《智能電網(wǎng)技術與應用》全面論述了智能電網(wǎng)的技術與應用，討論了支撐智能電網(wǎng)系統(tǒng)運行的信息與通信技術（ICT），傳感、測量、控制及自動化技術，以及新能源并網(wǎng)與需求側管理所需的電力電子及儲能技術。本書通過大量的例題對智能電網(wǎng)分析的方法應用進行了示例分析，使讀者可以全面掌握智能電網(wǎng)相關的基礎理論與方法應用要點。
適讀人群 ：高等院校電氣工程、通信、自動化、能源動力工程等高年級本科生或低年級研究生以及智能電網(wǎng)相關領域研究和工程技術人員
《智能電網(wǎng)技術與應用》通過大量的例題對智能電網(wǎng)分析的方法應用進行了示例分析，使讀者可以全面掌握智能電網(wǎng)相關的基礎理論與方法應用要點。
全球電力正在經(jīng)歷著由無碳電力供給帶來的深刻變革：在更換現(xiàn)有老化設備的同時，更多地將新近發(fā)展的信息與通信技術(ICT)引入到電力系統(tǒng)。所有這些需求都可以通過智能電網(wǎng)方案獲得解決。智能電網(wǎng)技術采用先進的ICT控制新能源系統(tǒng)可靠、高效地發(fā)電。盡管現(xiàn)有高壓輸電系統(tǒng)中已經(jīng)建立了一些ICT基礎設施，但實時通信在用戶或分布式系統(tǒng)（回路）中尚不多見。
智能電網(wǎng)的設想是給低壓電網(wǎng)提供更大的可視化，并使用戶能夠通過智能電表和智能家庭方案參與到電力系統(tǒng)的運行中。智能電網(wǎng)可以提供更好的能源效率，且在更大程度上支撐可再生能源的利用。當前，關于智能電網(wǎng)的研究與發(fā)展在美國、英國、中國、日本和歐洲等國家和地區(qū)得到了大力支持。它是國際上重要的研究主題和潛在的商業(yè)利潤增長方向。
本書寫作初衷是提供一些對智能電網(wǎng)基本概念的討論與見解，并對實現(xiàn)這些技術的細節(jié)展開部分描述。盡管當前智能電網(wǎng)的定義并不完備，但本書無疑對關鍵的可行技術進行了前瞻性的探討，這對讀者了解電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和參與未來智能電網(wǎng)的討論大有裨益。
本書是作者們在中國、日本、斯里蘭卡、英國和美國的本科生與研究生教學過程中的經(jīng)驗總結，也是作者們相關研究工作的展示。本書內容主要分為三大技術主題：
1）第1部分為ICT（第2~4章）;
2)第2部分為傳感、測量、控制及自動化技術（第5~8章）；
3）第3部分為電力電子與儲能技術（第9~12章）。
本書展示的三大類技術主題彼此相對獨立。對電力系統(tǒng)或能源專業(yè)的工學或理學碩士生課程而言，第2~4章、第5~7章以及第9~11章之間的相關性更強一些；但對通用性更強的智能電網(wǎng)課程而言，選擇第2~5章、第9章、第12章等內容則更為恰當。
本書技術內容包括了不同的專題，可以拓展不同學科工程技術人員的知識體系，以幫助他們更好地投入到智能電網(wǎng)的建設中。原 書 致 謝我們非常感謝那些為本書作出積極貢獻的同事和朋友，沒有他們的付出，本書難以如此順利完成。尤其要感謝東芝公司、S&C電氣歐洲有限責任公司、東京電力公司、日本風電公司和天大求實電力新技術有限責任公司等企業(yè)為本書提供的大量圖片。非常感謝John Lacari為本書數(shù)值算例所做的校驗工作；Jun Liang、Lee Thomas、Alasdair Burchill、Panagiotis Papadopoulos、Carlos Ugalde-Loo和Iaki Grau等人為第5章、第11章和第12章提供的信息；Mahesh Sooriyabandara對某些章節(jié)的校對；以及Luke Livermore、Kamal Samarakoon、Yan He、Sugath Jayasinghe及Bieshoy Awad等人給予的幫助。
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Janaka Ekanayake，于1990年獲得斯里蘭卡的Peradeniya大學的電氣與電子工程的學士學位，并于1995年在英國曼徹斯特大學的科學與技術學院獲得電氣工程的博士學位。他目前是英國Cardiff大學的一名高級講師，在此之前曾在Peradeniya大學電氣與電子工程系的教授。他的主要研究方向包括電力電子應用、可再生能源發(fā)電和并網(wǎng)。他是一名注冊工程師，IET會士，IEEE高級會員，IESL會員。他先后發(fā)表了30余篇相關的期刊論文，并合著3本專著。
Kithsri M. Liyanage是斯里蘭卡Peradeniya大學電氣與電子工程系的一名教授。他于1983年獲得Peradeniya大學的工學學士學位，并于1991年獲得東京大學的工學博士學位。他1993-1994年間曾在華盛頓大學電氣工程系從事訪問研究，并于2008-2010年期間在東京大學電力與環(huán)境技術研究中心擔任訪問學者。他已發(fā)表30余篇關于智能電網(wǎng)應用與控制方面的論文，其研究方向主要為智能電網(wǎng)下的ICT應用。
Jianzhong Wu分別于1999、2001和2004年在中國天津大學獲得學士、碩士和博士學位。他曾擔任天津大學副教授，于2006年加入曼徹斯特大學。自2008年開始擔任Cardiff工程學院的一名講師。他的主要研究方向包括電能基礎設施和智能電網(wǎng)。他承擔著數(shù)項歐盟持續(xù)項目和其他基金項目。作為IET、IEEE和ACM會員，他發(fā)表了30余篇論文，并合著1本專著。
Akihiko Yokoyama分別于1979、1981和1984年在日本東京大學獲得學士、碩士和博士學位。自2000年起擔任東京大學電氣工程系教授。他曾作為訪問學者在德州大學Arlington分校、加州大學伯克利分校從事過研究。他的主要研究方向包括電力系統(tǒng)分析與控制、智能電網(wǎng)。他是日本電氣工程學會(IEEJ)的高級會員，日本工業(yè)與應用數(shù)學學會(JSIAM)、IEEE及CIGRE會員。
Nick Jenkins于1992-2008年在曼徹斯特大學工作，其后擔任Cardiff大學的可再生能源專業(yè)教授。他具有14年的工業(yè)界從業(yè)經(jīng)歷，其中5年在發(fā)展中國家。在Cardiff大學他開創(chuàng)了關于電力能源工程和可再生能源的教學及科研工作。他目前是IET、IEEE及皇家工程院的會士。他是CIGRE的杰出會員，2009-2011期間擔任美國斯坦福大學大氣與能源項目的Shimizu訪問教授。
作者簡介
原書前言
原書致謝
縮略語對照表
第1章智能電網(wǎng)1
1.1簡介1
1.2為何選擇智能電網(wǎng)?2
1.2.1資產(chǎn)老化且傳輸能力不足2
1.2.2熱約束2
1.2.3操作約束2
1.2.4供給安全3
1.2.5各國政策3
1.3什么是智能電網(wǎng)?5
1.4早期智能電網(wǎng)嘗試6
1.4.1主動配電網(wǎng)6
1.4.2虛擬電廠8
1.4.3其他嘗試和驗證9
1.5智能電網(wǎng)領域技術文獻綜述11
參考文獻13
第1部分ICT
第2章數(shù)據(jù)通信16
2.1簡介16
2.2專用、共享的通信通道17
2.3交換技術20
2.3.1線路交換20
2.3.2信息交換21
2.3.3包交換技術21
2.4通信通道22
2.4.1有線通信24
2.4.2光纖26
2.4.3無線電通信29
2.4.4移動通信30
2.4.5衛(wèi)星通信31
2.5分層結構與協(xié)議31
2.5.1ISO/OSI模型31
2.5.2TCP/IP35
參考文獻38
第3章面向智能電網(wǎng)的通信技術39
3.1簡介39
3.2通信技術40
3.2.1IEEE 802系列40
3.2.2移動通信51
3.2.3多協(xié)議標簽交換52
3.2.4電力線路通信53
3.3信息交換標準54
3.3.1智能電表標準54
3.3.2Modbus54
3.3.3DPN355
3.3.4IEC 6185056
參考文獻57
第4章智能電網(wǎng)信息安全59
4.1簡介59
4.2加密與解密60
4.2.1對稱密鑰加密61
4.2.2公鑰密碼加密65
4.3認證65
4.3.1基于共享密鑰的身份認證66
4.3.2基于密鑰分發(fā)中心的認證66
4.4數(shù)字簽名66
4.4.1私鑰簽名67
4.4.2公鑰簽名67
4.4.3消息摘要68
4.5電網(wǎng)安全標準68
4.5.1IEEE 1686：IEEE推出的IED電網(wǎng)安全能力標準684.5.2IEC 62351:電力系統(tǒng)管理及相關信息交換——數(shù)據(jù)與通信安全69
參考文獻69
ⅩⅦ第2部分傳感、測量、控制及自動化技術
第5章智能測量與DSI72
5.1簡介72
5.2智能測量73
5.2.1電子測量的發(fā)展73
5.2.2智能測量的關鍵元素75
5.3智能儀表:已有硬件回顧75
5.3.1信號采集76
5.3.2信號調理77
5.3.3A-D轉換78
5.3.4計算80
5.3.5輸入/輸出82
5.3.6通信83
5.4面向智能測量的通信設施與協(xié)議83
5.4.1HAN83
5.4.2NAN84
5.4.3數(shù)據(jù)集中器85
5.4.4電能表數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)85
5.4.5通信協(xié)議85
5.5DSI86
5.5.1DSI提供的服務87
5.5.2DSI的實現(xiàn)90
5.5.3DSI實現(xiàn)的硬件支持93
5.5.4消費者自需求側的靈活性傳送95
5.5.5DSI的系統(tǒng)支持95
參考文獻96
第6章配電自動化設備98
6.1簡介98
6.2變電站自動化設備99
6.2.1電流互感101
6.2.2電壓互感器104
6.2.3智能電子設備105
6.2.4間隔控制器107
6.2.5RTU107ⅩⅧ6.3配電系統(tǒng)故障108
6.3.1故障隔離和恢復組件109
6.3.2故障定位、隔離和恢復114
6.4電壓調節(jié)117
參考文獻120
第7章配電管理系統(tǒng)122
7.1簡介122
7.2數(shù)據(jù)源與相關外部系統(tǒng)123
7.2.1SCADA系統(tǒng)123
7.2.2CIS125
7.3建模與分析工具125
7.3.1配電系統(tǒng)建模125
7.3.2拓撲分析129
7.3.3負載預測131
7.3.4潮流分析132
7.3.5故障計算135
7.3.6狀態(tài)估計138
7.3.7其他分析工具142
7.4應用分析142
7.4.1系統(tǒng)監(jiān)控142
7.4.2系統(tǒng)運行143
7.4.3系統(tǒng)管理144
7.4.4OMS145
參考文獻147
第8章輸電系統(tǒng)運行148
8.1簡介148
8.2數(shù)據(jù)源148
8.2.1IED與SCADA系統(tǒng)148
8.2.2PMU149
8.3EMS151
8.4廣域應用153
8.4.1在線暫態(tài)穩(wěn)定控制器155
8.4.2磁極滑動預防控制器155
8.5可視化技術157
8.5.1視覺二維演示157
8.5.2視覺三維演示158
參考文獻159
第3部分電力電子與儲能技術
ⅩⅨ第9章電力電子變換器162
9.1簡介162
9.2CSC164
9.3VSC167
9.3.1VSC在低中功率中的應用168
9.3.2中高功率設備中的VSC171
參考文獻174
第10章智能電網(wǎng)中的電力電子176
10.1簡介176
10.2可再生能源發(fā)電176
10.2.1PV系統(tǒng)177
10.2.2風能、水能和潮汐能系統(tǒng)179
10.3故障電流限制183
10.4并聯(lián)補償186
10.4.1D-STATCOM187
10.4.2有源濾波器192
10.4.3儲能并聯(lián)補償器192
10.5串聯(lián)補償195
參考文獻197
第11章大功率潮流中的電力電子設備200
11.1簡介200
11.2FACTS201
11.2.1無功補償201
11.2.2串聯(lián)補償206
11.2.3晶閘管控制移相變壓器209
11.2.4統(tǒng)一潮流控制器210
11.2.5線間潮流控制器211
11.3HVDC212
11.3.1CSC213
11.3.2VSC216
11.3.3多端HVDC219
參考文獻220
第12章儲能222
12.1簡介222
12.2儲能技術225
12.2.1電池225
12.2.2液流電池226
12.2.3燃料電池和氫電解槽227
12.2.4飛輪儲能229
12.2.5SMES系統(tǒng)230
12.2.6超級電容器231
12.3案例分析一：風電中的儲能231
12.4案例分析二：電動汽車充電的基于智能體的控制235
參考文獻237
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