微电网

译者序
原书序
原书前言
作者简介
第1章微电网的概念
1.1引言
1.2微电网是分布式电源接入的工具
1.3微电网含义的澄清
1.3.1什么是微电网
1.3.2什么不是微电网
1.3.3微电网与虚拟发电厂
1.4微电网的运行与控制
1.4.1微电网中的可控元素
1.4.2微电网的运行策略
1.5微电网的市场模型
1.5.1简介
1.5.2微电网的内部市场与商务模型
1.5.3微电网的外部市场与监管
1.6微电网的应用现状与展望
参考文献
第2章微电网控制
2.1引言
2.2控制功能
2.3信息与通信技术的作用
2.4微电网控制架构
2.4.1分层控制
2.4.2微电网运营商
2.5集中控制与分散控制
2.6预测
2.6.1简介
2.6.2负荷预测
2.6.3风电与光伏发电预测
2.6.4热需求预测
2.6.5电价预测
2.6.6预测的不确定性评价
2.7集中控制
2.7.1经济运行
2.7.2电能市场的参与
2.7.3数学模型
2.7.4求解方法
2.7.5研究案例
2.7.6案例结果
2.8分散控制
2.8.1多代理系统理论
2.8.2代理通信与发展
2.8.3代理通信语言
2.8.4代理本体与数据模型
2.8.5微电网控制的协调算法
2.8.6博弈论与市场规则的算法
2.8.7可扩展性与先进架构
2.9状态估计
2.9.1简介
2.9.2微电网状态估计
2.9.3模糊状态估计
2.10小结
附录2.A微电网案例研究
参考文献
第3章智能本地控制器
3.1引言
3.2微电网逆变器控制
3.2.1有功功率控制
3.2.2电压调节
3.3多逆变器的控制策略
3.3.1主从控制
3.3.2多主逆变器控制
3.3.3VSI的下垂控制
3.3.4辅助服务
3.3.5二次控制（可选）
3.4线路参数对频率和电压下垂控制的影响
3.4.1低压电网的功率传输
3.4.2低压电网中下垂控制的比较
3.4.3下垂控制的间接实现
3.5提高稳定性的新型本地控制方法的发展与评价
3.5.1控制算法
3.5.2孤岛模式的稳定性
3.5.3互联运行的稳定性
3.6小结
参考文献
第4章微电网保护
4.1引言
4.2微电网保护所面临的挑战
4.2.1配电系统保护
4.2.2配电网馈线过电流保护
4.2.3配电网馈线过电流保护和分布式电源
4.2.4并网模式下的微电网外部故障
4.2.5并网模式下的微电网内部故障
4.2.6并网模式下的用户终端故障
4.2.7孤岛模式下的微电网内部故障
4.2.8孤岛模式下的用户端故障
4.3微电网自适应保护
4.3.1简介
4.3.2基于提前计算整定值的自适应保护
4.3.3并网模式下不含分布式电源的微电网保护
4.3.4并网和孤岛模式下有同步型分布式电源接入的微电网
4.3.5基于实时计算整定值的自适应保护系统
4.3.6自适应保护的通信体系和协议
4.4利用故障电流源实现孤岛模式下的有效保护
4.5微电网故障电流限制
4.6小结
附录4.A.1中压/低压微电网集中式自适应保护系统
附录4.A.2FCS样机的描述
参考文献
第5章多微电网的协调运行
5.1引言
5.2多微电网控制与管理架构
5.3电压/无功协调控制
5.3.1简述
5.3.2数学模型
5.3.3推荐方法
5.3.4微电网稳态等值
5.3.5工具的开发
5.3.6主要成果
5.4频率协调控制
5.4.1分层控制概述
5.4.2分层控制细节
5.4.3主要成果
5.5紧急功能（黑启动）
5.5.1恢复规则
5.5.2黑启动程序案例
5.6动态等值
5.6.1微电网动态等值方法
5.6.2微电网系统的定义
5.6.3微电网动态等值方法的发展
5.6.4仿真主要结果
5.7小结
参考文献
第6章典型试点：成功案例与经验教训
6.1引言
6.2欧洲微电网项目综述
6.2.1在Gaidouromandra的Kythnos岛微电网（希腊）现场试验：孤岛系统的分散、智能负荷控制
6.2.2在曼海姆（Mannheim）市的现场试验:从并网模式切换为孤岛模式
6.23Bronsbergen微电网（荷兰）：孤岛运行和智能储能
参考文献
6.3美国的智能电网项目概述
6.3.1研发项目和示范项目
6.3.2项目总结
参考文献
6.4日本微电网项目概述
6.4.1区域电网项目
6.4.2电网技术项目
6.4.3新墨西哥州的示范项目
6.5中国微电网项目概述
6.5.1岛屿上的微电网
6.5.2工业、商业和住宅区的微电网
6.5.3偏远地区的微电网
参考文献
6.6智利的离网微电网
6.6.1项目描述
6.6.2需求侧管理
参考文献
第7章微电网的技术、经济、环境与社会效益量化
7.1微电网潜在效益概述
7.1.1微电网经济效益
7.1.2微电网技术效益
7.1.3微电网环境和社会效益
7.2效益量化研究方案
7.2.1仿真与分析方法
7.2.2欧洲微电网研究案例
7.3标准测试条件下的微电网效益量化
7.3.1标准测试条件定义
7.3.2能量平衡结果
7.3.3技术效益
7.3.4经济效益
7.3.5环境效益
7.3.6提高可靠性
7.3.7微电网发展的社会效益
7.4外部市场价格和定价策略的影响
7.4.1灵敏度分析
7.4.2能量平衡对外部市场价格和定价策略的灵敏度
7.4.3技术效益（损耗）对外部市场价格和定价策略的灵敏度
7.4.4经济效益对外部市场价格和定价策略的灵敏度
7.4.5环境效益对外部市场价格和定价策略的灵敏度
7.5微电网运行策略的影响
7.6欧洲微电网效益量化
7.7小结
参考文献

这是一本理解、分析和评价微电网的书籍。微电网是一种新颖的配电网结构，它能充分发挥分布式能源的应用潜力，已成为未来智能电网的重要组成部分。在本书中，微电网定义为，包含分布式电源、储能装置和可控负荷的配电系统，以协调控制的方式既可并入主电网运行，又可孤岛运行。微电网区别于其他含分布式电源的简单配电馈线的主要特征是对分布式电源的协调控制，尤其是通过发电和用电优化实现效益最大化是微电网高效能源管理的关键。然而，有关微电网设计、运行和控制等技术的挑战也出现了。考虑当前电力市场环境的微电网经济评价和从所有者角度出发的效益量化评估也成为同等重要的问题。 虽然人们早已意识到微电网对岛屿和偏远、离网系统所带来的好处，但对于微电网的讨论从2000年初才开始。现如今，微电网被推荐为关键基础设施、校园、偏远通信基站、军队设施和公用电网的重要供电解决方案，具有稳定增长的市场前景。本书将满足熟悉中低压配电系统的电气工程师、电网运行人员、电力系统研究者和学术人士研究微电网技术的需求，也是系统规划人员、电网调度人员、技术供应商和制造商、政府监管人员和电力系统研究生的重要参考书籍。 书陈述的成果源自欧盟两个研究项目框架下长达6年的欧洲合作研究工作。这两个项目是，由第5框架项目（1998~2002年）资助的“微电网：大规模微源接入低压电网”，以及随后的由第6框架项目（2002~2006年）资助的“多微电网：多微电网的先进架构与控制”。本书主编协调组织了这个研究联合团队，包括工业伙伴、电力公司和来自12个欧盟国家的各学术研究团队，书中的一些重要信息和实践结论均来自这两个研究项目。本书尝试阐述综合性电力系统结构下微电网的地位，聚焦微电网、多微电网的底层和第二层控制管理中的重要发现，也从经济、环境、运行和社会角度提供微电网效益的量化评估结果。除了欧盟项目，本书还提供了包括美国、日本、中国和智利在内的微电网试点项目的综述与分析。 第1章的标题是“微电网的概念”,合作作者是Christine Schwaegerl和Liang Tao。本章阐述了微电网的特征，重点描述了区别于其他诸如虚拟发电厂的分布式电源结构的重要特点。这些特点与运行控制、市场模型和监管设置的影响有关，为欧洲微电网的发展提供了典型的路线图。 第2章的标题是“微电网控制”，合作作者是Aris Dimeas、Antonis Tsikalakis、George Kariniotakis和George Korres。本章主要讨论了微电网的一个关键特征，即能源管理，给出了微电网运行中划分的控制层级，讨论了集中控制和分散控制的原理与主要功能，包括功率预测和状态估计。然后以实践中的案例为基础分析了集中控制的功能，最后回顾了多代理的基本概念及其在微电网分散控制中的应用。 第3章的标题是“智能本地控制器”，合作作者是Thomas Degner、Nikos Soultanis、Alfred Engler和Asier Gil de Muro。本章给出了分布式电源控制器的基本控制能力，重点是并网模式下的辅助服务和调频调压功能、离网运行模式以及两种模式转换的暂态过程；强调了低压微电网的典型特点——高电阻/电抗比；提供了能够克服相关问题的基于虚拟阻抗的控制算法和典型的仿真结果。 第4章的标题是“微电网保护”，合作作者是Alexandre Oudalov、Thomas Degner、Frank van Overbeeke和José Miguel Yarza。本章主要讨论了微电网有效的保护方法，其中大部分挑战在于分布式电源多变的运行条件、分布式电源电力电子接口的短路电流抑制及偶然出现的短路水平增加等。本书提出了基于超前计算和在线计算整定的两种自适应保护技术，也讨论了由专门的设备增加短路电流水平的技术和短路电流限制的可能途径。 第5章的标题是“多微电网的协调运行”，合作作者是Joo Abel Peas Lopes、André Madureira、Nuno Gil和Fernanda Resende。本章研究了配电系统中多个低压微电网的运行及其与中压系统的发电机与可控负荷的协调控制，提出了分层管理架构，分析了无功电压协调控制和频率协调控制，基于实际的配电网开展了仿真研究，并为微电网的黑启动能力提供了自恢复导则，最后还讨论了动态研究中的微电网等值方法。 第6章的标题是“典型试点：成功案例与经验教训”，提供了实际的、离网运行的、不同容量的试点工程的微电网概况。这些资料按照地理位置来组织，其中George Kariniotakis、Aris Dimeas和Frank van Overbeeke合作描述了欧洲微电网项目的试点工程；John Romankiewicz和Chris Marnay提供了美国微电网工程的综述；Satoshi Morozumi 给出了日本微电网项目的综述；Meiqin Mao描述了中国的微电网工程；Rodrigo Palma Behnke和Guillermo JiménezEstévez详细介绍了智利的一个离网微电网。当然微电网建设工程在不断增加，这些项目虽然只是些标志性的工程，但也能够描绘出该领域持续发展的概况。 第7章的标题是“微电网的技术、经济、环境与社会效益量化”，合作作者是Christine Schwaegerl和Liang Tao。在对欧洲典型配电系统2020年、2030年和2040年不同分布式电源渗透率、市场条件、价格和成本发展的假设条件下，本章试图量化微电网的运行效益，还分析了效益的敏感性。尽管所量化效益的准确度在不同假设前提下存在很大的不确定性，但从所有研究案例中均能观察出微电网运行的积极效果。 除了各章的合作作者外，还有许多其他研究人员在微电网项目多次技术性会议期间为此书的出版贡献了他们的才智、研究和合作成果，在此我深表感激。我还想逐一对一些人员致以衷心感谢，其中有些人员的姓名我可能忘记了，首先致以歉意。我想从英国的Nick Jenkins和Goran Strbac开始，当与他们一起工作时，我受益匪浅，与他们的讨论让本书中的微电网概念更加清晰。我感谢来自德国的Britta Buchholz、Christian Hardt、Roland Pickhan、Mariam Khattabi、Michel Vandenbergh、Martin Braun、Dominik Geibel和Boris Valov；来自英国的Mikes Barnes、Olimpo AnayaLara、Janaka Ekanayake、Pierluigi Mancarella、Danny Pudjianto和Tony Lakin；来自西班牙的Jose Maria Oyarzabal、Joseba Jimeno和Iigo Cobelo；来自葡萄牙的Nuno Melo和António Amorim；荷兰的Sjef Cobben；丹麦的John Eli Nielsen；意大利的Perego Omar和Michelangeli Chiara；来自马其顿的Aleksandra Krkoleva、Natasa Markovska和Ivan Kungulovski；波兰的Grzegorz Jagoda和Jerszy Zielinski；感谢我在希腊雅典国立技术大学的同事Stavros Papathanassiou和Evangelos Dialynas；来自希腊的Stathis Tselepis、Kostas Elmasides、Fotis Psomadellis、Iliana Papadogoula、Manolis Voumvoulakis、Anestis Anastasiadis、Fotis Kanellos、Spyros Chadjivassiliadis和Maria Lorentzou。我对我的博士研究生和合作者们表示感谢，他们是Georgia Asimakopoulou、John Karakitsios、Evangelos Karfopoulos、Vassilis Kleftakis、Panos Kotsampopoulos、Despina Koukoula、Jason KouveliotisLysicatos、Alexandros Rigas、Nassos Vassilakis、Panayiotis Moutis、Christina Papadimitriou和Dimitris Trakas，他们审阅了本书各章节内容并提出了宝贵的意见。最后，我想感谢ECDG研究与创新团队为本书研究提供的资助与支持，尤其是办公室的Manuel Sanchez Jimenez和Patrick Van Hove。 Nikos Hatziargyriou