1、国际电气工程先进技术译丛智能电网 设计与分析基础（美）James Momoh 著 张沛超 胡 炎 译机 械 工 业 出 版 社本书共分 11 章，其内容来自于大量的教学、会议、研究工作，以及美国和世界各地的学术和工业界就如何实现电网的现代化而进行的研讨。第 1 章介绍了智能电网架构设计；第 2 章介绍了智能电网通信与测量技术；第 3 5 章介绍了智能电网设计过程中所用到的分析工具；第 6 章讨论了设计智能电网的途径；第 7 章介绍了与智能电网相关的可再生能源与储能技术；第 8 章介绍智能电网的互操作、标准与信息安全；第 9 章内容为针对智能电网的研究、教育与培训；第 10 章介绍了智能电网案例
2、研究与试验平台；第 11 章简要介绍智能电网特性和面临的挑战。本书适合从事智能电网工作的专家学者和工程技术人员阅读，也适合作为高等院校相关专业的教材。Copyright 2012 by the Institate of Electrical and Electronics Engineers.All Rights Reserved.This translation published under license.Authorizedtranslation from the English language edition，entitled ，ISBN ，by ，Published by Joh
3、n Wiley&Sons，Ltd.No part of this book may bereproduced in any form without the written permission of the original copyrightsholder.本书中文简体字版由机械工业出版社出版，未经出版者书面允许，不得以任何方式复制或发行本书的任何部分。版权所有，翻印必究。本书版权登记号：图字 01-2012-4864 号。图书在版编目（CIP）数据智能电网：设计与分析基础/（美）莫莫（Momoh，J.）著；张沛超，胡炎译.北京：机械工业出版社，2013.11（国际电气工程先进技术译丛）书
4、名原文：Smart Grid：Fundamentals of Design and AnalysisISBN 978-7-111-44523-4.智.莫张.智能控制-电力系统.TM76中国版本图书馆 CIP 数据核字（2013）第 252266 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：刘星宁 版式设计：霍永明责任校对：赵颖喆 责任印制：刘星宁 责任编辑刘怡丹 封面设计2014 年 1 月第 1 版第 1 次印刷169mm 239mm11.5 印张229 千字00014000册标准书号：ISBN 978-7-111-44523-4定价：58.00元凡购本书
5、，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务社 服 务 中 心：（010）88361066销 售 一 部：（010）68326294销 售 二 部：（010）88379649读者购书热线：（010）88379203网络服务教材网：http：/机工官网：http：/机工官博：http：/ 曦保定市中画美凯印刷有限公司印刷前 言智能电网是指采用动态优化技术、具有自愈能力的电网，该电网能够利用实时测量技术，使网络损耗最小化、维持电压水平、提高系统可靠性以及改善资产管理。系统运行人员利用智能电网及其子系统收集的运行数据，可以在系统遭遇各种事故时快速识别最佳方案来防御攻击并恢复系统的正常运行。但是，
6、智能电网技术的实施，首先需要研究、确定其关键的性能评价指标，设计、测试适当的工具，开发合适的课程体系以对现有和未来的人员进行教育，使其掌握实施此类高级系统的知识与技能。本书的目的，是使读者掌握智能电网的基础理论知识、设计工具、研究现状、发展中的关键问题以及发展前景。本书共分11 章，其内容来自于大量的教学、会议、研究工作，以及美国和世界各地的学术和工业界就如何实现电网的现代化而进行的研讨。例如，第 3 章所讨论的最优化工具，就专门针对电网的随机性特点并满足自适应要求和预测要求。该章详细介绍的最优潮流，能够基于实时测量数据，利用学习算法，求解出发电、输电、配电、需求响应、网络重构以及自动化功能所
7、需的最优化方案。我对本书写作过程中给予帮助的人致以谢意。感谢能量系统与控制中心的研究生 Keisha DArnaud，为了使本书更适合普通读者，书稿几经修改，而她在此过程中给予了坚持不懈的支持。感谢爱迪生电气研究所的高级执行副总裁David Owens，以及国家自然科学基金（NSF）电气通信与信息系统（ECCS）项目部主任 Paul Werbos 博士，是他们鼓励并支持我用计算智能方面的知识积累去研究传统技术所无法解决的复杂电力系统问题。尤其在我于 2001 2004 年担任 NSF 的 ECCS 项目部主任期间，他们给予我的支持使我受益匪浅。还要感谢由 NSF 资助的小额探索性研究项目，该项
8、目资助我开发了第一代的动态随机最优潮流系统，而这个系统可作为智能电网设计与开发中的通用工具。感谢我的家庭给予我的鼓励与支持。感谢我在能量系统与控制中心的学生与同仁们，他们作为热情的读者，让我得以检验与完善自己关于智能电网的思想。我还对能够荣幸受邀到顶级的公用事业行政管理论坛做报告表示感谢，这使我有机会阐述将智能电网推广至全国的意义。所有这一切，都重新燃起了我设计与开发未来电网的兴趣。James Momoh目录前言第 1 章 智能电网架构设计1 1.1 概述1 1.2 现有电网和智能电网的比较1 1.3 能源独立和安全法案（2007）：智能电网实施依据2 1.4 计算智能3 1.5 电力系统改进
9、4 1.6 通信与标准4 1.7 试验平台4 1.8 本书结构4 1.9 智能电网各市场驱动力概览6 1.10 各利益相关方的角色与职能6 1.10.1 电力公司8 1.10.2 政府实验室与示范项目8 1.10.3 电力系统工程研究中心（PSERC）8 1.10.4 研究机构9 1.10.5 技术公司、销售商与制造厂9 1.11 基于性能评价的智能电网工作定义10 1.12 典型架构10 1.13 智能电网各构成组件的功能12 1.13.1 智能设备接口组件12 1.13.2 储能组件12 1.13.3 输电子系统组件12 1.13.4 监视与控制技术组件12 1.13.5 智能配电网子系统
10、组件12 1.13.6 需求侧管理组件13 1.14 小结13 参考文献13 推荐阅读13第 2 章 智能电网通信与测量技术14目录 2.1 通信与测量14 2.2 监视、PMU、智能电表与测量技术16 2.2.1 广域测量系统（WAMS）17 2.2.2 相量测量单元（PMU）17 2.2.3 智能电表18 2.2.4 智能家电19 2.2.5 高级量测体系（AMI）19 2.3 GIS 与谷歌地图工具20 2.4 多代理系统（MAS）技术21 2.4.1 用于智能电网的多代理系统21 2.4.2 多代理系统示例22 2.4.3 多代理技术23 2.5 微电网与智能电网的比较23 2.6 小
11、结24 参考文献24第 3 章 用于智能电网设计的性能分析工具26 3.1 潮流计算研究概述26 3.2 智能电网中潮流计算的挑战以及现有方法的不足26 3.3 潮流计算研究现状：经典与扩展的方程与算法27 3.3.1 高斯-赛德尔方法27 3.3.2 牛顿-拉夫逊方法28 3.3.3 快速解耦方法29 3.3.4 配电网潮流方法29 3.4 阻塞管理效果32 3.5 用于智能电网设计的潮流计算33 3.6 随机动态最优潮流（DSOPF）在智能电网中的应用34 3.7 静态安全评估（SSA）和预想事故分析35 3.8 预想事故及其分类38 3.8.1 稳态预想事故分析39 3.8.2 性能指标
12、39 3.8.3 灵敏度分析方法40 3.9 智能电网预想事故研究41 3.10 小结42 参考文献42 推荐阅读42 智能电网 设计与分析基础第 4 章 智能电网稳定性分析工具44 4.1 电网稳定性概述44 4.2 现有电压稳定性分析工具的优点与不足44 4.3 电压稳定性评估48 4.3.1 电压稳定与电压崩溃49 4.3.2 电压稳定分类50 4.3.3 静态稳定性（型不稳定）51 4.3.4 动态稳定性（型不稳定）51 4.3.5 动态电压稳定性研究中的分析技术51 4.4 电压稳定性评估技术53 4.5 电压稳定性指标56 4.6 静态电压稳定性研究中的分析技术58 4.6.1 用
13、于检测电压崩溃点的直接法59 4.6.2 非直接法（连续方法）59 4.7 电压稳定性的应用与实施示例60 4.8 通过电压稳定的预防控制实现稳定性约束优化61 4.9 功角稳定性评估63 4.9.1 暂态稳定性64 4.9.2 应用于实际电力系统的稳定性分析65 4.9.3 稳定区域的边界66 4.9.4 主导 UEP 搜索算法68 4.9.5 智能电网 DSA 设计中的过程变化69 4.10 状态估计71 4.10.1 加权最小二乘法估计的数学公式73 4.10.2 坏数据的检测和辨识74 4.10.3 预估计分析74 4.10.4 后估计分析77 4.10.5 鲁棒状态估计77 4.10
14、.6 智能电网环境下的状态估计80 4.10.7 实时网络建模82 4.10.8 智能电网中状态估计实施方法82 4.10.9 动态状态估计83 4.10.10 小结84 参考文献84 推荐阅读85目录 第 5 章 用于智能电网设计的计算工具86 5.1 计算工具概述86 5.2 决策支持工具（DS）86 5.3 优化技术88 5.4 经典优化方法90 5.4.1 线性规划90 5.4.2 非线性规划90 5.4.3 整数规划91 5.4.4 动态规划92 5.4.5 随机规划与机会约束规划（CCP）92 5.5 启发式优化93 5.5.1 人工神经元网络（ANN）94 5.5.2 专家系统（
15、ES）95 5.6 进化计算技术96 5.6.1 遗传算法（GA）97 5.6.2 粒子群优化（PSO）97 5.6.3 蚁群优化98 5.7 自适应动态规划技术99 5.8 Pareto 方法101 5.9 混合优化技术及智能电网应用101 5.10 计算挑战102 5.11 小结103 参考文献103第 6 章 智能电网设计的路径106 6.1 引言106 6.2 智能电网发展的障碍和解决方案106 6.3 基于先进的优化和控制技术的智能电网设计路径108 6.4 一般层次的自动化108 6.4.1 可靠性109 6.4.2 稳定性110 6.4.3 经济调度110 6.4.4 机组组合1
16、11 6.4.5 安全性分析112 6.5 输电层次中智能电网的大型电力系统自动化112 6.5.1 故障和稳定性诊断113 智能电网 设计与分析基础 6.5.2 无功功率控制113 6.6 配电系统自动化需求114 6.6.1 电压无功功率控制115 6.6.2 电能质量116 6.6.3 网络重构117 6.6.4 需求侧管理117 6.6.5 分布式发电控制118 6.7 智能电网的终端用户/家用电器层次118 6.8 自适应控制和最优化方法的应用118 6.9 小结119 参考文献119 推荐阅读120第 7 章 可再生能源与储能121 7.1 可再生能源121 7.2 智能电网中可利用的可持续能源121 7.2.1 太阳能122 7.2.2 太阳能发电技术122 7.2.3 光伏系统建模122 7.2.4 风电机组系统124 7.2.5 生物质-生物能126 7.2.6 小型与微型水电126 7.2.7 燃料电池126 7.2.8 地源热泵127 7.3 可持续能源利用中的渗透率与波动性问题127 7.4 需求响应问题128 7.5 电动汽车与插电式混合动力电动汽车129 7
