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基本信息

书名:能源服务网络中的分布式能源模拟

定价：69.00元

售价：43.5元,便宜25.5元,折扣63

作者:Salavador Acha

出版社：机械工业出版社

出版日期：2017-11-01

ISBN：9787111571582

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《能源服务网络中的分布式能源模拟》内容源于英国帝国理工学院BP城市能源系统项目。《能源服务网络中的分布式能源模拟》呈现了项目过程中非常有趣和创新的一部分研究成果，即围绕包括需求中心、插电式混合动力汽车、热电联产和能源服务（燃气和电力）网络在内的混合城市能源系统的运行优化开发出的复杂工具。书中对这一工具的开发过程进行了描述，通过文字描述示范了同时考虑能源系统的多个方面如何带来收益，并展示了如何将该工具与采用新技术后引发的对未来需求模式的前瞻性仿真相结合。总而言之，《能源服务网络中的分布式能源模拟》代表了向智能、高效的未来城市能源系统过渡的一个重要里程碑，可以为工程师解决复杂的跨学科能源问题提供启发和思路。

内容提要

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《能源服务网络中的分布式能源模拟》介绍了一种对含嵌入式技术的能源服务网络进行集成稳态优化的建模框架。书中开发的新模型称为时间协调优化潮流（TCOPF）模型，此模型可通过一系列必要步骤计算天然气和电力网络的优化能流，同时计算插电式混合动力汽车（PHEV）和热电联产（CHP）装置的优化调度。因此，TCOPF工具可以管理及协调配电网运营商和分布式能源之间的相互关系。
《能源服务网络中的分布式能源模拟》中对分布式能源系统应当遵循的优化调度模式进行了描述，这种模式有望改善城市能源服务网络的性能。集成建模为希望有效协调分布式能源运行与能源公用事业运营策略的利益相关方提供了一个新的视角。结尾，本书结合用于模拟PHEV行驶状况的基于agent的模型对TCOPF模型框架进行了扩展，以便更好地评估PHEV所代表的负载灵活性。
综上，为开发由多种能源基础设施与嵌入式分布式能源集成的综合模型，《能源服务网络中的分布式能源模拟》涵盖了电力系统工程师所需要关注的各类关键元素。

目录

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作者介绍

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Salvador Acha 是英国帝国理工学院的研究员，也是帝国理工-森宝利集团合作研究团队的带头人。该合作旨在达成两个目标：在超市实施智能控制以提高能效，同时通过整体的能源投资决策可持续地减少森宝利的碳足迹。团队主要围绕能效策略、能源模拟及预测、低碳路线图进行研究。Acha博士的研究领域包括智能电网架构、插电式混合动力汽车推广、分布式能源资源优化管理、能源预测和环境报告。

文摘

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序言

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能源服务网络中的分布式能源模拟 一、 引言 在全球能源转型的大背景下，分布式能源（Distributed Energy Resources, DERs）以其灵活性、可持续性和成本效益，正以前所未有的速度渗透到全球能源体系的各个层面。从屋顶光伏到小型风力发电机，从电池储能系统到电动汽车，这些分散式的发电、储能和负荷设备，正在逐步重塑传统的集中式电力网络。然而，大规模、高比例的分布式能源接入，也对现有能源网络的运行、规划和管理带来了诸多挑战。如何准确地模拟和评估分布式能源在现代能源服务网络中的表现，成为了推动能源系统智能化、高效化和可持续发展的关键。 本书《能源服务网络中的分布式能源模拟》深入探讨了这一前沿领域，旨在为能源领域的科研人员、工程师、政策制定者以及相关行业从业者提供一套系统、全面且具有实践指导意义的分析工具和方法论。我们聚焦于如何利用先进的模拟技术，刻画分布式能源在复杂能源服务网络中的动态交互、性能表现以及对整体系统可靠性、经济性和环境效益的影响。本书不仅仅是对现有技术的梳理，更是对未来分布式能源系统集成和优化的前瞻性探索，为构建更加弹性、智能和绿色的能源未来奠定坚实的基础。 二、 分布式能源的崛起及其挑战 随着技术的不断进步和政策的有力支持，分布式能源的部署呈现出爆发式增长的态势。太阳能光伏技术成本的大幅下降，使得用户侧自发自用成为可能；新型储能技术的发展，如锂离子电池、液流电池等，为解决间歇性电源的波动性提供了有效手段；电动汽车的普及，不仅带来了新的交通模式，其电池的储能潜力也为电网提供了额外的灵活性。这些分布式资源并非孤立存在，而是通过智能电网技术，与传统电网进行双向互动，共同构成一个更加复杂和动态的能源服务网络。 然而，分布式能源的广泛接入也带来了一系列严峻的挑战： 电网稳定性和可靠性： 大量间歇性电源（如光伏、风电）的接入，会加剧电网电压和频率的波动，对电网的稳定运行构成威胁。传统的集中式电网管理模式难以有效应对这种快速变化的特性。 潮流反转和过电压： 在分布式电源出力较高时，可能出现电力潮流从负荷端流向电源端，以及局部区域电压超过安全范围的现象，给配电网的运行带来新的问题。 通信和控制复杂性： 分布式能源系统的规模庞大、数量众多，需要建立高效、实时的通信和控制网络，以实现对海量节点的协同管理和优化调度。 市场和经济性： 如何将分布式能源有效纳入电力市场，设计合理的交易机制，以及评估其经济效益，是推动其健康发展的关键。 信息安全： 智能电网和分布式能源系统的互联互通，也带来了新的信息安全风险，需要采取有效的防护措施。 规划和集成： 如何在电网规划中充分考虑分布式能源的接入容量和特性，实现其与现有电网资源的协同优化，是保障能源供应安全和经济性的重要环节。 三、 模拟方法的必要性与发展 面对上述挑战，准确、精细的模拟分析成为理解和解决问题的根本途径。分布式能源模拟的目标，是通过构建数学模型和计算工具，复现真实能源系统中的各种物理过程、运行状态和经济行为，从而： 评估性能： 量化分布式能源在不同工况下的发电量、储能效率、响应速度等关键性能指标。 分析影响： 预测分布式能源接入对电网电压、潮流、损耗、稳定性等方面的影响。 优化设计： 为分布式能源系统的选型、容量配置、接入位置等提供科学依据，实现最优的系统设计。 支撑决策： 为电网运营商、政策制定者提供决策支持，如电网升级改造、市场规则制定、技术路线选择等。 风险评估： 识别和量化分布式能源系统可能存在的风险，并制定相应的应对策略。 分布式能源模拟方法经历了从简单到复杂的演变： 早期方法： 主要集中在对单个分布式电源的独立建模，如光伏电池的输出功率计算、风力发电机的功率曲线等，侧重于静态或准静态的分析。 系统级建模： 随着分布式能源规模的增加，开始关注其对整个电网系统的影响。采用电力系统潮流计算、暂态稳定性分析等传统方法，将分布式电源作为负荷或电源进行等效处理。 动态仿真： 针对分布式能源的快速波动性和互动态，发展了高动态的仿真技术，能够模拟毫秒级的电压、频率变化，以及控制系统的响应过程。PSCAD/EMTDC、MATLAB/Simulink等软件在这一阶段得到广泛应用。 多能源耦合仿真： 能源系统不再局限于电力，还包括热力、燃气等多种能源形式。分布式能源的引入，促进了多能源系统的耦合，模拟也需要考虑不同能源形式之间的相互转化和影响。 ochastic Simulation and Uncertainty Quantification (不确定性量化): 考虑到分布式能源（如太阳能、风能）的随机性和间歇性，以及负荷的预测误差，需要采用蒙特卡洛模拟、场景分析等方法，对系统运行的不确定性进行量化评估。 Agent-based Modeling (基于智能体的建模): 随着用户侧分布式能源（如电动汽车、家庭储能）的普及，需要模拟大量独立决策单元的行为。基于智能体的建模方法，能够更有效地刻画这些分布式智能体的互动和集体行为。 Machine Learning and AI-based Simulation (机器学习与人工智能驱动的模拟): 利用大数据和人工智能技术，可以构建更精准、高效的分布式能源模型，实现预测性维护、故障诊断、智能调度等高级功能。 四、 本书内容概述 本书围绕“能源服务网络中的分布式能源模拟”这一核心主题，将涵盖以下几个关键方面： 1. 分布式能源的建模基础： 各类分布式能源的物理模型： 详细介绍太阳能光伏阵列、风力发电机组、电池储能系统（BESS）、燃料电池、微型燃气轮机、电动汽车（EV）等主要分布式能源的数学模型，包括其发电特性、储能特性、响应特性等。 分布式能源与电网的接口模型： 阐述分布式能源与配电网、微电网等不同层级电网的连接方式，包括并网点模型、逆变器控制模型等。 负荷模型： 探讨不同类型负荷（如居民负荷、工业负荷、商业负荷）的建模方法，以及负荷预测的不确定性。 2. 能源服务网络的概念与架构： 传统电力网络的演进： 回顾集中式电力网络的特点、运行模式和局限性。 智能电网与能源服务网络： 介绍智能电网的核心理念，以及能源服务网络（ESN）作为智能电网演进的下一阶段，如何整合发电、输配电、储能、用能等多个环节，并引入市场机制和信息技术。 微电网与虚拟电厂： 详细阐述微电网和虚拟电厂的定义、功能、组成和运行模式，以及它们在分布式能源整合中的作用。 3. 分布式能源系统的仿真技术与工具： 潮流计算与短路计算： 介绍在考虑大量分布式能源接入情况下，如何进行稳态潮流和短路计算，以评估电网的运行状态和安全裕度。 暂态稳定性仿真： 重点分析分布式能源（特别是其控制系统）对电网暂态稳定性的影响，以及如何进行暂态仿真分析。 长期调度与经济性仿真： 探讨如何进行分布式能源的长期运行调度，包括日前、日内及实时调度，并评估其经济效益。 不确定性分析方法： 详细介绍蒙特卡洛模拟、情景分析、鲁棒优化等方法，用于量化分布式能源和负荷的不确定性对系统运行的影响。 多能源耦合仿真： 介绍如何对电、热、气等多种能源形式耦合的系统进行建模和仿真，分析分布式能源在多能源协同中的作用。 仿真平台与软件介绍： 梳理市面上主流的分布式能源仿真平台和软件，如MATLAB/Simulink、PSCAD/EMTDC、OpenDSS、Pandapower、GridLAB-D等，并分析它们的优缺点和适用场景。 4. 分布式能源在能源服务网络中的应用场景仿真： 微电网的运行与控制仿真： 针对孤岛运行、并网运行、故障穿越等场景，对微电网的运行模式、控制策略进行仿真分析。 虚拟电厂的聚合与优化仿真： 模拟虚拟电厂如何聚合大量分布式能源，参与市场竞价，提供调频、调峰等辅助服务。 电动汽车的接入与充电管理仿真： 分析大规模电动汽车接入对配电网的影响，以及智能充电策略的有效性。 能源交易与市场机制仿真： 模拟分布式能源参与电力市场的交易过程，评估不同市场规则下的经济效益。 电网韧性与可靠性仿真： 评估分布式能源在应对自然灾害、设备故障等极端事件时的作用，提升电网的韧性。 5. 分布式能源模拟的挑战与未来发展趋势： 模型精度与计算效率的权衡： 在保证模型精度的同时，如何提高仿真计算的效率，以满足大规模、实时仿真的需求。 数据获取与融合： 探讨如何获取和融合来自分布式能源、电网设备、用户终端的多源异构数据，以支持更精准的模拟。 模型验证与校准： 介绍如何通过实测数据对仿真模型进行验证和校准，提高模型的可靠性。 人工智能在分布式能源模拟中的应用： 深入探讨机器学习、深度学习等人工智能技术在模型构建、参数辨识、故障诊断、智能控制等方面的应用前景。 跨领域耦合仿真： 展望未来，分布式能源模拟将更加注重与交通、建筑、通信等领域的耦合，构建更全面的智慧能源系统模型。 标准化与互操作性： 讨论制定分布式能源模拟模型和仿真平台的标准化，以促进不同工具和模型之间的互操作性。 五、 结论 《能源服务网络中的分布式能源模拟》旨在为读者提供一个深入理解和掌握分布式能源模拟技术的平台。通过系统性的理论阐述、详实的模型构建、多样的仿真案例分析，本书将帮助读者建立起对分布式能源在现代能源服务网络中作用的深刻认识，并掌握利用先进模拟工具解决实际问题的能力。我们相信，随着能源技术的飞速发展，分布式能源将在未来的能源体系中扮演越来越重要的角色，而精准有效的模拟分析，将是实现这一愿景的关键驱动力。本书的出版，希望能为这一重要领域的发展贡献一份力量，并激发更多创新的研究和实践。