分布式发电

·本书系统地介绍了分布式发电技术•原著者曾在英国、美国以及斯里兰卡等地负责本科生及理科硕士的分布式发电课程的教学，积累了丰富的课题和教学经验•本书从电网运行技术的角度对分布式发电及将来电网结构等方面进行了全面介绍，是一本了解分布式发电很好的书籍 

本书着眼于目前国内外分布式发电技术的快速发展，同时结合新能源领域的研究和应用成果，系统地介绍了分布式发电技术的发展、分布式发电站、分布式发电机组及其并网接口，对分布式发电的故障电流和电气保护、电力系统规划中的分布式发电集成、含分布式发电的配电网定价等进行了详细阐述，还对分布式发电和未来电网架构进行了探讨。希望本书的出版能够促进我国分布式发电技术的研究和应用，充分发挥分布式发电在智能电网中的重要作用，推动新能源产业的快速发展。

作者简介：Nick Jenkins，1992~2008年在曼彻斯特大学任教，2009~2010年在斯坦福大学任清水（日本公司）客座教授，主要讲授“分布式发电及可再生能源并网”这一课程。现就职于卡迪夫大学，是一名研究可再生能源的学者。他具备14年的能源行业经验，其中5年是在发展中国家，同时他还是英国工程技术学会(IET)、美国电气与电子工程师学会（IEEE）会士以及英国皇家工程学院的会员。Janaka Ekanayake，1992年在斯里兰卡的帕拉德尼亚大学任教，2003年晋升为电气与电子工程教授，2008年7月以曼彻斯特大学高级讲师的身份加盟卡迪夫大学。现在是一名研究员，同时是IEEE会士以及IET会员。他的主要研究方向包括电力电子技术在电力系统中的应用，以及可再生能源发电及集成技术，已发表超过25篇论文并合作出版过两本著作。Goran Strbac，曾在曼彻斯特理工大学任教11年并有10年的电力行业经验，2005年起担任伦敦帝国理工大学电气专业教授。他主导开发的系列方法支撑着英国输配电系统的运行；。此外，他还是为分布式发电制定设计标准和电网导则的先驱。他曾就可再生能源在英国发电行业以及输配电网中的大规模应用问题，为英国的能源报告以及后两篇能源白皮书进行了影响评估。

原书前言
作者简介
第1章绪论 1
11电力系统发展概述 1
12分布式发电的价格和上网电价 3
13智能电网4
14发展分布式发电的原因5
15分布式发电技术的发展前景7
151未来常规经营模式7
152智能电网8
153并网优势8
16分布式发电与配电网9
17分布式发电对配电系统的技术影响10
171电网电压变化10
172电网故障电流水平增加12
173电能质量13
174保护13
175稳定性和故障穿越15
18分布式发电对配电系统的经济影响16
19分布式发电对输电系统的影响16
110分布式发电对集中式发电的影响16
参考文献17
第2章分布式发电站18
21概述18
22热电联产19
23可再生能源发电23
231小水电23
232风力发电25
233海上风电32
234太阳能光伏发电32
24总结37
参考文献38
第3章分布式发电及其并网接口39
31概述39
32分布式发电机组40
321同步发电机40
322异步发电机43
323双馈异步发电机49
324全功率变流器（FPC）接口的发电设备53
33系统分析55
331简单辐射式配电系统的潮流分析55
332网状配电系统的潮流分析57
333对称故障分析63
334不对称故障分析65
34案例分析71
341峰值负荷及小负荷运行方式下的稳态电压分析71
342电磁暂态分析75
A31附录：不对称故障77
参考文献79
第4章故障电流和电气保护80
41引言80
42分布式发电机的故障电流81
421同步发电机82
422异步发电机84
423双馈异步发电机86
424通过电力电子变流器连接的发电机87
43故障限流器88
431电网解列88
432限流电抗器88
433限流熔断器88
434故障限流器89
44分布式发电的保护90
441发电设备内部故障保护92
442分布式发电机提供故障电流的配电网故障保护97
443孤岛效应和失电保护100
45分布式发电对现有配电网保护装置的影响101
451相过电流保护101
452方向过电流保护104
453阻抗继电器105
A
41附录105
参考文献106
第5章电力系统规划中分布式发电的集成109
51引言109
52分布式发电及供电裕度110
521常规热力发电系统的发电容量裕度110
522分布式发电的影响112
53分布式发电对网络设计的影响114
531传统配电网规划原则115
532分布式发电对网络安全贡献的评价方法115
533方法的应用120
参考文献121
第6章含分布式发电的配电网定价122
61引言122
62竞争环境下电网定价的主要目标123
63网络投资成本推动因素综述123
631网络规划标准124
632电压推动的网络支出124
633故障水平推动的网络支出125
634损耗推动的网络设计支出126
64配电系统使用费用评估（DUoS费用）126
641静态和动态网络定价的概念127
642分布式发电网络DUoS费用的分时电价特征127
643网络成本在用户中的分摊128
65含分布式发电的网络DUoS收费评估实例128
651简单双母线例子128
652多电压等级的例子132
参考文献138
第7章分布式发电和未来电网架构139
71引言139
72主动电网管理141
721发电机输出减少和特殊保护方案141
722动态线路输送容量142
723主动电网电压控制142
724集成广域主动电网管理143
725智能电表143
73虚拟电厂144
731虚拟的电厂144
732商业虚拟电厂146
733技术虚拟电厂147
74微电网148
741微电网的研究和示范项目149
742微电网控制152
743孤岛运行控制策略152
参考文献153
教程Ⅰ交流电力系统155
Ⅰ1引言155
Ⅰ2交流电流156
Ⅰ3电流和电压的方均根平均值156
Ⅰ4交流量的相量表示157
Ⅰ5交流电路的电阻、电感和电容159
Ⅰ51交流电路的电阻159
Ⅰ52交流电路的电感159
Ⅰ53交流电路的电容160
Ⅰ54R-L交流电路160
Ⅰ6交流电路的功率162
Ⅰ7三相电压发电165
Ⅰ8三相绕组的连接166
Ⅰ81星形联结166
Ⅰ82三角形联结167
Ⅰ9负荷连接168
Ⅰ10三相四线系统168
Ⅰ11三相三角形联结的三线制系统169
Ⅰ12三相系统的功率169
Ⅰ13习题172
Ⅰ14延伸阅读173
教程Ⅱ交流电机174
Ⅱ1引言174
Ⅱ2同步电机175
Ⅱ21结构和操作175
Ⅱ22电气和机械角度177
Ⅱ23等效电路178
Ⅱ24同步发电机的运行图180
Ⅱ25励磁系统181
Ⅱ3异步电机184
Ⅱ31结构与运行184
Ⅱ32稳态运行185
Ⅱ4习题190
Ⅱ5延伸阅读191
教程Ⅲ电力电子192
Ⅲ1引言192
Ⅲ2导体、绝缘体和半导体193
Ⅲ21导体193
Ⅲ22绝缘体193
Ⅲ23半导体194
Ⅲ3PN结195
Ⅲ4二极管196
Ⅲ5开关器件198
Ⅲ51电流型控制器件199
Ⅲ52电压型控制器件201
Ⅲ6电压型逆变器204
Ⅲ61单相电压型逆变器205
Ⅲ62三相电压型逆变器207
Ⅲ7问题208
Ⅲ8延伸阅读208
教程Ⅳ电力系统209
Ⅳ1引言209
Ⅳ2功率变压器211
Ⅳ3标幺制214
Ⅳ31功率变压器的标幺值215
Ⅳ32发电机215
Ⅳ33系统研究216
Ⅳ4对称分量法217
Ⅳ5问题220
Ⅳ6延伸阅读221
术语222

初时，电力系统采用各地自发自用的部署策略，且各公司承建的系统独立运行。直到大约1930年，这种供电方式仍是十分高效的。然而，人们逐渐意识到，需要建立一个统一的电力系统，并由一个专门的机构对其进行规划和运行，以保证用电的安全性和经济性。于是，集中式供电系统应运而生，它由大型集中式发电站通过输配电系统对负荷进行供电。若非出于尽量降低能源使用对环境的影响（尤其是二氧化碳的排放）以及进口化石燃料供应安全性方面的考虑，这种集中式供电方式将会持续良好的发展势头。而事实上，政府和能源规划部门正积极发展更清洁的可替代能源生产形式，主要包括使用可再生能源（如风能、太阳能、生物能），当地热电联产以及废物利用。在许多国家，这种电力供应方式的变革通过能源市场以及私营的输配电系统来推动。可再生能源的地理位置分布以及接入的经济性决定了这些可再生能源发电需要接入配电网而不是输电网。因此，可再生能源发电的利用应该由分布式而非集中式发电来实现。目前配电网的信息技术及控制技术水平无法满足未来的低碳供电系统，所以智能电网的概念应运而生。智能电网可以更好地利用ICT（信息及控制技术），让电力用户更多地参与到电力系统的运行中来。配电网的运行也将由被动变为主动，并通过控制分布式发电来支撑电力系统的运行。经过几十年的发展，传统的集中式发输配电系统已经推出各种模型、技术以及应用工具，并且已有大量优秀的关于系统的描述材料。而分布式发电的特点是将大量较小容量的发电站分布于系统周围，其中大多需要接入相对薄弱的配电网，这意味着必须针对分布式发电的特点重新审视和更新现有的技术和规范。在宽松电力市场环境（虚拟发电厂）中，主动配电网管理及微电网环境中的大量分布式发电及其控制所带来的相关问题都一并得到了解决。本书作者曾在英国、美国以及斯里兰卡负责本科生及硕士的分布式发电课程的教学工作，积累了丰富的课题经验。现在许多大学现在也开设了关于可再生能源以及如何将可持续的低碳发电模式有效集成到配电系统中的课程。电力行业对此类毕业生的需求非常旺盛，然而具备电气工程及电力系统知识的毕业生在大部分国家都严重紧缺。因此，本书设置了四个教学章节（包含例子和习题），专门介绍电气工程的基础知识，以帮助非专业人士了解电气相关知识。后，本书的出版离不开他们的大力支持，在此感谢那些在大学中、电力行业中以及专业机构中给予我们帮助的同行及个人。特别要感谢的是TNEL有限公司和加拿大马尼托巴省高压直流输电中心的同事，他们分别为我们提供了第3、4章中案例所涉及的IPSA软件和PSCAD/EMTDC仿真程序。另外，还要感谢莱茵-威斯特法伦电力股份公司（英国可再生能源公司的母公司）为我们提供了大量照片。感谢Beishoy Awad在绘图方面给予我们的帮助。分布式发电原 书 前 言作 者 简 介NJenkins，1992—2008年在曼彻斯特大学任教，2009—2010年在斯坦福大学任清水（日本公司）客座教授，主要讲授“分布式发电及可再生能源并网”这一课程。现就职于卡迪夫大学，是一名研究可再生能源的学者。Nick Jenkins具备14年的能源行业从业经验，其中5年是在发展中国家，同时他还是英国工程技术学会(IET)、美国电气与电子工程师协会（IEEE）的会士以及英国皇家工程学院的会员。JBEkanayake，1992年在斯里兰卡的帕拉德尼亚大学任教，2003年晋升为电气与电子工程教授，2008年7月以曼彻斯特大学高级讲师的身份加盟卡迪夫大学。现在是一名研究员，同时是IEEE会士以及IET会员。Janaka Ekanayake的主要研究方向包括电力电子技术在电力系统中的应用，以及可再生能源发电及集成技术，现已发表超过25篇论文并合作出版过两本著作。GStrbac，曾在曼彻斯特理工大学任教11年并有10年的电力行业从业经验，2005年起担任伦敦帝国理工大学电气专业教授。Goran Strbac主导开发的系列方法支撑着英国输配电系统的运行。此外，他还是为分布式发电制定设计标准和电网导则的先驱。他曾就可再生能源在英国发电行业以及输配电网中的大规模应用问题，为英国的能源报告以及后两篇能源白皮书进行了影响评估。