深入理解智能电网：基本原理、关键技术与解决方案

1.两位作者分别为西门子公司高级专家和德国高校的教授，多年来一直致力于在国内和国际项目中开发智能电网解决方案，并在电网运行实践中引入这些方案，具有丰富的实践经验。
2.涵盖智能电网的所有相关主题，描述了未来电力供应的挑战、所引发的问题、未来的前景、智能电网的驱动因素、基本原理、概念、新出现的解决方案等。
3.关注实践经验，针对采用新的智能电网解决方案，总结了大量的各国的工业经验、领导经验。
 

《深入理解智能电网：基本原理、关键技术与解决方案》是智能电网领域的重要的介绍性著作，涵盖智能电网的所有相关主题。本书描述了未来电力供应的挑战、所引发的问题、未来的前景、智能电网的驱动因素、基本原理、概念、新出现的解决方案等。具体包括：智能发电的资源、种类和潜力；输电网和变电站的智能电网新技术；智能配电网的设计；广域范围内输电网智能运行、保护和监测；智能配电网的三大支柱；智能能源市场；先进信息和通信技术的原理和新进展。
《深入理解智能电网：基本原理、关键技术与解决方案》关注实践经验，针对采用新的智能电网解决方案，总结了大量的各国的工业经验、领导经验。
对于电力行业的实践工程师、研发者、管理者、政策制定者，以及高等院校电力系统等相关专业师生来说，本书都极具参考价值。

Bernd M.Buchholz博士，分别于1973年和1976在莫斯科电力工程学院/技术大学获得硕士和博士学位。1975～1989年，他在德国德累斯顿的能源供应研究所工作。*初，他在“电网规划”部门工作。他于1981年成为“电网自动化”部门经理，并于1987年担任董事。1990～2006年，他在西门子 AG工作，前十年作为“电力自动化”分部的副总裁和研发经理。2000～2005年，他曾任位于埃尔兰根的“电网分析与咨询”商业分支机构的总裁，该机构在2005年将美国公司PTI整合进了位于埃尔兰根、斯克内克塔迪 (美国)、曼彻斯特 (英国)的“电力技术国际”和全球能力中心。1995～2000年，他也是通信标准 IEC 61850第 4部分(系统管理)和7-4 (数据模型)的主编。2002～2008年，他是 CIGRE SC C6的德国成员。2004～2009年，他是“智能电网”欧洲咨询委员会的执行成员。他于2006年从西门子退休，但仍积极担任NTB技术服务的首席顾问。他是德国电力工程 (ETG/VDE) 社团的活跃成员，是“智能配电”(2008) 和“主动能源网”(2013) 的专责小组组长。自2010年以来，他担任欧洲灯塔项目、Web2Energ项目的技术和战略顾问。此外，他还是德国电力能源项目“RegModHarz”和“哈茨-电动汽车”的技术顾问。他是位于马格德堡的奥托•冯•格里克大学、位于萨尔茨堡的技术学院、VDE 的职业教育项目的客座讲师。他以6种语言发表了180篇国际文献。因其卓越的科学贡献，CIGRE (两次)、IEEE 和 VDE 授予其相关荣誉。

Zbigniew Styczynski博士、教授，于1977年获得电气工程博士学位，于1985年在弗罗茨瓦夫理工大学(波兰)担任教授。他在斯图加特大学8年。自1999年以来，他一直在位于德国马格德堡的奥托•冯•格里克大学担任电网和可再生能源教授。2002～2006年，他是学院院长。在 2006年，他当选为萨克森-安哈尔特可再生能源中心主席，于2008年成为奥托•冯•格里克大学电力系统研究所执行主任。自2002年以来，他也成为这所大学理事会的成员。他是联合弗劳恩霍夫协会(Fraunhofer)工厂运行和自动化研究所(IFF) /奥托•冯•格里克大学电力系统和可再生能源的能力中心的共同创始人和科学协调员，也是位于马格德堡的Steinbeis基金会转移中心ENRE的创始人和主任。此外，他也是 ETG、CRIS、CIGRE 和 IEEE 的活跃成员，也是柏林FNN的专家。自2004年以来，他一直是康拉•阿登纳基金会的研究员。自2010年以来，他成为CRIS的主席。他协调了许多国内和国际项目 (例如：哈茨-电动汽车)。他是200多篇国际期刊论文的作者或合著者，并在许多国际科学会议上发表过讲话。

译者序
原书序
致谢
缩略语表
第1章 未来电网的前景和策略
1.1 智能电网的驱动因素
1.2 未来欧洲智能电网的核心要素
1.3 欧洲能源政策的重大变革及其对智能电网的影响
参考文献
第2章 智能发电: 资源和潜力
2.1 发电的新趋势和新要求
2.2 不稳定的可再生能源: 风能和太阳能
2.2.1 风电场
2.2.2 利用太阳能发电
2.3 可再生能源的热电联产
2.3.1 生物燃料发电厂
2.3.2 地热发电厂
2.3.3 燃料电池
2.4 电能存储系统
2.4.1 电能存储的介绍与分类
2.4.2 大量能源长期存储工厂
2.4.3 固定式电池
2.4.4 电解以“电产气”
2.4.5 采用热存储的电能管理
2.5 增强可控电厂灵活性的需求
参考文献
第3章 输电网中的现代技术和智能电网面临的挑战
3.1 变电站: 电网节点
3.1.1 输电变电站的接线和元件
3.1.2 新的空气绝缘开关技术
3.1.3 气体绝缘开关
3.2 采用数字技术实现电力系统控制和自动化
3.2.1 电力系统控制和自动化的层次结构和数据处理
3.2.2 变电站的保护和控制
3.2.3 控制中心技术
3.3 输电技术
3.3.1 概述
3.3.2 交流输电
3.3.3 直流输电
3.3.4 使用有功功率控制和无功功率控制的柔性交流输电
3.4 输电网面临的挑战
3.4.1 不稳定的风能和太阳能发电产生的影响
3.4.2 发电和负荷中心的分离
3.4.3 电力电子的馈电和短路功率
参考文献
第4章 配电网的设计及新型电网用户的影响
4.1 配电网分类
4.2 一级和二级中压配电网
4.3 中压配电网和低压配电网分类
4.4 中性点接地概念
4.4.1谐振接地
4.4.2 中性点不接地
4.4.3 中性点经固定阻抗和低阻抗(限流)接地
4.4.4 组合方式
4.4.5 接地方式总结
4.4.6 有效选择中性点接地方式的实践经验
4.5 配电网保护
4.5.1 中压配电网
4.5.2 中压配电网的馈电变电站
4.5.3 低压配电网
4.6 配电网运行
4.6.1 确保电能质量
4.6.2 过程管理
4.7 配电系统的新趋势
4.7.1 分布式发电和新型负载
4.7.2 对电能质量的影响
参考文献
第5章 输电网的智能运行和监测
5.1 大面积停电的根本原因和经验教训
5.1.1 概述和电压崩溃现象
5.1.2 2003年美国东北/加拿大大停电
5.1.3 2003年伦敦大停电
5.1.4 2003年瑞典和丹麦大停电
5.1.5 2003年意大利大停电
5.1.6 2004年雅典大停电
5.1.7 2005年莫斯科南部大扰动
5.1.8 2006年德国和欧洲大陆的系统大扰动
5.2 控制区域和系统服务
5.2.1 电力系统管理
5.2.2 频率控制
5.2.3 电压控制
5.2.4 供电恢复
5.2.5 发电计划: 价值顺序原则
5.2.6 分布式能源提供的系统服务
5.3 电力系统观测和智能化拥堵管理
5.3.1 电力系统需要更多的观测
5.3.2 电网安全运行的预测方法
5.3.3 现代保护概念
5.3.4 相量测量的广域监测
5.3.5 稳态评估和动态安全评估
5.3.6 天气状况监测和灵活的线路带负荷
5.4 结论
参考文献
第6章 智能配电网的三大支柱
6.1 配电系统中的智能电网和智能市场的关系
6.2 支柱 1: 本地配电网自动控制和远程控制
6.2.1 电压控制
6.2.2 潮流控制的机会
6.2.3 故障跳闸后供电恢复的自动控制和远程控制
6.2.4 增强中压保护概念
6.2.5 配电网中智能电网增强的经济性
6.3 支柱 2: 虚拟电厂的灵活性——智能机组
6.3.1 虚拟电厂的基础
6.3.2 需求侧管理: 储能和可控负荷的作用
6.3.3 虚拟发电厂在未来市场中的商业模式
6.4 支柱 3: 用户的智能计量与市场一体化
6.4.1 数字计量技术基础
6.4.2 动态电价
6.4.3 对用户行为的影响：需求侧响应（DSR）
6.4.4 电动汽车管理
6.5 智能配电的通信需求
参考文献
第7章 智能能源市场设计
7.1 未来电力供应市场：一个场景和一个案例研究
7.2 电网运营和电力市场的智能服务
7.2.1 智能服务概述
7.2.2 计量服务
7.2.3 数据通信和信息管理
参考文献
第8章 先进信息和通信技术：智能电网的骨架
8.1 智能电网中统一的信息和通信技术标准的重要性
8.1.1 信息和通信技术标准的功能
8.1.2 通信标准
8.1.3 数据管理的标准
8.1.4 信息安全
8.2 电力系统中用于监测和控制的通信发展史
8.2.1 远程变电站控制的设计发展
8.2.2 数字通信协议简介
8.3 用IEC 61850系列标准进行无缝通信
8.3.1 IEC 61850的参考模型和结构
8.3.2 数据模型
8.3.3 在一条总线上的三个协议：通信服务结构
8.3.4 协议服务
8.3.5 独立设计
8.3.6 一致性和验收测试
8.3.7 智能电网扩展的新标准部分
8.4 基于通用信息模型IEC 61968/70 的数据管理
8.5 数据和通信安全IEC/TS 62351
8.6 统一智能电网标准的全球性行为
8.6.1 IEC/TR 62357参考模型
8.6.2 欧州授权标准M/490
8.6.3 在电力能源/智能电网标准化路线图中的全球性行为的分析
参考文献
第9章 全球智能电网
9.1 全球最大电力系统的智能电网
9.1.1 中国电力系统宏伟的发展战略
9.1.2 美国互连电网的发展目标
9.1.3 俄罗斯及其邻国的电力系统的增强
9.2 欧洲智能电网项目概况
9.2.1 欧盟第五、第六、第七框架计划项目
9.2.2 欧洲国家级智能电网项目的库存项目清单
9.3 智能电网应用经验
9.3.1 Web2Energy: 实践中的智能配电三大支柱
9.3

发展智能电网是一种全球性趋势。世界上不同地区对智能电网的建设反映了该区域的资源储备和需求。我们已看见电网整合了大规模的风力发电和太阳能发电设施。大型离岸风电场即将出现。越来越多的国家使用了自动化和虚拟智能配电网。在输电侧，大量的相量测量单元（PMU）正在收集大量的信息用来监测电力系统的动态。电力工业正发展和增强需求侧响应和其他程序以供用户选择。为了保证需求侧响应正常进行和用户服务质量，上百万的智能电表正采集用户的电力消费数据。电网的这些新的智能特性依赖于信息和通信技术（ICT），用这种技术连接智能电网的所有元件，这对于智能电网来说是至关重要的。智能电网中可再生能源发电与电网（从输电网到配电网）和从智能电表到配电网的整合程度不断加深，为未来电网的发展带来新视野和新机遇。我们正在顺利地迈向这些史无前例的创新，但是，我们也应当意识到智能电网正面临巨大的挑战，这些挑战来自于科技、经济、社会和公共政策等不同的角度。
智能电网涵盖的范围是宽广的，具有巨大的复杂性。研究、开发、调度和运行经验等各个方面都有研究文献不断涌现。与此同时，我们也亟需一个知识的综合来源，可以涵盖智能电网的各个领域。《深入理解智能电网：基本原理、关键技术与解决方案》详细地介绍了我们在建设最终智能电网的漫长过程中应当采取的重要步骤。本书中的大量知识、工业经验和领导经验可用作智能电网这一激动人心的领域的学习基础资料，相信对于实践工程师、研发者、管理者和政策制定者来说都大有裨益。
《深入理解智能电网：基本原理、关键技术与解决方案》按智能电网项目的逻辑顺序编写。在第1章中，构建了未来智能电网的前景。在第2章中，讨论了多种可再生能源和储能设备。在第3章中，讲述了输电网和变电站的新技术。在第4章中，阐述了配电网的工程设计，包括网络配置、接地、继电保护和电能质量的相关问题。在第5章中，讨论了广域范围内输电网运行、保护和控制的相关问题。在第6章中，讨论了在应用分布式和可再生能源装置时智能配电网的性能，包括电压控制、潮流控制、能量管理、馈线保护和供电恢复等。智能计量提供了用户参与电力市场的新的可能性。在第7章中，讨论了如何建立市场来激励供电的和需求的利益相关者，还介绍了顺应智能电网政策的必要性。如果不讨论标准、信息、网络安全和协议的关键主题，ICT不可能成为智能电网的支柱技术。在第8章中，介绍了有关ICT的新进展。最后，在第9章中，总结了全球智能电网的进展，其反映了世界上各地区智能电网的特点和优点。
作为一个专业的同事，我要感谢Buchhholz博士和Styczynski教授，是他们付出了巨大的努力，才使这本有趣且内容丰富的书诞生。《深入理解智能电网：基本原理、关键技术与解决方案》对智能电网的研究开发、工程建设和教育方面做出了巨大贡献。

刘镇钦
美国华盛顿州立大学能源系统创新中心波音杰出教授和导师
爱尔兰都柏林大学电力系统教授

智能电网正在发展，《深入理解智能电网：基本原理、关键技术与解决方案》是此领域的重要的介绍性著作；其清晰地阐述了未来电网所引发的问题、挑战和新出现的解决方案。
——Benoit Robyns，能源技术，卷3 (2)