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出版者:Wiley

作者:Thomas Ackermann, Ph.D.

出品人:

页数:742

译者:

出版时间:2005-03-25

价格:USD 170.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470855089

丛书系列:

图书标签:

• wind
• power
• 风能
• 电力系统
• 可再生能源
• 风力发电
• 电力电子
• 并网技术
• 电力系统稳定性
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• 能源工程
• 电气工程

《风能与电网融合：挑战、策略与未来展望》 随着全球能源结构的转型，风能作为一种清洁、可再生的能源形式，正以前所未有的速度融入现有的电力系统中。然而，风能的间歇性和波动性给电网的稳定运行带来了严峻的挑战。本书旨在深入探讨风能并网的复杂性，全面剖析当前面临的关键问题，并提出切实可行的解决方案与前瞻性的发展方向。 第一部分：风能并网的挑战与技术瓶颈 风能的特性决定了其与传统发电方式存在本质区别。本书将首先从技术层面出发，详细阐述风电并网所带来的主要挑战。 波动性与间歇性： 风速的不可预测性导致风力发电功率输出存在随机性和大幅波动。这直接影响到电网的实时功率平衡，需要电力系统具备更高的灵活性来应对。我们将分析风电出力预测的精度局限性，以及其对电网调度造成的困难。 电网频率与电压稳定性： 传统发电机的同步运行特性使得电网能够维持稳定的频率和电压。而风力发电机组，特别是基于变流器控制的直驱或变速恒频风机，其输出功率的变化会直接影响电网的惯量支撑，可能导致频率和电压的剧烈波动，甚至引发系统失稳。本书将深入解析不同类型风机对电网动态特性的影响机制。 电网潮流扰动与潮流波动： 大规模风电场的接入会改变原有的电网潮流分布，可能导致局部区域的潮流过载，或增加输电线路的损耗。风电功率的快速变化也会引起电网潮流的剧烈波动，对继电保护系统提出新的要求。 低频振荡与谐波问题： 特定风机配置或电网结构下，风电并网可能引发电网的低频振荡，影响电网的稳定性。变流器在功率转换过程中也可能产生谐波，对电网的其他设备造成干扰。 直流输电的挑战： 随着风电场越来越远离负荷中心，远距离直流输电成为必然。但直流输电系统的控制、保护和故障处理与交流系统存在差异，风电与直流输电的集成需要特别的考虑。 第二部分：风能并网的策略与关键技术 为了克服上述挑战，本书将系统介绍一系列行之有效的策略和关键技术。 先进的风电功率预测技术： 提升风电功率预测的准确性和时效性是解决风电波动性问题的基础。本书将探讨基于统计模型、数值天气预报（NWP）模型以及机器学习和人工智能（AI）等多种预测方法，并分析它们在不同时间尺度下的适用性。 智能电网技术与风电融合： 智能电网的建设为风电并网提供了强大的支撑。我们将重点介绍： 储能系统： 各种形式的储能技术（如电池储能、抽水蓄能、飞轮储能等）在平抑风电波动、提供调频调压服务方面的作用，以及不同储能技术在风电并网中的应用场景和经济性分析。 需求侧管理（DSM）： 通过激励机制引导用户调整用电行为，与风电出力形成互补，从而提高电网的整体灵活性。 先进的控制策略： 包括虚拟同步机（Virtual Synchronous Machine, VSM）、增量控制（Increment Control, IC）等新型控制技术，旨在赋予风电机组类似同步发电机的惯量响应和动态支撑能力。 柔性交流输电系统（FACTS）与统一潮流控制器（UPFC）： 这些设备能够动态地调节电网的潮流分布和电压，提高电网的输电能力和稳定性，有效缓解风电并网带来的潮流问题。 电网互联与协同控制： 在区域或国家层面实现电网的互联，能够通过不同区域的风电资源互补来平抑整体波动。本书将探讨多区域电网协同调度、信息共享以及风险分担机制。 风电场内部的优化控制： 包括风电机组之间的协同控制、风场内部能量管理系统（EMS）的设计，以及如何通过优化风机运行参数来降低对电网的影响。 风电并网标准与规范： 梳理国际国内的风电并网技术标准和规范，探讨其在保障电网安全稳定运行中的重要性，以及未来标准的演进趋势。 第三部分：风能并网的经济性与政策导向 风能并网不仅仅是技术问题，也涉及经济可行性和政策支持。 风电并网的经济性评估： 分析风电并网的成本构成，包括设备投资、运维成本、电网升级改造费用以及对电网稳定性的额外支撑成本。同时，也将探讨风电上网电价、补贴政策以及碳交易等机制对风电经济性的影响。 政策法规与市场机制： 探讨各国政府在推动风电发展和并网方面的政策措施，如可再生能源配额制、税收优惠、绿色证书交易等，以及这些政策如何影响风电市场的健康发展。 风险管理与保险： 针对风电并网可能带来的技术风险、市场风险和投资风险，本书将提出相应的风险管理策略和保险方案。 第四部分：未来展望与前沿研究方向 本书的最后一章将着眼于未来，探讨风能并网领域的新兴技术和发展趋势。 大规模风电并网下的电网韧性： 随着风电占比的不断提高，如何构建具有高韧性的电网，使其能够抵御极端天气、设备故障以及网络攻击等各类扰动，将是未来的重要课题。 数字化与智能化： 利用大数据、云计算、物联网（IoT）等技术，实现对风电场和电网运行状态的实时监测、分析和智能决策，将极大提升风电并网的效率和可靠性。 多能源协同与系统集成： 探讨风能与其他可再生能源（如太阳能、水电）以及氢能等新型能源的协同发展，构建更加灵活、高效的综合能源系统。 海上风电的技术挑战与发展： 特别关注海上风电场对电网带来的独特挑战，如远距离输电、海缆连接、海洋环境影响等，以及相应的技术解决方案。 全球能源转型与风能的战略地位： 展望风能在实现全球碳中和目标中的关键作用，以及其在未来能源结构中的战略地位。 本书面向电力工程师、研究人员、政策制定者以及对新能源技术感兴趣的读者，旨在提供一个全面、深入、实用的风能并网知识体系，为推动清洁能源的可持续发展贡献力量。

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从语言风格上说，这本书的作者拥有非常成熟的学术写作技巧，其文字表达精准到位，几乎没有出现任何模棱两可的表述。行文之间，流淌着一种沉稳、客观的科学态度，即便是对存在争议性的技术路线，作者也总是保持中立，清晰地列出各自的优缺点，将判断权留给读者。这种对“去魅”的坚持，使得这本书极大地避免了成为某种特定技术流派的宣传册，而更像是一部详尽的技术百科全书。例如，在讨论不同变流器拓扑结构时，作者详尽对比了其在谐波抑制、控制带宽和成本效益上的权衡，这种多角度的审视，极大地拓宽了我的技术视野。我发现，即使是那些我原本以为已经很熟悉的章节，在作者的重新组织和深度解析下，总能发现新的理解层次，这正是优秀学术著作的魅力所在——它不仅传授知识，更重要的是教会读者如何进行批判性思考。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面的设计语言充满了现代感，那种蓝绿渐变的色调仿佛直接将人带到了广阔无垠的风力发电场上，微风拂过叶片的动态感被巧妙地捕捉了下来。内页的纸张选择也体现了出版方对阅读体验的重视，触感细腻，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到明显的疲劳。我尤其欣赏它在排版上的用心，大段的文字被清晰的图表和精美的插图有效地打断和穿插，使得原本可能显得枯燥的技术性内容变得易于消化。书中的章节标题设计得非常直观，目录的逻辑结构清晰流畅，能让人迅速定位到自己感兴趣的研究领域。翻阅之初，我就感觉到这不是一本应付了事的教材，而是凝结了作者深厚功底和匠心的作品。它在视觉上传达出一种专业、严谨又不失亲和力的氛围，让人在拿起它的那一刻，就对即将探索的内容充满了期待和敬畏。这种对细节的关注，无疑为后续深入阅读奠定了极佳的基础，体现了对“知识的载体”本身也应具备高标准的态度。

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阅读这本书的过程，感觉就像是受邀参加了一场由领域内顶尖专家主导的深度研讨会，只不过这次的交流媒介是文字。作者在阐述核心概念时，采取了一种非常巧妙的“螺旋上升”式叙事方法，即在初次介绍时保持高度概括和易懂，随后在后续章节中逐步引入更复杂、更细致的数学模型和工程实例，保证了即便是初学者也能跟上节奏，而资深人士也能从中挖掘出新的见解。我特别欣赏它对历史脉络的梳理，它没有简单地罗列技术演进的时间线，而是深刻剖析了每一次技术飞跃背后的驱动力——是电网稳定性需求的驱动，还是材料科学的突破？这种对“为什么”的深入挖掘，极大地提升了阅读的厚重感。书中大量的引用和脚注，指向了最新的学术论文和行业标准，这对于需要进行前沿研究的读者来说，是无价的宝藏，它像一座坚实的桥梁，连接了书本知识与瞬息万变的研究前沿。整体来看，其论述的严谨性和对知识体系的构建能力，达到了教科书级别的标准。

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这本书最让我感到震撼的地方，在于它对系统集成与动态响应的描述，那简直是教科书级别的案例分析集合。书中不仅仅停留在对单个风力发电机组特性的描述，而是花费了大量篇幅去探讨成百上千台机组并入现有电网后所产生的全局性影响。无论是暂态稳定分析，还是无功功率的动态补偿策略，作者都提供了详尽的数学推导和实际运行数据佐证。我印象尤为深刻的是关于高渗透率情景下的电网惯量缺失问题，作者提出的几种基于智能控制器的解决方案，思路新颖且具有很强的可操作性。阅读这些章节时，我需要反复对照附录中的附图和仿真结果，那些曲线图和频谱分析，清晰地展示了复杂系统中的耦合关系和非线性效应。它成功地将一个看似抽象的能源转型问题，具象化为一系列可量化、可解决的工程挑战，这对于电力系统工程师来说，无疑是一份极具实战价值的参考手册。

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这本书的深度和广度，让我在阅读过程中产生了强烈的“智力上的愉悦感”。它不像某些同类书籍那样，只是简单地堆砌公式或机械地罗列标准，而是真正深入到了问题的“内核”。作者仿佛是一位技艺高超的解剖学家，庖丁解牛般地剖析了电力系统在接纳间歇性可再生能源时所面临的结构性难题。特别值得称赞的是，它对未来发展趋势的展望部分，虽然篇幅不多，但立意高远，没有落入空泛的口号式预测，而是基于当前技术瓶颈，提出了未来十年内最有可能实现突破的几个关键研究方向，比如先进的储能技术与电网韧性增强的交叉研究等。读完这本书，我感觉自己不仅在技术层面上获得了系统的知识补充，更是在宏观的能源战略层面上，对未来电网的形态有了一种更清晰、更具洞察力的理解，这是一次远超预期的知识投资回报。

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