《深入理解智慧電網：基本原理、關鍵技術與解決方案》是智慧電網領域的重要的介紹性著作，涵蓋智慧電網的所有相關主題。本書描述了未來電力供應的挑戰、所引發的問題、未來的前景、智慧電網的驅動因素、基本原理、概念、新出現的解決方案等。具體包括：智慧發電的資源、種類和潛力；輸電網和變電站的智能電網新技術；智慧配電網的設計；廣域範圍內輸電網智慧運行、保護和監測；智能配電網的三大支柱；智慧能源市場；先進資訊和通信技術的原理和新進展。

《深入理解智慧電網：基本原理、關鍵技術與解決方案》關注實踐經驗，針對採用新的智慧電網解決方案，總結了大量的各國的工業經驗、領導經驗。

對於電力行業的實踐工程師、研發者、管理者、政策制定者，以及高等院校電力系統等相關專業師生來說，本書都極具參考價值。

Bernd M.Buchholz博士

分別于1973年和1976在莫斯科電力工程學院/技術大學獲得碩士和博士學位。1975～1989年，他在德國德累斯頓的能源供應研究所工作。最初，他在“電網規劃”部門工作。他于1981年成為“電網自動化”部門經理，並于1987年擔任董事。1990～2006年，他在西門子 AG工作，前十年作為“電力自動化”分部的副總裁和研發經理。2000～2005年，他曾任位於埃爾蘭根的“電網分析與諮詢”商業分支機搆的總裁，該機構在2005年將美國公司PTI整合進了位於埃爾蘭根、斯克內克塔迪 (美國)、曼徹斯特 (英國)的“電力技術國際”和全球能力中心。1995～2000年，他也是通信標準 IEC 61850第 4部分(系統管理)和7-4 (資料模型)的主編。2002～2008年，他是 CIGRE SC C6的德國成員。2004～2009年，他是“智能電網”歐洲諮詢委員會的執行成員。他於2006年從西門子退休，但仍積極擔任NTB技術服務的首席顧問。他是德國電力工程 (ETG/VDE) 社團的活躍成員，是“智能配電”(2008) 和“主動能源網”(2013) 的專責小組組長。自2010年以來，他擔任歐洲燈塔專案、Web2Energ專案的技術和戰略顧問。此外，他還是德國電力能源項目“RegModHarz”和“哈茨-電動汽車”的技術顧問。他是位於馬格德堡的奧托•馮•格裡克大學、位於薩爾茨堡的技術學院、VDE 的職業教育專案的客座講師。他以6種語言發表了180篇國際文獻。因其卓越的科學貢獻，CIGRE (兩次)、IEEE 和 VDE 授予其相關榮譽。

Zbigniew Styczynski博士、教授

于1977年獲得電氣工程博士學位，于1985年在弗羅茨瓦夫理工大學(波蘭)擔任教授。他在斯圖加特大學8年。自1999年以來，他一直在位於德國馬格德堡的奧托•馮•格裡克大學擔任電網和可再生能源教授。2002～2006年，他是學院院長。在 2006年，他當選為薩克森-安哈爾特可再生能源中心主席，于2008年成為奧托•馮•格裡克大學電力系統研究所執行主任。自2002年以來，他也成為這所大學理事會的成員。他是聯合弗勞恩霍夫協會(Fraunhofer)工廠運行和自動化研究所(IFF) /奧托•馮•格裡克大學電力系統和可再生能源的能力中心的共同創始人和科學協調員，也是位於馬格德堡的Steinbeis基金會轉移中心ENRE的創始人和主任。此外，他也是 ETG、CRIS、CIGRE 和 IEEE 的活躍成員，也是柏林FNN的專家。自2004年以來，他一直是康拉•阿登納基金會的研究員。自2010年以來，他成為CRIS的主席。他協調了許多國內和國際項目 (例如：哈茨-電動汽車)。他是200多篇國際期刊論文的作者或合著者，並在許多國際科學會議上發表過講話。

譯者序
原書序
致謝
縮略語表

第1章 未來電網的前景和策略
1.1 智慧電網的驅動因素
1.2 未來歐洲智慧電網的核心要素
1.3 歐洲能源政策的重大變革及其對智慧電網的影響
參考文獻

第2章 智慧發電: 資源和潛力
2.1 發電的新趨勢和新要求
2.2 不穩定的可再生能源: 風能和太陽能
2.2.1 風電場
2.2.2 利用太陽能發電
2.3 可再生能源的熱電聯產
2.3.1 生物燃料發電廠
2.3.2 地熱發電廠
2.3.3 燃料電池
2.4 電能存儲系統
2.4.1 電能存儲的介紹與分類
2.4.2 大量能源長期存儲工廠
2.4.3 固定式電池
2.4.4 電解以“電產氣”
2.4.5 採用熱存儲的電能管理
2.5 增強可控電廠靈活性的需求
參考文獻

第3章 輸電網中的現代技術和智慧電網面臨的挑戰
3.1 變電站: 電網節點
3.1.1 輸電變電站的接線和元件
3.1.2 新的空氣絕緣開關技術
3.1.3 氣體絕緣開關
3.2 採用數位技術實現電力系統控制和自動化
3.2.1 電力系統控制和自動化的層次結構和資料處理
3.2.2 變電站的保護和控制
3.2.3 控制中心技術
3.3 輸電技術
3.3.1 概述
3.3.2 交流輸電
3.3.3 直流輸電
3.3.4 使用有功功率控制和無功功率控制的柔性交流輸電
3.4 輸電網面臨的挑戰
3.4.1 不穩定的風能和太陽能發電產生的影響
3.4.2 發電和負荷中心的分離
3.4.3 電力電子的饋電和短路功率
參考文獻

第4章 配電網的設計及新型電網用戶的影響
4.1 配電網分類
4.2 一級和二級中壓配電網
4.3 中壓配電網和低壓配電網分類
4.4 中性點接地概念
4.4.1諧振接地
4.4.2 中性點不接地
4.4.3 中性點經固定阻抗和低阻抗(限流)接地
4.4.4 組合方式
4.4.5 接地方式總結
4.4.6 有效選擇中性點接地方式的實踐經驗
4.5 配電網保護
4.5.1 中壓配電網
4.5.2 中壓配電網的饋電變電站
4.5.3 低壓配電網
4.6 配電網運行
4.6.1 確保電能品質
4.6.2 過程管理
4.7 配電系統的新趨勢
4.7.1 分散式發電和新型負載
4.7.2 對電能品質的影響
參考文獻

第5章 輸電網的智慧運行和監測
5.1 大面積停電的根本原因和經驗教訓
5.1.1 概述和電壓崩潰現象
5.1.2 2003年美國東北/加拿大大停電
5.1.3 2003年倫敦大停電
5.1.4 2003年瑞典和丹麥大停電
5.1.5 2003年義大利大停電
5.1.6 2004年雅典大停電
5.1.7 2005年莫斯科南部大擾動
5.1.8 2006年德國和歐洲大陸的系統大擾動
5.2 控制區域和系統服務
5.2.1 電力系統管理
5.2.2 頻率控制
5.2.3 電壓控制
5.2.4 供電恢復
5.2.5 發電計畫: 價值順序原則
5.2.6 分散式能源提供的系統服務
5.3 電力系統觀測和智慧化擁堵管理
5.3.1 電力系統需要更多的觀測
5.3.2 電網安全運行的預測方法
5.3.3 現代保護概念
5.3.4 相量測量的廣域監測
5.3.5 穩態評估和動態安全評估
5.3.6 天氣狀況監測和靈活的線路帶負荷
5.4 結論
參考文獻

第6章 智能配電網的三大支柱
6.1 配電系統中的智慧電網和智慧市場的關係
6.2 支柱 1: 本地配電網自動控制和遠端控制
6.2.1 電壓控制
6.2.2 潮流控制的機會
6.2.3 故障跳閘後供電恢復的自動控制和遠程控制
6.2.4 增強中壓保護概念
6.2.5 配電網中智慧電網增強的經濟性
6.3 支柱 2: 虛擬電廠的靈活性——智慧機組
6.3.1 虛擬電廠的基礎
6.3.2 需求側管理: 儲能和可控負荷的作用
6.3.3 虛擬發電廠在未來市場中的商業模式
6.4 支柱 3: 用戶的智慧計量與市場一體化
6.4.1 數位計量技術基礎
6.4.2 動態電價
6.4.3 對用戶行為的影響：需求側回應（DSR）
6.4.4 電動汽車管理
6.5 智慧配電的通信需求
參考文獻

第7章 智慧能源市場設計
7.1 未來電力供應市場：一個場景和一個案例研究
7.2 電網運營和電力市場的智慧服務
7.2.1 智慧服務概述
7.2.2 計量服務
7.2.3 資料通信和資訊管理
參考文獻

第8章 先進資訊和通信技術：智能電網的骨架
8.1 智慧電網中統一的資訊和通信技術標準的重要性
8.1.1 資訊和通信技術標準的功能
8.1.2 通信標準
8.1.3 資料管理的標準
8.1.4 資訊安全
8.2 電力系統中用於監測和控制的通信發展史
8.2.1 遠端變電站控制的設計發展
8.2.2 數位通信協定簡介
8.3 用IEC 61850系列標準進行無縫通信
8.3.1 IEC 61850的參考模型和結構
8.3.2 資料模型
8.3.3 在一條匯流排上的三個協定：通信服務結構
8.3.4 協定服務
8.3.5 獨立設計
8.3.6 一致性和接受度測試
8.3.7 智慧電網擴展的新標準部分
8.4 基於通用訊息模型IEC 61968/70 的資料管理
8.5 資料和通信安全IEC/TS 62351
8.6 統一智慧電網標準的全球性行為
8.6.1 IEC/TR 62357參考模型
8.6.2 歐州授權標準M/490
8.6.3 在電力能源/智慧電網標準化路線圖中的全球性行為的分析
參考文獻

第9章 全球智慧電網
9.1 全球最大電力系統的智慧電網
9.1.1 中國電力系統宏偉的發展戰略
9.1.2 美國互連電網的發展目標
9.1.3 俄羅斯及其鄰國的電力系統的增強
9.2 歐洲智慧電網項目概況
9.2.1 歐盟第五、第六、第七框架計畫專案
9.2.2 歐洲國家級智慧電網專案的庫存專案清單
9.3 智慧電網應用經驗
9.3.1 Web2Energy: 實踐中的智能配電三大支柱
9.3.2 RegModHarz: 用VPP實現區域供電
9.3.3 美國的DSR項目
9.3.4 南韓濟州島智能電網測試平臺

參考文獻

發展智慧電網是一種全球性趨勢。世界上不同地區對智慧電網的建設反映了該區域的資源儲備和需求。我們已看見電網整合了大規模的風力發電和太陽能發電設施。大型離岸風電場即將出現。越來越多的國家使用了自動化和虛擬智慧配電網。在輸電側，大量的相量測量單元（PMU）正在收集大量的資訊用來監測電力系統的動態。電力工業正發展和增強需求側回應和其他程式以供使用者選擇。為了保證需求側回應正常進行和使用者服務品質，上百萬的智慧電錶正採集使用者的電力消費資料。電網的這些新的智慧特性依賴於資訊和通信技術（ICT），用這種技術連接智慧電網的所有元件，這對於智慧電網來說是至關重要的。智慧電網中可再生能源發電與電網（從輸電網到配電網）和從智慧電錶到配電網的整合程度不斷加深，為未來電網的發展帶來新視野和新機遇。我們正在順利地邁向這些史無前例的創新，但是，我們也應當意識到智慧電網正面臨巨大的挑戰，這些挑戰來自於科技、經濟、社會和公共政策等不同的角度。

智慧電網涵蓋的範圍是寬廣的，具有巨大的複雜性。研究、開發、調度和運行經驗等各個方面都有研究文獻不斷湧現。與此同時，我們也亟需一個知識的綜合來源，可以涵蓋智慧電網的各個領域。《深入理解智慧電網：基本原理、關鍵技術與解決方案》詳細地介紹了我們在建設最終智慧電網的漫長過程中應當採取的重要步驟。本書中的大量知識、工業經驗和領導經驗可用作智慧電網這一激動人心的領域的學習基礎資料，相信對於實踐工程師、研發者、管理者和政策制定者來說都大有裨益。

《深入理解智慧電網：基本原理、關鍵技術與解決方案》按智慧電網專案的邏輯順序編寫。在第1章中，構建了未來智慧電網的前景。在第2章中，討論了多種可再生能源和儲能設備。在第3章中，講述了輸電網和變電站的新技術。在第4章中，闡述了配電網的工程設計，包括網路配置、接地、繼電保護和電能品質的相關問題。在第5章中，討論了廣域範圍內輸電網運行、保護和控制的相關問題。在第6章中，討論了在應用分散式和可再生能源裝置時智慧配電網的性能，包括電壓控制、潮流控制、能量管理、饋線保護和供電恢復等。智慧計量提供了用戶參與電力市場的新的可能性。在第7章中，討論了如何建立市場來激勵供電的和需求的利益相關者，還介紹了順應智慧電網政策的必要性。如果不討論標準、資訊、網路安全和協定的關鍵主題，ICT不可能成為智慧電網的支柱技術。在第8章中，介紹了有關ICT的新進展。最後，在第9章中，總結了全球智慧電網的進展，其反映了世界上各地區智慧電網的特點和優點。

作為一個專業的同事，我要感謝Buchhholz博士和Styczynski教授，是他們付出了巨大的努力，才使這本有趣且內容豐富的書誕生。《深入理解智慧電網：基本原理、關鍵技術與解決方案》對智慧電網的研究開發、工程建設和教育方面做出了巨大貢獻。

劉鎮欽
美國華盛頓州立大學能源系統創新中心波音傑出教授和導師
愛爾蘭都柏林大學電力系統教授