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第1章 智能电网1

1.1 简介1

1.2 为何选择智能电网？2

1.2.1 资产老化且传输能力不足2

1.2.2 热约束2

1.2.3 操作约束2

1.2.4 供给安全3

1.2.5 各国政策3

1.3 什么是智能电网？5

1.4 早期智能电网尝试6

1.4.1 主动配电网6

1.4.2 虚拟电厂8

1.4.3 其他尝试和验证9

1.5 智能电网领域技术文献综述11

参考文献13

第1部分ICT16

第2章 数据通信16

2.1 简介16

2.2 专用、共享的通信通道17

2.3 交换技术20

2.3.1 线路交换20

2.3.2 信息交换21

2.3.3 包交换技术21

2.4 通信通道22

2.4.1 有线通信24

2.4.2 光纤26

2.4.3 无线电通信29

2.4.4 移动通信30

2.4.5 卫星通信31

2.5 分层结构与协议31

2.5.1 ISO/OSI模型31

2.5.2 TCP/IP35

参考文献38

第3章 面向智能电网的通信技术39

3.1 简介39

3.2 通信技术40

3.2.1 IEEE 802系列40

3.2.2 移动通信51

3.2.3 多协议标签交换52

3.2.4 电力线路通信53

3.3 信息交换标准54

3.3.1 智能电表标准54

3.3.2 Modbus54

3.3.3 DPN355

3.3.4 IEC 6185056

参考文献57

第4章 智能电网信息安全59

4.1 简介59

4.2 加密与解密60

4.2.1 对称密钥加密61

4.2.2 公钥密码加密65

4.3 认证65

4.3.1 基于共享密钥的身份认证66

4.3.2 基于密钥分发中心的认证66

4.4 数字签名66

4.4.1 私钥签名67

4.4.2 公钥签名67

4.4.3 消息摘要68

4.5 电网安全标准68

4.5.1 IEEE 1686： IEEE推出的IED电网安全能力标准68

4.5.2 IEC 62351：电力系统管理及相关信息交换——数据与通信安全69

参考文献69

第2部分 传感、测量、控制及自动化技术72

第5章 智能测量与DSI72

5.1 简介72

5.2 智能测量73

5.2.1 电子测量的发展73

5.2.2 智能测量的关键元素75

5.3 智能仪表：已有硬件回顾75

5.3.1 信号采集76

5.3.2 信号调理77

5.3.3 A-D转换78

5.3.4 计算80

5.3.5 输入/输出82

5.3.6 通信83

5.4 面向智能测量的通信设施与协议83

5.4.1 HAN83

5.4.2 NAN84

5.4.3 数据集中器85

5.4.4 电能表数据管理系统85

5.4.5 通信协议85

5.5 DSI86

5.5.1 DSI提供的服务87

5.5.2 DSI的实现90

5.5.3 DSI实现的硬件支持93

5.5.4 消费者自需求侧的灵活性传送95

5.5.5 DSI的系统支持95

参考文献96

第6章 配电自动化设备98

6.1 简介98

6.2 变电站自动化设备99

6.2.1 电流互感101

6.2.2 电压互感器104

6.2.3 智能电子设备105

6.2.4 间隔控制器107

6.2.5 RTU107

6.3 配电系统故障108

6.3.1 故障隔离和恢复组件109

6.3.2 故障定位、隔离和恢复114

6.4 电压调节117

参考文献120

第7章 配电管理系统122

7.1 简介122

7.2 数据源与相关外部系统123

7.2.1 SCADA系统123

7.2.2 CIS125

7.3 建模与分析工具125

7.3.1 配电系统建模125

7.3.2 拓扑分析129

7.3.3 负载预测131

7.3.4 潮流分析132

7.3.5 故障计算135

7.3.6 状态估计138

7.3.7 其他分析工具142

7.4 应用分析142

7.4.1 系统监控142

7.4.2 系统运行143

7.4.3 系统管理144

7.4.4 OMS145

参考文献147

第8章 输电系统运行148

8.1 简介148

8.2 数据源148

8.2.1 IED与SCADA系统148

8.2.2 PMU149

8.3 EMS151

8.4 广域应用153

8.4.1 在线暂态稳定控制器155

8.4.2 磁极滑动预防控制器155

8.5 可视化技术157

8.5.1 视觉二维演示157

8.5.2 视觉三维演示158

参考文献159

第3部分 电力电子与储能技术162

第9章 电力电子变换器162

9.1 简介162

9.2 CSC164

9.3 VSC167

9.3.1 VSC在低中功率中的应用168

9.3.2 中高功率设备中的VSC171

参考文献174

第10章 智能电网中的电力电子176

10.1 简介176

10.2 可再生能源发电176

10.2.1 PV系统177

10.2.2 风能、水能和潮汐能系统179

10.3 故障电流限制183

10.4 并联补偿186

10.4.1 D-STATCOM187

10.4.2 有源滤波器192

10.4.3 储能并联补偿器192

10.5 串联补偿195

参考文献197

第11章 大功率潮流中的电力电子设备200

11.1 简介200

11.2 FACTS201

11.2.1 无功补偿201

11.2.2 串联补偿206

11.2.3 晶闸管控制移相变压器209

11.2.4 统一潮流控制器210

11.2.5 线间潮流控制器211

11.3 HVDC212

11.3.1 CSC213

11.3.2 VSC216

11.3.3 多端HVDC219

参考文献220

第12章 储能222

12.1 简介222

12.2 储能技术225

12.2.1 电池225

12.2.2 液流电池226

12.2.3 燃料电池和氢电解槽227

12.2.4 飞轮储能229

12.2.5 SMES系统230

12.2.6 超级电容器231

12.3 案例分析一：风电中的储能231

12.4 案例分析二：电动汽车充电的基于智能体的控制235

参考文献237