.2 變速傳動系統

5.3 多電平逆變器

參考文獻

第6章 高頻交流配電平台

6.1 引言

6.2 高頻在空間系統中的應用

6.3 高頻在通信系統中的應用

6.4 高頻在計算機和商用電子系統中的應用

6.5 高頻應用於汽車和電動機驅動

6.5.1 汽車

6.5.2 電動機驅動

6.6 高頻在微電網中的應用

6.7 前景展望

6.7.1 未來的動力和資金問題

6.7.2 未來的趨勢和挑戰

致謝

參考文獻

第7章 分佈式發電接入電力系統

7.1 分佈式發電的過去與未來

7.1.1 分佈式發電能量轉換系統

7.1.2 分佈式發電的機會

7.1.3 分佈式發電的分類、佈局和規模

7.2 與當地電網的互連——並聯運行

7.2.1 使用化石燃料的DG的接人問題

7.2.2 使用非化石燃料的DG的接人問題

7.2.3 使用化石與非化石混合燃料的DG的接人問題

7.3 接人和連網所關注的問題

7.4 功率注入原理

7.5 採用靜止補償器的功率注人

7.5.1 固定無功補償

7.5.2 可控動態無功補償

7.6 採用先進靜止裝置的功率注入

7.6.1 靜止同步補償器

7.6.2 統一潮流控制器

7.7 DG對電能質量問題的作用

7.8 當前DG的挑戰

參考文獻

第8章 有源電能質量控制器

8.1 動態靜止同步補償器

8.1.1 拓撲結構

8.1.2 運行原理

8.1.3 負載補償

8.1.4 電壓調節

8.2 基於D-STATCOM的其他並聯補償裝置

8.2.1 混合佈置

8.2.2 帶有能量儲存系統的補償裝置

8.3 動態靜止同步串聯補償器

8.3.1 供電電壓中獨立分量的辨識問題

8.3.2 三相三線制系統中電壓的濾波和平衡

8.4 動態電壓恢復器

8.4.1 什麼是DVR

8.4.2 DVR裝置的控制策略

8.5 AC/AC電壓調節器

8.5.1 機電型電壓調節器

8.5.2 階梯型電壓調節器

8.5.3 連續型電壓調節器

參考文獻

第9章 能量儲存系統

9.1 引言

9.2 電能儲存裝置的結構

9.3 抽水蓄能

9.4 壓縮空氣儲能

9.5 飛輪儲能

9.6 蓄電池儲能

9.7 氫氣儲能

9.8 超導磁體儲能

9.9 超級電容器儲能

9.10 儲能裝置的應用

參考文獻

第10章 可變速與可調速發電系統

10.1 引言

……

第11章 風力發電系統接入電網

第12章 光伏電站和燃料電池系統接入電網

第7章 分佈式發電接入電力系統

DG接入和調節的規則也許沒有建立，也許沒有被當地配電系統的運行人員所理解，因而妨礙了DG的接入[14-16]。顯然，能源領域內的管理機構應一起制訂普遍接受的標準或條例以促進DG的接入，這樣，通過各方的努力就能解決各種問題。IEEE編輯的P1547就是一個所需標準的良好模型。影響分佈式發電系統可靠性的關鍵元件是電氣開關、互連方式、控制器和通信系統。根據所完成的保護功能，互連的主要元件可按如下方式劃分：

同步化元件。對DG來説，自動同步是最好的選擇。自動檢測電壓和頻率能夠實現與當地電網的快速連接。自動同步繼電器或並聯開關用於驗證是否需要將DG機組連接到當地電網。

孤島運行。孤島保護被認為是一種重要特性（必須的），是當地主網對DG運行人員必須的要求。與當地主網的一部分一起孤立運行可能會威脅維修人員的安全，並引起臨近協調保護單元的誤動。繼電器通常同時為所連接的電網端和DG端提供保護。當今很多集成於DG內部的逆變器具有如下內在特性，一旦違犯反孤島運行條件，立即與當地主網解列。

電壓和頻率允許偏差值。為了保證高質量的電能注入，電壓和頻率的偏差值都不應超出電網推薦的範圍。可接受的電壓偏差範圍是±10%，而頻率偏差範圍是±0.1%。電壓和頻率的監測，兩者都是反孤島保護控制的一部分。

直流注入水平。在非正常運行狀態下，聯網逆變器可能會向當地主網注入少量的直流電流。類似地，無變壓器的聯網逆變器也會向當地主網注入直流電流。直流注入的可能性是很大的，但是，當多個直流電源同時存在時，不同極性的直流相互抵消的可能性也是存在的。直流注入發生在開關器件不完全工作的情況下，即導致注入電流的正半波與負半波有較大差異時。根據IEEE1547標準，在PCC點發電系統注入電網的直流電流不能超過額定電流的0.5%。逆變器反饋迴路的一部分用於檢測直流分量的存在性，如果存在直流分量，則調節開關器件的觸發次序以進行校正。可以使用一個耦合變壓器來隔離直流電流，使之不能注入電網。一種低成本的解決方案是在逆變器中集成一個直流檢測單元，當檢測到直流注入水平較高時就斷開逆變器。

接地。保護接地主要用於保護運行人員。接地也有利於雷擊保護和降低暫態過電壓幅值。接地元件必須能夠承載最大的故障電流，並能在第一次雷擊的數個周波內承受第二次雷電衝擊。接地電纜必須與設備直接相連。在接地電纜和設備之間不允許連接阻抗元件、斷路器和測量設備。

測量和監視。監視的參數通常包括電流、電壓、有功功率和無功功率、油温、振動等。測量的參數也包括輸出功率，該參數可能用於結算，因而需要公用電力公司級的測量精度。

調度、通信與控制。這些聯網和通信元件將DG機組與公用電網連接起來。這些元件的功能包括：

（1） 地區負荷管理、工作次序管理和結算服務；

（2） 配電自動化；

（3） 饋線投切；

（4） 短路分析；

（5） 電壓沿線變化計算和電話投訴管理。