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  • 智能电力系统与智能电网

    《智能电力系统与智能电网》是清华大学出版社出版的图书,作者是卢强、何光宇、陈颖、张雪敏。本书内容丰富且具有启发性,适用于从事智能电力系统和智能电网研究的科技人员参考学习,也可以作为参考书应用于电力系统专业研究生的教学和辅导。

    编辑摘要

    目录

    图书简介:/智能电力系统与智能电网 编辑


      本书从概念、架构、理论基础、关键技术和工程实践等方面对智能电力系统以及它与智能电网(smart grid)的关系进行了较为系统的阐述。书中主要内容包括: 智能电力系统的定义;电力混成控制论概要;智能电力系统的基础设施和平台;智能电力系统运行的标准指标体系;智能能量管理系统(SEMS)及其关键技术;智能电网概念和技术。
      书中所介绍的理论和方法为我国智能电网技术的发展提供了有力的支撑,所提出的智能电力设备、智能电力系统和智能调度等技术方案可作为工程技术人员参考的范本。 

    前言/智能电力系统与智能电网 编辑

    随着通信技术、测量技术、计算机科学与技术和控制理论与技术的发展,以及新的一次与二次设备(如FACTS设备、非线性优化镇定器NOPSS、分散的无功补偿器DSTATCOM、滤波器和PMUS等)在电力系统中的广泛使用,人们对当代和未来电力系统也有了更高要求和期望。国内外学者先后提出了数字电力系统[1]、智能电力系统[24]、智能调度控制中心、先进调度自动化系统(AEMS)和智能电网(smart grid)、微网(microgrid)等一系列概念来描述未来电力系统和电网的可能形态。
      这些概念的提出已有时日,但对于数字电力系统与智能电力系统和智能电网之间的关系,它们的实质和定义,建设目的,以及怎样去实现等问题仍不十分清晰。本书提出智能电力系统是数字电力系统的初始阶段,是数字电力系统总概念中的一个子概念;并提出智能电力系统是具有多指标自趋优运行能力的电力系统。具有这种能力的电力系统自然是聪慧的(smart)、智能的(intelligent)。全书从概念、架构、理论基础、组成和工程实践等方面对智能电力系统以及其与奥巴马总统不止一次提出的智能电网(smart grid)的关系进行了较为系统的阐述。
      第1章旨在阐明智能电力系统概念,阐述其主要结构及建设意义,同时对国内外相关研究工作做了简要介绍,希望就未来电力系统发展可能形态对读者有一个简要的交代。
      第2章给出了实现上述目标所依托的基本理论,即电力混成控制论。针对如电力系统这一类超高维的非线性系统,现有的理论方法和技术皆难以支撑多指标趋优化控制的实现。本书作者的研究结果使这一长期苦苦在昏暗中探求的问题豁然开朗。智能电力系统需要采用基于事件驱动的多指标趋优化控制的理论和方法,以消除不满意状态为控制目的,让电力系统始终运行在足够满意状态下,从而实现系统的多指标自趋优运行。故可认为电力混成控制理论是使建设智能电力系统至少是智能调度目标得以实现的理论基础。
      第3章及第4章介绍了智能电力系统基础设施和基础支撑平台。第3章主要介绍智能电力系统工程实现的基础设施,即数字化变电站、数字化发电厂和数字化线路等。它们一方面为全局共享提供数据来源,另一方面则为协同调控提供手段,是智能电力系统中不可或缺的“上行”和“下达”的构件。第4章介绍了基础通信平台和数据共享平台。基础通信平台是实现数据全局共享的物理传输平台,介绍了基础通信平台需求、实现所用架构及关键技术。数据共享平台是实现数据全局共享的逻辑传输平台,由通用数据访问接口、公用数据模型和数据交换单元构成。其中,通用数据访问接口实现了数据访问方式与应用之间的独立性;公用数据模型实现了数据表示与应用的独立性;数据交换平台实现了数据处理和数据存储位置的独立性,从而达成了数据结构的一致性,形成了数据共享机制,以实现业务的无缝连接。
      []前言智能电力系统与智能电网第5~7章介绍了实现智能电力系统所需关键技术。其中,第5章介绍了智能电力系统运行标准指标体系,所建立的这一标准指标体系用于评估电力系统是否处于多指标趋优运行状态。第6章介绍了事件分析与处理中的核心技术,即高可信度的状态估计技术和高收敛性的最优潮流技术。第7章介绍了智能电力系统可视化技术,这是机器智能与运行人员智能对接的窗口。
      第8章向读者剖析了智能电力系统的工程实现亦即智能电力调度自动化系统(smarter EMS, SEMS)。其中,第8章介绍了SEMS的概念、组成、关键算法和实现方式。SEMS是世间最早诞生的一个智能电力系统的婴儿。为了不割断历史,这个婴儿还是沿用了他的“祖辈”称谓——EMS。他现在虽然还处于他的孩提时代,但他必将成长为受中国和世界所有电力系统欢迎和乐意接纳的宾客,并最终成为主人。SEMS基于电力混成控制理论,可实现系统的多目标自趋优化运行。
      第9章介绍了目前学术界和工业界共同关注的一些智能电网相关的定义、内容和新技术,包括分布式能源技术、大储量长寿命储能技术、电网与用户互动新技术和配电网运行控制,特别是网络重构(自愈)新技术等。这些新技术的提出和发展丰富了配电网和用户侧的调控手段,提高了电力系统供电可靠性经济性和质量,增强了用户在电力供应中的交互能力,促进智能电力系统的发展。
      总的来说,本书从理论与实战相结合的高度对电力系统的发展趋势尽可能科学地进行预估,提出了整体的解决思路、理论和方法,明示出电力系统调度自动化领域科技创新的方向,希望能为智能电力系统以及智能电网在我国的建设提供一条可行的途径。
      本书是作者近年来在国家“973”项目、国家自然科学基金项目、国网公司和南网公司资助下从事智能电力系统及智能电网方面研究的阶段小结。
      智能电力系统和智能电网是一门新兴的学科和工程实践领域,它的发展需要的是全国乃至世界有关学者和工程技术专家们的共同努力、创新和不懈的实践。

    作者
      2012年12月于清华园

    目录/智能电力系统与智能电网 编辑


      第1章引言1
      1.1数字电力系统概念的回顾1
      1.2智能电力系统定义2
      1.2.1智能电力系统与智能广域机器人2
      1.2.2SEMS与智能电力系统在中国3
      1.3智能电力系统建设意义4
      1.3.1灾变防治能力根本性提高4
      1.3.2经济运行指标和电能质量的显著改善5
      1.4国外研究现状6
      1.4.1IECSA项目6
      1.4.2电力系统无缝的通信架构7
      1.4.3PJM先进控制中心8
      1.4.4IBM智能公用网络8
      1.4.5高级配电自动化系统9
      1.5小结9
      第2章电力混成控制论概要11
      2.1引言11
      2.2若干基本概念11
      2.3状态空间的两分法则14
      2.4趋优状态空间15
      2.5Euclid Math OneEAp变换与Euclid Math OneCAp变换17
      2.6二级变换的几何解释18
      2.7事件启动控制,控制消除事件182.8时间基与事件基19
      2.9电力混成控制系统——智能电力调度自动化系统结构20
      2.9.1电力混成控制系统的数据源和数学模型20
      2.9.2SEMS结构剖析21
      2.10小结25
      []目录智能电力系统与智能电网第3章智能电力系统的基础设施27
      3.1引言27
      3.2数字化变电站27
      3.2.1数字化变电站的定义27
      3.2.2数字化变电站建设基本内容28
      3.3数字化发电厂34
      3.3.1数字化发电厂定义34
      3.3.2数字化发电厂建设基本内容35
      3.4数字化线路38
      3.4.1数字化线路的定义38
      3.4.2数字化线路建设的基本内容38
      3.5小结45
      第4章智能电力系统的基础平台46
      4.1引言46
      4.2基础通信平台46
      4.2.1基础通信平台的需求46
      4.2.2基础通信平台的架构与技术50
      4.3数据共享平台56
      4.3.1数据共享平台的需求56
      4.3.2数据共享平台的架构与技术57
      4.3.3以先进状态估计为内核的实时数据共享61
      4.4小结61
      第5章智能电力系统运行标准指标体系63
      5.1引言63
      5.2标准指标系的建立64
      5.2.1智能电力系统的核心需求64
      5.2.2标准指标系的构建65
      5.2.3标准指标系的构建原则66
      5.3安全性指标68
      5.3.1电压安全域最短半径及其计算方法69
      5.3.2小干扰安全域最短半径及其计算方法72
      5.3.3暂态安全域最短半径及其计算方法74
      5.3.4安全性指标计算算例76
      5.4互联电力系统控制性能指标79
      5.4.1互联电网有功控制性能指标79
      5.4.2互联电网无功控制性能研究82
      5.5小结93
      第6章事件分析与处理技术94
      6.1引言94
      6.2先进状态估计算法95
      6.2.1测量不确定度96
      6.2.2先进状态估计主要思想97
      6.2.3先进状态估计方法介绍98
      6.2.4先进状态估计方法特点101
      6.2.5算例101
      6.3基于约束变换技术的最优潮流求解算法103
      6.3.1OPF模型103
      6.3.2算法步骤106
      6.3.3算例分析107
      6.4小结110
      第7章智能电力系统可视化111
      7.1引言111
      7.2智能电力系统可视化内容112
      7.2.1运行状态可视化112
      7.2.2从状态可视化到监控可视化114
      7.3拓扑图形自生成116
      7.3.1基本思想116
      7.3.2单线图自生成117
      7.3.3厂站主接线图自生成120
      7.4快速图形渲染算法122
      7.4.1空间插值算法123
      7.4.2网格合并法124
      7.4.3应用实例125
      7.5小结127
      第8章智能能量管理系统129
      8.1引言129
      8.2SEMS的含义与特征129
      8.2.1SEMS的含义129
      8.2.2SEMS的特征130
      8.2.3SEMS与EMS131
      8.3SEMS组成131
      8.3.1事件分析系统132
      8.3.2事件处理系统133
      8.3.3调度员决策系统134
      8.4SEMS中事件分析模型135
      8.4.1安全稳定类事件判断135
      8.4.2电能质量类事件判断136
      8.4.3经济运行类事件判断136
      8.5SEMS中事件处理模型136
      8.5.1安全稳定类事件处理136
      8.5.2电能质量类事件处理138
      8.5.3经济运行类事件处理138
      8.6SEMS中可调控资源139
      8.6.1按控制所利用的信息分类140
      8.6.2按控制响应时间分类141
      8.6.3按所控制的电网运行状态分类141
      8.7SEMS的分层分级架构141
      8.8小结142
      第9章智能电网143
      9.1引言143
      9.2智能电网定义144
      9.3改善观念,建设现代化配供电网145
      9.4让负荷成为“调峰”的主体146
      9.5智能电网的双侧能量管理系统147
      9.5.1用户智能调度自动化系统(USEMS)147
      9.5.2配电网智能调度自动化系统(DSEMS)148
      9.6发展新技术,实现DSEMS149
      9.6.1新型可再生能源利用150
      9.6.2储能技术158
      9.6.3经济互动用电技术166
      9.6.4配电网运行控制新技术169
      9.7小结173
      索引175
      参考文献179

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