国际电气工程先进技术译丛 智能电网技术与应用.pdf

国际电气工程先进技术译丛智能电网技术与应用 斯里兰卡 阇那迦挨家纳雅克（Janaka Ekanayake）斯里兰卡 凯斯赛锐利亚纳杰（Kithsiri Liyanage）吴建中（Jianzhong Wu）著 日本 明彦横山（Akihiko Yokoyama）英国 尼克詹金斯（Nick Jenkins）师瑞峰 张 丽 焦润海 关志涛 等译机 械 工 业 出 版 社本书全面论述了智能电网的技术与应用，讨论了支撑智能电网系统运行的信息与通信技术（ICT），传感、测量、控制及自动化技术，以及新能源并网与需求侧管理所需的电力电子及储能技术。本书通过大量的例题对智能电网分析的方法应用进行了示例分析，使读者可以全面掌握智能电网相关的基础理论与方法应用要点。本书可作为高等院校电气工程、通信、自动化、能源动力工程等高年级本科生专业选修教材或低年级研究生的参考教材，同时也可供智能电网相关领域研究和工程技术人员参考。Copyright 2012 John Wiley&Sons，Ltd.All Right Reserved.This translation published under license.Authorizedtranslation from English language edtion，entitled Smart Grid：Technology andApplications，ISBN：978-0-470-97409-4，by Janaka Ekanayake，KithsiriLiyanage，Jianzhong Wu，Akihiko Yokoyama and Nick Jenkins，Published byJohn Wiley&Sons.No part of this book may be reproduced in any form withoutthe written permission of the original copyrights holder.本书中文简体字版由 Wiley 授权机械工业出版社独家出版，未经出版者书面允许，本书的任何部分不得以任何方式复制或抄袭。版权所有，翻印必究。北京市版权局著作权合同登记 图字：01-2012-5201 号。图书在版编目（CIP）数据智能电网技术与应用/（斯里）阇那迦挨家纳雅克（Janaka Ekanayake）等著；师瑞峰等译.北京：机械工业出版社，2016.11（国际电气工程先进技术译丛）书名原文：Smart Grid Technology and ApplicationsISBN 978-7-111-55038-9.智.阇师.智能控制-电网-研究.TM76中国版本图书馆 CIP 数据核字（2016）第 239223 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：顾 谦 责任编辑：顾 谦：马精明责任校对 潘 蕊 封面设计责任印制 李 洋：三河市国英印务有限公司印刷2017 年 1 月第 1 版第 1 次印刷169mm 239mm16.25 印张294 千字0 0013000册标准书号：ISBN 978-7-111-55038-9定价：79.00元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务服务咨询热线：010-88361066读者购书热线：010-68326294 010-88379203封面无防伪标均为盗版网络服务机 工 官 网：机 工 官 博： 者 序智能电网是以物理电网为基础，将先进的现代传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置，确保电力供应的安全性、可靠性、经济性，满足环保约束，保证电能质量、适应电力市场化发展为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。在节能减排、产业结构调整及新能源发电快速增长的新的能源发展形势下，如何提升新能源消纳能力、增强电网供电质量与可靠性，发展基于多能互补的低成本、高可靠度的智能电网技术是当前的研究与应用热点。本书不仅全面、系统地介绍了智能电网涉及的信息与通信技术（ICT），传感、测量、控制及自动化技术，新能源并网及需求侧管理的电力电子与储能技术，并且通过大量的例题展示了如何运用这些方法对智能电网进行分析，使读者可以全面掌握智能电网相关的基础理论与方法应用要点。此外，几位作者在智能电网理论研究和实际应用领域都有十分深厚的造诣，本书在理论和应用两方面都分别做了深入讨论与分析，适合各个层次的读者，使其有所受益。本书的主要内容包括：智能电网概述，面向智能电网的数据通信技术、信息安全技术，智能测量与需求侧整合，配电自动化设备，配电管理系统，输电系统运行，电力电子变换装置与应用，以及储能系统等。另外，书中在各个章节穿插大量方法应用例题，增强了方法应用的易懂、易用性。因此，本书无论对于课程学习、基础研究还是实际应用都具有宝贵价值，非常值得一读。本书由师瑞峰组织翻译并完成最后的修订和统稿。师瑞峰负责第 1、5、6、7、8 章的翻译，张丽负责第 9、10、11、12 章的翻译，焦润海负责第 2、3 章的翻译，关志涛负责第 4 章的翻译。参与翻译、录入、校对工作的还有王薇薇、崔灿、吴玥、张宁、张慧、郑士尧、史永锋、廖振宏、胡宇宸、孙常浩、马源、梁子航、杨阳等研究生。本书的翻译工作得到国家自然科学基金（61203100）与中央高校基本科研业务费（2016MS42）的资助，在此表示感谢。最后，感谢机械工业出版社电工电子分社顾谦老师在本书翻译过程中给予的持续关注和支持，促使本书最终得以完成出版。由于译者水平有限，难免会出现一些错误之处，敬请广大读者批评指正。师瑞峰2016 年 8 月 华北电力大学作 者 简 介Janaka EkanayakeJanaka Ekanayake 于 1990 年获得斯里兰卡佩拉德尼亚（Peradeniya）大学的电气与电子工程学士学位，并于 1995 年在英国曼彻斯特大学的科学与技术学院获得电气工程博士学位。他目前是英国卡迪夫（Cardiff）大学的一名高级讲师，在此之前曾是佩拉德尼亚大学电气与电子工程系的教授。他的主要研究方向包括电力电子应用、可再生能源发电与并网。他是一名注册工程师、IET（英国工程技术学会）会士、IEEE 电气与电子工程师协会（美）高级会员，IESL（斯里兰卡工程师学会）会员。他先后发表了 30 余篇相关的期刊论文，并合著 3 本专著。Kithsiri LiyanageKithsiri Liyanage 是斯里兰卡佩拉德尼亚大学电气与电子工程系教授。他于1983 年获得佩拉德尼亚大学的工学学士学位，并于 1991 年获得东京大学工学博士学位。他在 1993 1994 年间曾在华盛顿大学电气工程系从事访问研究，并于2008 2010 年间在东京大学电力与环境技术研究中心担任访问学者。他发表了30 余篇关于智能电网应用与控制方面的论文，其研究方向主要为智能电网下的ICT（信息与通信技术）应用。Jianzhong WuJianzhong Wu 分别于 1999 年、2001 年和 2004 年在中国天津大学获得学士、硕士和博士学位。他曾担任天津大学副教授，于 2006 年加入曼彻斯特大学。自2008 年开始担任卡迪夫大学工程学院讲师。他的主要研究方向包括电力基础设施和智能电网。他承担着数项欧盟持续项目和其他基金项目。作为 IET、IEEE和 ACM 计算机协会（美）会员，他发表了 30 余篇论文，并合著 1 本专著。Akihiko YokoyamaAkihiko Yokoyama 分别于 1979 年、1981 年和 1984 年在日本东京大学获得学士、硕士和博士学位。自 2000 年起担任东京大学电气工程系教授。他曾作为访问学者在德州大学阿灵顿分校、加州大学伯克利分校从事过研究。他的主要研究方向包括电力系统分析与控制、智能电网。他是日本电气工程学会（IEEJ）的高级会员，日本工业与应用数学学会（JSIAM）、IEEE 及 CIGRE（国际大电网协会）会员。Nick JenkinsNick Jenkins 于 1992 2008 年在曼彻斯特大学工作，其后担任卡迪夫大学的可再生能源专业教授。他具有 14 年的工业界从业经历，其中 5 年在发展中国家。在卡迪夫大学，他开创了关于电力能源工程和可再生能源的教学及科研工作。他目前是 IET、IEEE 及皇家工程院的会士。他是 CIGRE 的杰出会员，2009 2011年期间担任美国斯坦福大学大气与能源项目的 Shimizu 访问教授。作 者 简 介 原 书 前 言全球电力正在经历着由无碳电力供给带来的深刻变革：在更换现有老化设备的同时，更多地将新近发展的信息与通信技术（ICT）引入到电力系统。所有这些需求都可以通过智能电网方案获得解决。智能电网技术采用先进的 ICT 控制新能源系统可靠、高效地发电。尽管现有高压输电系统中已经建立了一些 ICT 基础设施，但实时通信在用户或分布式系统（回路）中尚不多见。智能电网的设想是给低压电网提供更大的可视化，并使用户能够通过智能电表和智能家庭方案参与到电力系统的运行中。智能电网可以提供更好的能源效率，且在更大程度上支撑可再生能源的利用。当前，关于智能电网的研究与发展在美国、英国、中国、日本和欧洲等国家和地区得到了大力支持。它是国际上重要的研究主题和潜在的商业利润增长方向。本书写作初衷是提供一些对智能电网基本概念的讨论与见解，并对实现这些技术的细节展开部分描述。尽管当前智能电网的定义并不完备，但本书无疑对关键的可行技术进行了前瞻性的探讨，这对读者了解电力系统的发展现状和参与未来智能电网的讨论大有裨益。本书是作者们在中国、日本、斯里兰卡、英国和美国的本科生与研究生教学过程中的经验总结，也是作者们相关研究工作的展示。本书内容主要分为三大技术主题：1）第 1 部分为 ICT（第 2 4 章）；2）第 2 部分为传感、测量、控制及自动化技术（第 5 8 章）；3）第 3 部分为电力电子与储能技术（第 9 12 章）。本书展示的三大类技术主题彼此相对独立。对电力系统或能源专业的工学或理学硕士生课程而言，第 2 4 章、第 5 7 章以及第 9 11 章之间的相关性更强一些；但对通用性更强的智能电网课程而言，选择第 2 5 章、第 9 章、第 12 章等内容则更为恰当。本书技术内容包括了不同的专题，可以拓展不同学科工程技术人员的知识体系，以帮助他们更好地投入到智能电网的建设中。原 书 致 谢我们非常感谢那些为本书作出积极贡献的同事和朋友，没有他们的付出，本书难以如此顺利完成。尤其要感谢东芝公司、S&C 电气欧洲有限责任公司、东京电力公司、日本风电公司和天大求实电力新技术有限责任公司等企业为本书提供的大量图片。非常感谢 John Lacari 为本书数值算例所做的校验工作；Jun Li-ang、Lee Thomas、Alasdair Burchill、Panagiotis Papadopoulos、Carlos Ugalde-Loo和 Iaki Grau 等人为第 5 章、第 11 章和第 12 章提供的信息；Mahesh Sooriyaban-dara 对某些章节的校对；以及 Luke Livermore、Kamal Samarakoon、Yan He、Sug-ath Jayasinghe 及 Bieshoy Awad 等人给予的帮助。缩略语对照表2-D 2-dimensional 二维3-D 3-dimensional 三维3G 3rd Generation mobile systems 第三代移动通信系统3GPP 3rd Generation Partnership Project 第三代合作项目ACL Asynchronous Connectionless Link 异步无连接链路ADC Analogue to Digital Conversion or Con-verter