《智能电网能量转换原理、分析与优化》分能量形态转换、能量时空转换和电能优化控制三篇介绍了智能电网能量转化原理、分析与优化,主要内容包括:电网能量转换基础理论,大规模集中式机电能量转换,中小规模分布式能源的转换,大功率交直流输电技术,电力系统的储能技术,智能电网基本结构,能源系统的市场化机制,智能电网的基本优化方法。
《智能电网能量转换原理、分析与优化》内容理论联系实践,既适用于电气工程领域的相关工程技术人员、科研人员、高年级本科生和研究生使用,也可作为相关人员工作的参考用书。
近年来,风能、太阳能等可再生能源大规模接入电力系统,改变了电能的生产方式:电力电子技术的大量应用,为电能的生产、传输和利用,提供了高效的控制手段;全球能源互联网和电力市场化的深入发展,催生了新的技术应用和商业发展模式。可以预见,旧的电能生产、传输、分配技术逐渐将被新的智能电网技术替代,新知识和新经济将推动能源技术的变革,成为推动社会进步的重要力量。
为适应新知识和新经济的发展,笔者基于多年的积累和研究成果,得到了“教育部高教司产学合作协同育人——教学内容和课程体系改革项目”的资助,前后历经5年终于编成此书。与同类书籍相比,本书具有如下特点:
(1)介绍多种能量转换的基本原理,扩展了传统电磁能量转换的内涵。本书引入热力学、能源化学、光学等学科内容,覆盖了智能电网中的主要能量形式,扩展了以电磁理论为基础的传统《电机学》课程内容,体现了现代电力系统的基本内涵。
(2)迎接智能电网的新挑战,阐述未来发展的关键技术和方法。可再生能源的间歇性和不确定性给电网发展带来诸多挑战,电力电子技术、柔性控制技术、优化决策方法将成为未来电网发展的支撑技术和方法,本书综合阐述了电力系统领域的关键技术与相关应用,顺应了未来电力系统技术发展的方向。
(3)全面优化智能电网知识体系,展现多种能源形态的控制模式。随着微电网、直流配电网、能源互联网等技术的快速发展,电力市场基本理论和系统优化控制方法将成为未来电网的重要内容,本书期望展现未来电网的顶层结构和基本控制模式,使读者能够较全面理解智能电网知识体系。
本书撰写过程中,得到东北电力大学初壮副教授、国网技术学院宋志明等同仁的热心支持和帮助,刘伟波、高亚如、马腾、王宝财、刘懿莹、赵奇、张建标、赵亚东、魏文震、王洋、畅亮苏等研究生参与部分章节的资料搜集和整理,在此对他们表示衷心感谢。
因作者水平有限,错误和疏漏之处无法避免,恳请广大读者多批评、指正,期望与您共同进步。
李江:男,博士,副教授,硕士生导师,IEEE会员,中国电机工程学会会员、CIGRE青年会员。2010年7月,获华北电力大学电力系统及其自动化博士学位;2013年7月-2014年5月,赴美国康奈尔大学作访问学者;2014年6月-2015年2月,赴美国能源研究中心作助理研究员。近5年,在《中国电机工程学报》、《电力系统自动化》等学术期刊和国际会议上发表学术论文20余篇,SCI/EI收录18篇;获吉林省科技进步一等奖1项、二等奖3项。
前言
第1篇 能量形态转换
第1章 电网能量转换基础理论
1.1 电网中的能量转换过程
1.2 电能基本定律
1.3 磁能基本定律
1.4 机电系统分析基础
1.5 热力学基本定律
1.6 能源化学基本理论
1.7 太阳能的基本理论
参考文献
第2章 大规模集中式机电能量转换
2.1 旋转机电能量转换的参考坐标系变换
2.2 同步电机的机电能量转换基本方程
2.3 同步电机的参数与等效电路
2.4 异步电机的机电能量转换原理
参考文献
第3章 中小规模分布式能源的转换
3.1 太阳能电能转换原理与特性
3.2 化学能电能转换原理与特性
3.3 中小型的机械能电能转换原理与特性
参考文献
第2篇 能量时空转换
第4章 大功率交直流输电技术
4.1 概述
4.2 交流输电技术
4.3 直流输电技术
参考文献
第5章 电力系统的储能技术
5.1 物理储能
5.2 化学储能
参考文献
第6章 智能电网基本结构
6.1 智能电网总体结构
6.2 微电网
6.3 直流配电网
6.4 城市电网
6.5 全球能源互联网
参考文献
第3篇 电能优化控制
第7章 能源系统的市场化机制
7.1 电力市场与垂直管理体系
7.2 电力市场的基本理论
7.3 市场控制范围与能源使用效率
参考文献
第8章 智能电网的基本优化方法
8.1 概述
8.2 确定性优化方法:电力系统经济调度问题
8.3 动态规划方法:多阶段系统的决策问题
8.4 随机优化方法:不确定输电网的规划问题
参考文献
附录A 常用同步发电机参数
附录B 主动配电网系统参数
附录C IEEE 24节点测试系统参数