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第1章 智能电网：动力、风险和前景1

1.1 概述1

1.2 为电力系统服务的信息和通信技术4

1.3 先进技术的引入5

1.4 欧洲能源的前景7

1.5 向以电力为能量载体转变12

1.6 智能电网发展的主要原因12

1.7 智能电网的定义13

1.8 智能电网的目标14

1.8.1 输电网特性14

1.8.2 配电网特性15

1.8.3 配电网的必然趋势：智能电网15

1.9 社会经济与环境目标15

1.10 智能电网中的利益相关者16

1.11 智能电网的科学研究17

1.11.1 创新概念的发展实例17

1.11.2 科学、技术、商业和社会的挑战21

1.12 发展智能电网所需的能力准备23

1.13 结论23

1.14 参考文献24

第2章 从智能电网到智能用户26

2.1 主要趋势26

2.1.1 危机26

2.1.2 环境意识27

2.1.3 新技术27

2.2 个体与能源关系的演变28

2.2.1 对能源的关切28

2.2.2 透明的必要性29

2.2.3 责任29

2.3 能源公司的历史模式30

2.3.1 自然垄断中的传统运营商30

2.3.2 以技术知识为重点30

2.3.3 未开发的客户关系31

2.4 消费者理解的智能电网32

2.4.1 第一步：数据革命32

2.4.2 第二步：智能生态系统的建立34

2.4.3 消费者的反对35

2.5 商业模式36

2.5.1 世界各国对商业模式的探讨36

2.5.2 政府对有效监管模式的研究38

2.5.3 新型利益相关者的机遇39

2.6 参考文献41

第3章 输电网：智能电网的利益相关者42

3.1 变化的能源环境：可再生能源的发展42

3.2 变化的能源环境：新型消费模式45

3.3 新的挑战50

3.4 输电网的发展52

3.5 结论55

3.6 参考文献56

第4章 智能电网与能量管理系统57

4.1 引言57

4.2 分布式发电资源管理58

4.2.1 分布式可再生能源发电的特征58

4.2.2 将可再生能源整合到管理过程中59

4.3 需求响应62

4.4 储能技术、微电网及电动汽车的发展64

4.4.1 新的储能方式65

4.4.2 微电网65

4.4.3 电动汽车65

4.5 高压直流输电连接管理66

4.6 电网可靠性分析67

4.6.1 基于模型的稳定性分析67

4.6.2 基于连续测量的分析：相量测量单元68

4.6.3 动态极值69

4.6.4 自愈电网70

4.7 智能化设备管理70

4.8 智能电网推广72

4.8.1 试点项目的需要72

4.8.2 电网可靠性的投资激励73

4.8.3 可再生能源73

4.8.4 能源效率的投资激励73

4.8.5 成本／利润分配73

4.8.6 新的监管框架74

4.9 标准74

4.9.1 智能电网案例分析74

4.9.2 工作进展75

4.9.3 合作75

4.10 系统架构项目76

4.10.1 发展前景76

4.10.2 考虑垂直变化78

4.10.3 开发集成工具79

4.11 致谢80

4.12 参考文献80

第5章 智能电网的核心——配电系统81

5.1 配电网简述81

5.2 复杂化是当今电网的变化趋势82

5.3 智能电网促进无碳能源转型82

5.4 智能电网的组成83

5.5 智能设备寿命84

5.6 智能运行84

5.7 智能电表85

5.7.1 Linky智能电表项目85

5.7.2 用户新服务85

5.7.3 智能电表极大地推动电网管理现代化86

5.8 智能服务86

5.9 智能局部优化87

5.9.1 分布式发电87

5.9.2 积极的需求侧管理88

5.9.3 分布式储能方式88

5.9.4 新用途（包括电动汽车）89

5.9.5 系统的局部优化89

5.10 配电商是未来智能电网的核心90

5.11 参考文献90

第6章 配电网的规划和重组92

6.1 引言92

6.2 配电网的结构93

6.2.1 高／中电压变电站93

6.2.2 网状和环状配网94

6.2.3 导线的种类96

6.2.4 地埋线／架空线97

6.2.5 中低压变电站97

6.3 配电网的规划97

6.3.1 规划／工程的原则98

6.3.2 电网架构必须满足的标准99

6.3.3 案例99

6.3.4 长期和短期的规划102

6.3.5 接入分布式电源对中压电网结构的影响106

6.3.6 提高分布式电源渗透率111

6.3.7 提议的新环形结构：混合结构113

6.4 减少能量损失的重新配置115

6.4.1 铜损问题115

6.4.2 优化问题的数学公式117

6.4.3 组合优化120

6.4.4 寻找最优配置的不同方法124

6.4.5 部分网状结构电网的重建131

6.5 参考文献132

第7章 能源管理及辅助决策工具135

7.1 引言135

7.2 电压控制135

7.2.1 配电网电压控制简介135

7.2.2 配电网的电压控制136

7.2.3 含分布式发电的配电网电压控制136

7.2.4 结论144

7.3 保护方案144

7.3.1 中压保护方案145

7.3.2 中性点接地模式147

7.3.3 故障特征147

7.3.4 停电148

7.3.5 分布式发电对馈线保护的影响148

7.4 故障后重置：INTEGRAL项目的结果151

7.4.1 INTEGRAL项目目标151

7.4.2 示范点描述151

7.4.3 一般自愈原则154

7.4.4 结论156

7.5 可靠性159

7.5.1 蒙特卡罗模拟的基本概念160

7.5.2 可靠性结论165

7.6 参考文献165

第8章 充电式电动汽车接入配电网167

8.1 个人电动交通工具的变革167

8.1.1 技术可靠性的提升167

8.1.2 案例分析：Fluence ZE168

8.1.3 对电网的影响如何？168

8.1.4 需求管理与V2G169

8.2 电动汽车作为“主动负荷”169

8.2.1 能源服务169

8.2.2 频率调整170

8.2.3 负荷备用及削减171

8.2.4 其他服务171

8.3 经济影响172

8.3.1 未来有利可图但又有局限性的市场172

8.3.2 新的商业模式172

8.3.3 市场一体化173

8.4 环境影响173

8.4.1 间歇能源的协同效应173

8.4.2 能源效率174

8.4.3 其他优势174

8.4.4 环境影响评估174

8.5 技术挑战175

8.5.1 体系结构175

8.5.2 通信基础设施175

8.5.3 控制策略176

8.5.4 反馈176

8.6 不确定因素177

8.6.1 消费者对电动汽车的接受意愿177

8.6.2 需求管理的可行性177

8.6.3 技术因素177

8.6.4 经济因素177

8.7 结论178

8.8 参考文献178

第9章 信息和通信技术如何影响智能电网181

9.1 引言181

9.2 分布式控制181

9.2.1 为什么智能电网不能称为“智慧型电网”？181

9.2.2 从家庭局域网到智能家居网络182

9.2.3 智能家居网络用于本地能效优化184

9.2.4 从家庭到微网：子网自主控制185

9.3 互操作性和连通性185

9.3.1 “效用计算”：当电网成为一个信息技术模型185

9.3.2 连通性：从物理层到信息模型186

9.4 从同步性到异步性187

9.4.1 底层和顶层的绝对或相对同步187

9.4.2 从异步数据到异步电力188

9.4.3 从数据包到能量包188

9.5 智能电网的未来189

9.5.1 智能电网和物理网络共享的基础设施：传感器189

9.5.2 基础设施共享：云智能电网190

9.6 结论190

9.7 参考文献191

第10章 电网的计量与管理信息系统192

10.1 引言192

10.1.1 信息系统分类192

10.1.2 方法193

10.2 计量信息系统193

10.2.1 计量系统介绍193

10.2.2 计量系统的结构194

10.2.3 操纵性数据198

10.2.4 计量系统的布置199

10.3 电网管理中的信息系统计量200

10.3.1 配电网与IS管理的连接200

10.3.2 智能电网三联图201

10.4 结论：计量系统的现代化202

10.4.1 两种方法202

10.4.2 “生产用户”信息202

10.4.3 总结203

10.5 参考文献204

第11章 智能电表和智能电网的经济学方法205

11.1 需求响应：开放电力行业以及环境关注提高的结果205

11.1.1 电力的特殊性205

11.1.2 引入竞争的影响206

11.1.3 二氧化碳减排目标的影响207

11.2 传统的价格监管方式的局限208

11.2.1 避免缺电208

11.2.2 昂贵的先进发电方式降低了投资激励208

11.2.3 强调价格的季节性差异209

11.3 智能电表：实现减负荷和衡量市场容量的工具211

11.3.1 向节电型市场发展211

11.3.2 谁为安装智能电表买单？213

11.3.3 智能电网运行的经济效果213

11.4 从智能电表到智能电网214

11.5 参考文献216

第12章 智能电网的调度217

12.1 智能电网的监管及资金217

12.1.1 是否必须建立激励机制以支持研发？217

12.1.2 如何处理智能电网的实施成本？218

12.1.3 哪些投资、多少投资可以计入输电价？218

12.1.4 是否需要建立合作机制？218

12.2 监管和经济模型218

12.3 价值链的演变220

12.3.1 电力和信息通信技术部门之间应该如何合作？220

12.3.2 价值链中用户及新主体的角色是什么？222

12.4 智能电网商业模式的出现222

12.4.1 欧洲是否需要制定能源监管框架以促进智能电网实施？222

12.4.2 法国有哪些变化？223

12.5 监管有助于智能电网的发展225

12.5.1 如何保证系统运行者在投资决策中考虑公众利益？225

12.5.2 Linky智能电表225

12.5.3 如何为智能电网投资筹措资金？227

12.5.4 应该采用怎样的能源监管框架来鼓励智能电网有效投资？227

12.5.5 消费者可以接受怎样的价格？227

12.5.6 能源监管机构如何促进智能电网的发展？228

12.6 商业模式构建228

12.7 智能电网标准化229

12.7.1 为什么说标准化是电力系统发展的重要因素？229

12.7.2 标准化能否满足智能电网互操作性的需要？230

12.7.3 欧洲智能电网标准化完成了哪些工作？231

12.7.4 标准化是不是一个重要的商业议题？233

12.8 结论233

12.9 参考文献234