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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 太阳能2

1.3 风能2

1.4 可再生绿色能源微电网构成的电网4

1.5 电网互联成大型电网的控制运行5

1.6 智能电网8

1.7 计算机控制的智能电网10

1.8 探索性问题13

参考文献16

第2章 极端情况下微电网的电压变化22

2.1 引言22

2.2 常规配电网中的电压变化24

2.3 微电网上电压的变化26

2.4 电压变化公式的验证28

2.4.1 常规双母线配电网上的验证28

2.4.2 在简单微电网上的验证29

2.4.3 在大型配电网（IEEE 34节点测试馈电器）上的验证29

2.4.4 在大型微电网上对分布式能源的验证30

2.4.5 四种情况的研究结论31

2.5 极端情况下的电压变化31

2.5.1 当分布式能源输出无功功率为正时的电压变化33

2.5.2 当分布式能源输出无功功率为负时的电压变化33

2.6 减小极端情况下的电压变化的方法33

2.6.1 通过调节一次配电系统的电压（US）来减小电压的变化34

2.6.2 通过减小配电线路的电阻来减小电压变化34

2.6.3 使用无功功率控制来减小电压变化34

2.7 电压水平和入网费用35

2.8 结论36

参考文献36

第3章 紧急情况下微电网的运行和控制38

3.1 引言38

3.2 微电网的动态建模40

3.2.1 燃料电池41

3.2.2 微型涡轮机45

3.2.3 微型风力涡轮机49

3.2.4 光伏电池板50

3.2.5 联网的电力电子接口51

3.3 微电网紧急控制方式55

3.3.1 孤岛运行下微电网的控制56

3.3.2 紧急控制方式58

3.3.3 将低压微电网用于恢复供电61

3.4 应用实例64

3.4.1 微电网孤岛运行65

3.4.2 微电网停电后的启动68

3.5 结论72

参考文献74

第4章 风力发电机的分散式STATCOM/ESS控制77

4.1 引言78

4.2 电网法规对风电场连接电网的要求79

4.2.1 故障穿越80

4.2.2 频率—功率变化80

4.2.3 频率控制80

4.2.4 无功功率工作范围80

4.2.5 电压控制80

4.2.6 风力涡轮机的故障穿越方案81

4.3 电力系统的建模82

4.3.1 同步发电机的建模82

4.3.2 风力发电机的建模83

4.3.3 STATCOM的建模85

4.3.4 超级电容器的建模87

4.3.5 临界切除时间和临界电压87

4.4 试验系统和控制任务88

4.5 列出问题的算式90

4.6 用秩约束的线性矩阵不等式进行分散式控制设计94

4.7 控制设计的算法95

4.8 控制器的性能估计97

4.8.1 电压的增强和瞬变稳定性的界限97

4.8.2 低电压时有功功率和无功功率的输出99

4.8.3 标准低压穿越要求的比较99

4.8.4 在不同工作条件下的性能100

4.8.5 加装超级电容器的影响100

4.9 结论101

4.10 分散式STATCO/MESS控制算法102

4.11 分散式STATCO/MESS控制算法的参数设计104

4.12 由10台发电机构成的新英格兰系统的潮流数据109

参考文献113

第5章 微电网中负荷频率控制：挑战和改进116

5.1 引言116

5.2 常规的频率／电压下垂控制法117

5.3 与各分布式发电机连接的VSC的相角下垂控制118

5.3.1 相角下垂118

5.3.2 相角—频率下垂控制和功率共享118

5.3.3 相角频率下垂控制器119

5.3.4 仿真结果120

5.4 改善功率共享和系统稳定性的辅助控制环路122

5.4.1 测试系统124

5.4.2 用辅助下垂控制器进行仿真研究124

5.5 高输电线阻抗比的农村地区采用下垂控制器的仿真研究128

5.6 在不平衡负荷和使用背靠背变换器的情况下，负荷共享的改进132

5.6.1 微电网的电力质量提高后的运行133

5.6.2 背靠背变换器在功率共享和电力管理中的应用139

5.6.3 背靠背变换器基准的获得141

5.6.4 DG电源的基准的获得142

5.6.5 仿真研究142

5.7 结论145

参考文献145

第6章 智能电网状态感知中的同步相量测量147

6.1 引言147

6.2 事件探测和定位148

6.2.1 事件触发和事件规模估计148

6.2.2 事件位置151

6.3 广域振荡分析156

6.3.1 振荡探测156

6.3.2 振荡方式分析158

6.4 广域频率和电压相角的可视化162

6.4.1 广域频率可视化163

6.4.2 广域电压相角可视化165

6.5 小结168

参考文献168

第7章 微电网中基于下垂控制的分布式发电机的合成170

7.1 引言170

7.2 基于发电下垂控制的分布式发电机171

7.3 使用串联分布式发电机的微电网173

7.3.1 小信号动态行为174

7.3.2 设计指导180

7.4 分布式发电机并联的微电网系统181

7.4.1 小信号动态行为181

7.4.2 设计建议191

7.5 线路的阻抗比的变化对微电网的动态行为的影响及设计建议193

7.6 小结196

参考文献197

第8章 间歇式能源并网实时调度199

8.1 引言199

8.2 间歇式能源与短期发电调度的结合200

8.3 调度问题的公式阐述201

8.4 建议的调度法204

8.4.1 初步可行性解204

8.4.2 热电厂的承诺206

8.4.3 动态经济调度208

8.4.4 蓄电池蓄电模型208

8.5 案例研究211

参考文献217

第9章 具有精确聚合约束的智能电网预测控制219

9.1 引言219

9.2 控制系统221

9.3 智能用户222

9.4 能源多面体图Minkowski和的加法223

9.5 用电分配227

9.6 仿真实例229

9.6.1 问题的形成229

9.6.2 仿真数据和参数231

9.6.3 谨慎法231

9.6.4 仿真结果232

9.6.5 参数的相关度232

9.6.6 计算的负担234

9.6.7 通信负荷235

9.7 讨论235

参考文献236

第10章 智能电网的状态估计237

10.1 引言237

10.2 状态估计在智能电网中的作用239

10.3 可观察性分析241

10.3.1 背景241

10.3.2 支路阻抗值对可观察性的影响243

10.3.3 辐射系统的可观察性分析249

10.4 配电状态估计251

10.4.1 常规加权最小二乘法253

10.4.2 配电网中负荷的相关性253

10.5 配电谐波状态估计260

10.6 状态估计的配置261

参考文献261

第11章 智能电网管理中的智能多代理系统270

11.1 引言270

11.2 多代理系统271

11.3 建立在免疫基础上的多代理系统273

11.4 配电系统的应用277

11.4.1 船用配电系统277

11.4.2 模拟配电系统的仿真器286

11.5 结论291

参考文献291

第12章 外接充电式混合动力电动汽车对供电需求的影响293

12.1 引言293

12.2 PHEV296

12.2.1 四种结构296

12.2.2 蓄电池298

12.3 市场普及299

12.4 构成PCLP棱柱底的三边的统计研究300

12.4.1 电动汽车每天平均行驶路程的分析300

12.4.2 车辆到达时间分析303

12.4.3 车辆类型分析303

12.5 与PCLP棱柱相关的其他因数304

12.5.1 充电基础设施和充电水平304

12.5.2 所需的成比例的能量306

12.5.3 充电进度307

12.6 绘制PCLP308

12.7 改进的方法和经协调的充电311

12.7.1 其他充电水平312

12.7.2 方法1312

12.7.3 方法2313

12.8 智能外接充电式混合动力电动汽车和智能电网313

12.9 对废气排放的影响315

12.10 小结317

参考文献318

第13章 微电网系统中的三相逆变器的控制321

13.1 引言322

13.2 三相逆变器系统的状态空间模型323

13.3 三相逆变器系统的控制设计330

13.3.1 三相逆变器的离散时间比例积分微分控制设计331

13.3.2 三相逆变器的离散时间伺服系统鲁棒性控制和离散时间滑动方式控制的设计333

13.4 几种三相逆变器控制技术的对比365

13.5 三相逆变器系统的仿真结果367

13.5.1 平衡线性负荷下的比例积分微分控制器367

13.5.2 不平衡线性负荷下工作的比例积分微分控制器369

13.5.3 在平衡的线性负荷下，离散时间伺服系统鲁棒性控制器和离散时间滑动方式控制器375

13.5.4 在不平衡线性负荷下的离散时间伺服系统鲁棒性问题控制器和离散时间滑动方式控制器375

13.5.5 使用离散时间伺服系统鲁棒性问题控制器和离散时间滑动方式控制器的三相逆变器系统的瞬态响应375

13.5.6 在非线性负荷（波峰因数为3∶1）下离散时间伺服系统鲁棒性控制器和离散时间滑动方式控制器378

13.5.7 短路情况：输出端短路时使用离散时间伺服系统鲁棒性问题控制器和离散时间滑动方式控制器的三相逆变器378

13.6 结论378

参考文献380

第14章 在居民微电网系统中直流变交流的单相逆变器的控制382

14.1 引言382

14.2 单相全电桥逆变器的模型384

14.3 单相逆变器系统的控制分析386

14.4 离散时间比例积分微分电压和电流控制的设计387

14.5 离散时间伺服系统鲁棒性控制和离散时间滑动方式控制的设计388

14.5.1 离散时间伺服系统鲁棒性电压控制器和离散时间滑动方式电流控制器的设计步骤388

14.5.2 步骤1——离散时间滑动方式电流控制器的设计389

14.5.3 步骤2——使用离散时间伺服系统鲁棒性电压控制器的直流变交流的功率变换设备的方程式推导391

14.5.4 步骤3——离散时间伺服系统鲁棒性电压控制器的设计394

14.6 伺服系统鲁棒性问题存在解的必要条件394

14.7 内部模型的原理395

14.7.1 伺服系统鲁棒性电压控制器的设计步骤396

14.7.2 步骤1：伺服补偿器的设计396

14.7.3 步骤2：扩大后的系统的确定397

14.7.4 步骤3：稳定补偿器的设计399

14.8 仿真结果402

14.8.1 使用离散比例积分微分电压控制器和离散比例积分微分电流控制器的仿真结果403

14.8.2 使用离散时间伺服系统鲁棒性电压控制器和离散时间滑动方式电流控制器的仿真结果406

14.9 结论407

参考文献408

第15章 基于电网接口应用的混合级联3-5-9电平逆变器拓扑结构的建模、控制和仿真410

15.1 引言410

15.2 主系统的配置411

15.3 工作原理412

15.3.1 移相脉宽调制控制技术412

15.3.2 混合级联3-5-9电平逆变器拓扑结构的模型的开关控制律的发展417

15.4 混合级联模型的建立和分析419

15.4.1 abc坐标中的平均模型419

15.4.2 dq0坐标中的平均模型423

15.4.3 小信号分析424

15.5 变换器控制426

15.5.1 反馈控制426

15.5.2 直流电容器电压的平衡427

15.6 基于混合级联3-5-9电平逆变器拓扑结构的电网连接系统的仿真分析428

15.7 结论435

15.8 符号意义表437

参考文献438

第16章 用于风力发电机逆变器的电网故障穿越控制方法441

16.1 引言441

16.2 用于风力发电机逆变器的电网故障穿越控制方法的最新研究442

16.3 在不同工作条件下，电网侧的变换器分析446

16.3.1 在不平衡工作条件下，电网侧的变换器的分析446

16.3.2 在不平衡工作条件下，电网侧的变换器的分析446

16.4 用于风力发电机逆变器的电网故障穿越的通用控制方法449

16.4.1 理论上的方法449

16.4.2 用于风力发电机逆变器故障穿越的控制的通用方法分析452

16.5 仿真实例452

16.6 结论455

参考文献456

第17章 燃料电池作为智能电网中的分布式发电机的建模和控制459

17.1 引言459

17.2 固体氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池的动态模型460

17.2.1 相关研究综述460

17.2.2 PEMFC和SOFC的工作原理461

17.2.3 SOFC的动态建模462

17.2.4 SOFC和PEMFC的比较469

17.2.5 独立SOFC的仿真结果469

17.3 潮流控制策略471

17.3.1 相关研究综述472

17.3.2 有功潮流和无功潮流的控制472

17.3.3 仿真结果477

17.4 结论481

参考文献482

第18章 智能电网用高速微型发电机尺寸的确定485

18.1 引言485

18.2 基本选择486

18.2.1 永磁486

18.2.2 定子和转子材料486

18.3 发电机设计参数486

18.3.1 定子的机械设计486

18.3.2 转子的机械设计487

18.3.3 磁极对数和磁极的设计488

18.3.4 磁量度488

18.3.5 每磁极每相的线槽数489

18.3.6 定子绕组489

18.3.7 发电机计算用参数489

18.3.8 绕组电阻489

18.3.9 绕组和磁铁因数491

18.3.10 磁通和电压492

18.3.11 电机的各种电感493

18.3.12 基本损耗494

18.4 经典的定尺寸的结果495

18.4.1 发电机的初步定尺寸495

18.4.2 详细的定尺寸497

18.5 不受约束的非线性优化500

18.5.1 信赖区法500

18.5.2 Fminsearch算法500

18.5.3 总损耗减到最小的定尺寸法501

18.6 简单受约束的优化504

18.6.1 fmincon有效组算法504

18.6.2 大规模算法与中规模算法的对比505

18.6.3 总质量最小化定尺寸法505

18.7 遗传算法确定高速永磁同步发电机的尺寸509

18.7.1 遗传算法是怎样工作的509

18.7.2 非线性约束解算器的描述509

18.8 效率最大化器的本征定尺寸510

18.9 受最小损耗约束的最小质量本征定尺寸513

18.10 每安培最佳转矩的本征定尺寸515

18.11 解析模型间的比较517

18.11.1 旋转应力和保持套517

18.11.2 转子损耗518

18.11.3 比较的结果521

18.12 结论529

参考文献530

附录 本书中常用英文缩略语表534