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第1章 可再生能源系统不确定性建模技术的分类研究1

1.1 简介1

1.2 概率方法2

1.2.1 蒙特卡洛模拟法2

1.2.2 点估计法3

1.2.3 基于场景的决策4

1.3 风力发电和负荷的不确定性建模5

1.3.1 风力发电建模5

1.3.2 负荷的概率建模6

1.3.3 负荷的可能性建模7

1.4 仿真结果8

1.4.1 蒙特卡洛模拟法9

1.4.2 点估计法10

1.4.3 基于场景的方法10

1.4.4 基于混合的方法13

1.5 未来研究方向14

1.6 小结15

致谢15

参考文献15

第2章 风电总量的概率建模和统计特征17

2.1 简介17

2.2 风电总量的一般特征18

2.2.1 风电总量的不确定性18

2.2.2 风电总量的波动性20

2.3 独立风电场模型20

2.3.1 风速概率模型21

2.3.2 理想风机输出功率曲线22

2.3.3 理想风电场模型24

2.3.4 非理想化风电场建模26

2.4 地理多样性27

2.4.1 理论基础28

2.4.2 不确定性和波动性推导28

2.4.3 瞬时风电的相关性29

2.4.4 风电变化的相关性30

2.4.5 影响相关性的其他因素31

2.4.6 风电依赖结构31

2.4.7 多变量模型与仿真33

2.4.8 实际问题34

2.5 风电总量模型34

2.5.1 瞬时风电总量模型34

2.5.2 β分布参数选择35

2.5.3 风电总量变化模型36

2.5.4 拉普拉斯分布参数选择36

2.5.5 变化周期的影响38

2.6 风电总量的统计特征39

2.6.1 数据集描述40

2.6.2 不确定性的统计分析40

2.6.3 波动性的统计分析41

2.6.4 容量对不确定性和波动性的影响42

2.7 小结43

参考文献43

第3章 GaAs太阳电池转换效率的改进46

3.1 简介46

3.1.1 太阳能背景知识46

3.2 薄膜太阳电池的基本结构48

3.3 AR涂层和SWG结构的背景知识50

3.3.1 AR涂层50

3.3.2 蛾眼工作原理51

3.4 纳米光栅结构设计54

3.5 纳米结构仿真的FDTD软件55

3.5.1 FDTD仿真方法的基本原理55

3.5.2 FDTD方法的二维方程55

3.5.3 Lorentz-Drude模型57

3.6 仿真结果与分析59

3.7 不同纳米光栅的最小光线反射62

3.8 小结63

致谢64

参考文献64

第4章 新兴SMES技术在能量存储系统和智能电网中的应用66

4.1 简介66

4.2 能量存储技术67

4.3 SMES电路和控制技术68

4.3.1 工作原理68

4.3.2 控制与保护原理71

4.3.3 一种新型数字预测控制方法的原理与实现73

4.4 实验验证与特性分析76

4.4.1 实验样机设计76

4.4.2 实验验证与比较77

4.5 SMES装置的发展现状83

4.6 SMES应用拓扑和性能评估85

4.6.1 基本的VSC和CSC应用拓扑85

4.6.2 电力电网中的集成应用拓扑87

4.6.3 电力电网中SMES的应用89

4.7 SMES在智能电网中的应用前景94

4.7.1 SMES在现代电力系统中的应用案例94

4.7.2 未来智能电网中SMES的应用前景和分析98

致谢103

参考文献103

第5章 用于可再生能源发电机组与中压智能微电网直接集成的无升压变压器的多电平变换器108

5.1 简介108

5.2 多电平变换器拓扑110

5.2.1 中性点钳位变换器112

5.2.2 快速充电电容变换器114

5.2.3 模块化多电平级联变换器115

5.3 多电平变换器拓扑的选择116

5.4 变换器电平个数的选择119

5.5 基于FPGA的开关控制器121

5.6 高频链路MMC变换器123

5.7 小结126

参考文献127

第6章 大规模可再生能源发电的互连规则综述129

6.1 简介129

6.2 电网互连规则的必要性131

6.2.1 资源的可变性与不确定性131

6.2.2 发电厂位置131

6.2.3 发电技术及系统条件131

6.3 电网标准研究131

6.4 电网互连中的主要技术问题132

6.4.1 静态规则133

6.4.2 电能质量137

6.4.3 扰动期间和扰动后的动态规则139

6.5 大规模光伏发电站的电网标准143

6.6 总结和未来趋势143

6.7 小结144

参考文献145

第7章 大规模可再生能源富电网的弹性分析：基于网络渗流的方法147

7.1 简介147

7.2 系统模型148

7.3 渗流和网络弹性150

7.4 连通性测度-度中心性153

7.5 独立性测度-紧密中心性154

7.6 通信控制测度-介数中心性156

7.7 仿真结果159

7.8 小结162

参考文献162

第8章 未来电网的频率控制和惯性响应方案164

8.1 简介164

8.2 系统频率响应168

8.3 风力发电的频率响应172

8.4 风力发电频率响应控制器174

8.4.1 风机级控制器174

8.4.2 调节器响应控制器178

8.4.3 风电场级控制器183

8.4.4 电力系统级控制器184

8.5 合成或人工惯性186

8.6 高压直流输电系统提供频率响应188

8.7 小结193

参考文献193

第9章 大规模可再生能源的有功功率和频率控制197

9.1 简介197

9.2 有功功率控制的传统方案198

9.2.1 主级有功功率／频率控制198

9.2.2 辅助高级控制199

9.2.3 多机四区域电力系统示例201

9.3 适用情况203

9.3.1 市场环境下的功率／频率控制204

9.3.2 可再生能源渗透的功率／频率控制207

9.3.3 互连系统交流／直流输电线下的功率／频率控制214

9.4 先进控制概念在有功功率控制中的应用220

9.4.1 应用于LFC系统的先进LQR控制器设计220

9.4.2 先进控制应用的一般示例224

9.5 小结226

附录227

参考文献228

第10章 相关性风电高渗透对电力系统可靠性的影响230

10.1 简介230

10.2 基于非序贯MCS的可靠性评估231

10.3 相关时变元素232

10.4 时变变量表征模型233

10.5 实验结果235

10.5.1 案例1：可变负荷和无风电场237

10.5.2 案例3：约束输电网络238

10.5.3 案例4：三风电场和可变负荷240

10.6 小结240

参考文献241

第11章 海上风电场的高压直流输电243

11.1 简介243

11.2 海上风电面临的挑战244

11.3 海上电网：交流与直流拓扑246

11.4 海上风能能量变换系统的不同概念248

11.5 海上风能高压直流输电的线路换相变换器249

11.6 海上风电高压直流输电的电压源型变换器251

11.7 海上风电高压直流输电的新趋势252

11.7.1 混合拓扑252

11.7.2 模块化多电平变换器255

11.8 电缆技术257

11.9 小结258

参考文献259

第12章 风电场保护262

12.1 简介262

12.2 传统发电机组布局263

12.3 风电场布局263

12.4 风电场与传统发电保护263

12.5 故障穿越标准、保护和协调控制264

12.6 案例研究266

12.6.1 所研究电网266

12.7 风电场并网动态故障研究267

12.7.1 模型阶次对故障电流或电压的影响267

12.7.2 时间步长对故障电流或电压的影响267

12.7.3 短路电阻对故障电流或电压的影响268

12.7.4 风力发电机组比较故障分析269

12.8 研究结果的意义270

12.8.1 类型1和类型2风力发电机组的保护性能272

12.8.2 类型3风力发电机组的保护性能273

12.8.3 类型4风力发电机组的保护性能273

12.8.4 风力发电机组的保护性能总结274

12.9 小结274

附录275

参考文献277

第13章 风电场和FACTS设备对距离继电器性能的影响278

13.1 简介278

13.2 距离继电器建模280

13.3 基于变换器的系统对距离继电器性能的影响285

13.3.1 风电场（DFIG方案）285

13.3.2 测试系统286

13.3.3 STATCOM288

13.3.4 UPFC291

13.3.5 串联补偿293

13.3.6 非滤波频率分量输入信号在距离继电器阻抗估计中的作用295

13.4 以Prony法为滤波技术的距离保护算法300

13.4.1 Prony法300

13.5 距离保护算法分析302

13.5.1 接触误差补偿（风电场）302

13.5.2 接触误差补偿（STATCOM）303

13.5.3 接触误差补偿（UPFC）303

13.5.4 接触误差补偿（串联补偿）303

13.5.5 接触误差补偿（实际故障事件）304

13.6 结果分析306

13.7 小结306

参考文献307

第14章 大规模海上风电场网状VSC-HVDC输电系统的保护方案309

14.1 简介309

14.2 多端网状直流风电场网络310

14.2.1 多端网状直流风电场拓扑310

14.2.2 保护测试研究的超级电网结构311

14.3 大规模网状电力系统直流故障分析313

14.3.1 适合直流故障分析的电缆建模313

14.3.2 直流母线故障315

14.4 网状直流系统保护方案315

14.4.1 大功率直流开关设备配置316

14.4.2 直流断路器继电器协调关系318

14.4.3 保护方案319

14.4.4 无中继通信的保护选择321

14.5 直流风电场保护仿真结果323

14.5.1 直流径向电缆短路／接地故障条件324

14.5.2 直流回路电缆短路／接地故障条件326

14.5.3 直流母线短路／接地故障条件326

14.5.4 电缆模型比较328

14.6 小结329

参考文献329

第15章 新兴无刷双馈磁阻风力发电机组的控制331

15.1 简介331

15.2 动态模型333

15.3 控制器设计334

15.4 控制原理336

15.4.1 矢量控制336

15.4.2 磁场定向控制338

15.4.3 BDFRG风机工作条件338

15.4.4 最优控制策略339

15.4.5 风机特性339

15.5 初步实验结果340

15.6 小结343

参考文献344

第16章 间歇性风力发电的能源中心管理346

16.1 简介346

16.1.1 问题提出346

16.1.2 相关工作回顾348

16.2 风险管理348

16.3 问题描述350

16.3.1 能源中心建模350

16.3.2 火电机组约束351

16.3.3 风电、电价和需求等关键问题的不确定性建模352

16.3.4 决策变量355

16.3.5 目标函数356

16.4 仿真结果356

16.4.1 数据356

16.4.2 Pareto最优前沿测定358

16.4.3 最终解的选择359

16.5 讨论366

16.6 小结366

附录366

附录A 场景缩减技术366

附录B Pareto最优性367

附录C 模糊满意度方法367

参考文献368

第17章 基于IEC公共信息模型的智能电网交互性和知识表示方法370

17.1 简介370

17.2 智能电网的概念371

17.3 交互性理论372

17.3.1 工程系统的交互性375

17.3.2 交互性和面向服务的体系结构376

17.3.3 交互性和CIM377

17.4 应用案例377

17.5 智能电网标准架构378

17.6 IEC CIM380

17.6.1 CIM作为电力域的本体382

17.6.2 CIM与其他标准的协调统一382

17.7 信息集成与知识表示383

17.8 小结384

参考文献385