電力改革及新能源技術
作者：[日]橫山隆一 著 周意誠、佘錦華、吳國紅、蘇林、卓拉 譯
圖書詳細信息：
ISBN：9787302302377
定價：58元
印次：1-1
裝幀：平裝
印刷日期：2013-4-3
圖書簡介：
隨著電力市場化的形成、新能源的普及，電力系統的經濟性和可靠性成為該領域廣受注目的一個研究方向。特別是近年來智慧型電網的普及又對電力改革和新能源開發提出了新的挑戰和要求。本書主要闡述電力系統市場化的相關經濟原理以及新能源的技術開發等方面的內容。主要包括：電力經濟基本理論、電費設定理論、最優潮流計算、電力系統控制及穩定化分析、分散式發電技術、發電機技術、電能品質等。本書適用範圍較廣，既可供從事電力系統規劃、管理，以及新能源開發設計的技術人員、管理幹部等使用，也可以作為電力系統、發電、輸電和自動控制等專業的高年級本科生或者研究生的教學參考書。
序
世界各國正在放鬆能源領域的管制並推進其自由化，特別是美國創立的競爭型電力市場、英國向電力完全自由化的過渡以及歐盟電力自由市場的整合對日本電力事業的現狀產生了極大的影響。1997年7月召開的電力事業審議會基本政策委員會提出了可稱為日本式電力零售自由化的“部分自由化”政策。該政策與1995年12月開始實施的批發電力事業自由化相結合，增加了選擇的自由度，使大型電力用戶不僅能從區域內的電力部門也可從區域外的新發電商及電力部門購買電力。而且對準備進入供電行業的企業來說，除採用自己的發電設備供電之外，還可以通過區域內外的其他發電商採購電力。此外，還明確了批發託運和收費的規則。從2000年3月開始，日本也真正打開了基於競爭原理的電力市場自由化的大門。今後，為了在新的環境下提高電力行業的經營效率並確保供電系統的可靠性，如何構造電力設備系統、公平地進行系統運行和送電服務是急需解決的問題。在這種電力自由化的潮流中，為了縮短建設周期，構造用戶附近的局部送電網以減少輸電網的負擔，提供清潔能源以防止地球溫室效應，近來，分散式電源受到了極大的關注。分散式電源指採用天然氣熱電技術、微型燃氣輪機和燃料電池等新能源的發電系統以及風力和太陽能發電等利用自然能源的發電系統。綜合資源能源調查會新能源部門會議2001年5月預計，按現有的政策，供電方2010年度導入的新能源約合8.78×10?9L石油，僅占1次能源總供應量的1.4%。如果政府和民眾立足現狀並進行最大限度的努力則可望實現1.91×10?10L石油的目標，占1次能源總供應量的3.2%。為了促進新能源（可再生能源）電力的導入，我們不僅需要通過法律措施完善各種制度，還需要進行下列重要的技術開發：評價將新能源分散式電源引入系統時對系統的計畫和運行所產生的影響，制定系統連線時的連線技術條件並完善系統保護，進行關於系統頻率、電壓、高頻成分等的電力質量管理和控制的研發。
同時，電力自由化也給系統運行帶來了憂患。放寬管制導致了美國西部地區大停電事故（1994年12月、1996年7月、1996年8月）、馬來西亞的系統崩潰（1996年8月）、紐西蘭北島的長時間停電（1998年1月）等頻繁的電力系統故障。這是由於電力自由化而導致的輸電網路的公用載波化，由於大量的電力市場供求者之間複雜的電力交易而導致的網路運行畸變，電力潮流陷入了阻塞（超負載）狀態而引起的。為了解決這個問題，需要開發對可輸送容量的計算和評價、系統穩定度、電壓穩定性、防止故障傳播等與確保供電可靠性相關的技術，以及能提高可輸送容量的電力設備的相關技術。
在美國首先實現了電力自由化的加利福尼亞州正遭受著電力危機的衝擊。該州最大的電力公司太平洋燃氣與電力（PG&E）負責給相當於該州40%居民的1300萬人供電，首先陷入了經營難的困境。由於無法籌措足夠的資金而無法提供足夠的電力，只好有?計?劃?地?實行大範圍的停電措施，最終導致了該公司的倒閉。在能源領域中引入競爭機制的大旗下各種限制正在不斷放寬，該州的電力公司需要承擔將發電和輸電部門分開以及從電力批發交易所（PX）採購電力的義務。因此，電力公司需要從交易所購買電力然後再給企業或一般消費者送電。由於關於環境的各種嚴格限制和電力需求動向的不透明，該州近10年完全沒有更新發電設備。在這種狀況下，以矽谷為代表的IT產業的高速發展、人口的激增，再加上暴雨、寒流、酷暑的異常氣候等各種原因同時引起了電力消費的激增，使電力無法滿足要求而導致了電力價格的暴漲。這被認為是導致危機的最主要原因。不過，有人認為這是因為在剛剛起步的自由電力市場中發電個體希望高價販賣電力而導致了供求和價格的調整而引起的。也有人認為這是由前一天現貨市場、發電設備的強制販賣命令、回收擱置成本之前的結算價格上的限制等市場機制的不成熟所造成的。為了解決這些問題，改善供電可靠性的監視機構，確立高可靠性送配電設備的計畫方法，開發可靠性分析軟體和雙向信息通信技術等的重要性得到了重新認識。
關於日本電力事業體制，已決定先用3年時間對到2000年3月為止的部分自由化效果進行驗證，然後再確定是否實施進一步的自由化。消費者對現有的供電體制、能源狀況、國際及地區間的系統連線結構、供電的可靠性及運行的穩定性提出的要求都不盡相同，而且各國的國情也不一樣，因此，所選擇的電力市場的自由化道路也需要適合各國的國情。日本具有穩定提供世界上最高品質和可靠性電力的優勢，希望在決定今後的電力自由化方向時，不要簡單地模仿外國，選擇能發揮日本供電事業特點的最佳方式。
本書針對在電力自由化這種新環境中提高電力事業的經營效率並確保供電可靠性所需的主要軟體和硬體技術進行了詳細敘述。包括電力市場的基礎經濟學理論（第2章，岡田健司），輸電服務及輸電費用定價理論（第3章，淺野浩志），短期邊際成本和最優潮流計算（第4章，久保川淳司），系統運行、控制與輔助服務（第5章，栗原郁夫、岡田健司），穩定度評價和特徵值解析（第6章，的場誠一），供電可靠性評價與電力設備規劃（第7章，陳洛南），電力系統分析的支持仿真技術（第8章，中西要祐），分散式電源聯網和電壓管理技術（第9章，福山良和），分散式電源系統的聯網和單獨運行檢出技術（第10章，舟橋俊久），新能源利用和可變速電機技術（第11章，小柳薫），電力品質保證與電力電子（第12章，荒井純一），新能源利用與分散式電源（第13章，藤田吾郎），分散式電源對系統規劃的影響評價（第14章，新村隆英）。我們衷心地期望本書中所介紹的各種先進技術能有助於電力事業和電力系統的發展，為降低供電成本、提高供電的可靠性和穩定性盡綿薄之力。
橫山隆一 電力改革及新能源技術序
目 錄
第1章 電力自由化和技術課題11.1 電力自由化的原因和供給形態的變遷1
1.1.1 電力自由化的原因1
1.1.2 電力自由化的潮流和供給形態2
1.1.3 根據資本形態進行電力供給事業體系的分類4
1.1.4 垂直統合型、水平分割型電力供給事業系統5
1.1.5 導入競爭後的電力供給形態的變遷5
1.2 英國電力自由化的動向8
1.2.1 電氣事業的民營化和完全競爭供給形態8
1.2.2 制定電力聯營體市場和交易電力的步驟9
1.2.3 電力聯營體市場中的電力交易的構造11
1.2.4 導入競爭後對電力事業的影響12
1.2.5 走向完全自由化及今後的動向12
1.3 美國電力自由化的情況15
1.3.1 美國電力自由化的過程15
1.3.2 公布FERC Order No.888和No.889促進電力自由化15
1.3.3 通過設立ISO進行電氣事業改組16
1.3.4 加州混合電力交易形態17
1.3.5 傳輸輸電系統19
1.4 歐盟（EU）的電力自由化19
1.4.1 EU電力市場自由化的原因19
1.4.2 EU委員會關於電力市場自由化的提案20
1.4.3 自由化電力市場的選擇制21
1.4.4 分開輸電事業的機能22
1.4.5 全歐電力市場構想和加盟國家的動作22
1.4.6 今後的課題22
參考文獻23第2章 電力市場的基礎經濟學理論25
2.1 電力產業概要25
2.1.1 供電體系與電力系統的特點252.1.2 電力產業的自然壟斷和管制的根據28
2.2 需求及供給的經濟學理論30
2.2.1 基本經濟問題30
2.2.2 需求曲線的基本性質30
2.2.3 供求函式及費用的概念32
電力改革及新能源技術目錄2.3 完全競爭市場的供求平衡與社會福利37
2.3.1 市場構造的特徵37
2.3.2 完全競爭市場的供求平衡38
2.3.3 消費者剩餘、生產者剩餘及社會福利40
2.4 不完全競爭市場的特徵41
2.4.1 獨占市場41
2.4.2 獨占市場競爭43
2.4.3 寡頭(雙頭)壟斷市場43
2.5 電力自由化的各種問題43
參考文獻45第3章 輸電服務及輸電費用定價理論47
3.1 輸電服務與輸電費率47
3.1.1 輸電開放與輸電費率47
3.1.2 輸電成本49
3.2 輸電定價方法49
3.2.1 總括費用方式和邊際費用方式49
3.2.2 為了回收固定費的接續費率的設定51
3.2.3 邊際費用方式的特徵及節點定價52
3.3 輸電線阻塞管理和輸電利用權的導入59
3.3.1 輸電線阻塞解消程式59
3.3.2 輸電線阻塞費率61
3.3.3 輸電利用權的導入62
3.4 歐美各國輸電費率設定方法的動向64
3.4.1 英國的輸電費率64
3.4.2 德國的輸電費率65
3.4.3 美國的輸電費率69
3.4.4 北歐的輸電費率70
3.5 日本的輸電費率72
3.5.1 托送制度概要72
3.5.2 托送費率體系73
3.6 今後的課題75
參考文獻76第4章 短期邊際成本和最優潮流計算77
4.1 短期邊際成本計算法77
4.1.1 短期邊際成本的定義77
4.1.2 基於直流潮流計算法的節點價格計算法78
4.2 最優潮流法的公式化79
4.2.1 OPF問題的定式化80
4.2.2 目標函式80
4.2.3 等式約束80
4.2.4 不等式約束81
4.3 基於內點法的最優潮流算法81
4.3.1 基於原-對偶內點法的OPF模型81
4.3.2 原-對偶內點法的算法83
4.3.3 原-對偶內點法求解OPF實例84
4.4 最優潮流算法的擴展85
4.4.1 不可實現運行條件下的最優潮流算法85
4.4.2 考慮了電壓穩定度的最優潮流算法86
4.4.3 考慮了穩定度約束的最優潮流算法88
4.5 結論91
參考文獻91第5章 系統運行、控制與輔助服務94
5.1 電力市場輔助服務的必要性94
5.2 電力系統的系統運行及其控制的現狀95
5.2.1 系統運行、控制的種類96
5.2.2 以個別發電商/用戶為對象的系統運行、控制100
5.3 美國的輔助服務的基本模式及其問題點102
5.3.1 美國輔助服務的基本模式102
5.3.2 加州輔助服務的實例108
參考文獻113第6章 穩定度評價和特徵值解析116
6.1 電力系統的穩定度解析方法及其在電力自由化中的作用116
6.1.1 電力系統的穩定度116
6.1.2 近年的穩定度問題和政策寬限117
6.1.3 穩定度解析中的特徵值方法117
6.2 線性微分方程的穩定性和特徵值解析119
6.2.1 線性微分方程解的特徵值表示119
6.2.2 數字控制系統的特徵值解析121
6.3 電力系統特徵值解析法的數學模型124
6.3.1 電力系統動特性方程124
6.3.2 特徵根數值解析法125
6.4 大規模電力系統的特徵值解析法128
6.4.1 大規模電力系統的特徵值解析法的特點128
6.4.2 考慮了矩陣稀疏性的特徵值算法129
6.4.3 特徵值計算的高效化131
6.4.4 大規模特徵根解析今後的課題133
參考文獻133第7章 供電可靠性評價與電力設備規劃135
7.1 供電可靠性與生產成本的評價方法135
7.1.1 等價負荷持續曲線和可靠性指標136
7.1.2 直接卷積積分法(RCT法)137
7.1.3 快速傅立葉變換法（FFT法）138
7.1.4 傅立葉級數近似法（FEA) 138
7.1.5 GCE級數法139
7.1.6 比較140
7.2 在電力市場中的用戶的可靠性指標及其計算方法141
7.2.1 對於用戶方的可靠性指標141
7.2.2 蒙特卡羅法的套用142
7.2.3 蒙特卡羅快速算法143
7.3 多地區的電源擴張規劃144
7.3.1 多地區的電源規劃的數學模型144
7.3.2 下級問題及其解法146
7.3.3 上級問題及其解法146
7.3.4 評價147
7.4 考慮到不確定性的電源開發規劃148
7.4.1 雙層統計規劃的數學模型148
7.4.2 統計電源規劃問題的計算149
7.4.3 算法151
7.4.4 小規模系統的計算與比較152
7.4.5 大規模系統的計算與比較155
7.4.6 評價157
參考文獻157第8章 電力系統分析的支持仿真技術160
8.1 電力系統分析技術160
8.1.1 系統分析軟體161
8.1.2 仿真器162
8.2 電力自由化中仿真技術的課題與實例163
8.2.1 配電系統中分散式電源模擬技術的必要性163
8.2.2 輸電線利用仿真165
8.3 模擬實例166
8.3.1 供應可靠性分析評價支援軟體： PROMOD IV166
8.3.2 輸電可能容量評價支援軟體 PSS/E168
8.3.3 長周期系統現象評價分析支援仿真器EUROSTAG172
8.4 電力系統模擬技術的開發動向175
8.4.1 模型的庫化和模擬結果可視化技術175
8.4.2 實時模擬技術176
8.4.3 綜合型仿真技術176
8.4.4 獨立系（IPP）的導入評價及運行支援技術177
8.4.5 緊急時供電指令的公平性驗證技術177
參考文獻178第9章 分散式電源聯網和電壓管理技術179
9.1 輸電系統電壓穩定性分析及管理179
9.1.1 連續型潮流計算179
9.1.2 ?P-V?曲線的場景設定181
9.1.3 由簡單仿真的比較182
9.2 輸電系統假想事故分析的電壓管理183
9.2.1 Look-Ahead法183
9.3 用於配電系統電壓管理的高速潮流計算185
9.3.1 放射狀潮流計算186
9.4 電壓控制設備的最優整定190
9.4.1 最優整定問題的數學描述190
9.4.2 Reactive Tabu Search(RTS)法概要192
9.4.3 最優整定方法192
9.4.4 仿真實驗197
9.5 配電系統電壓控制裝置的協調控制199
9.5.1 協調控制方法的基本方法討論200
9.5.2 協調控制系統概要200
9.5.3 仿真實驗201
9.6 小結202
參考文獻202第10章 分散式電源系統的聯網和單獨運行檢出技術204
10.1 分散式電源系統的聯網和電力品質204
10.1.1 頻率變動204
10.1.2 電壓變動204
10.1.3 高頻諧波205
10.1.4 可靠性206
10.2 單獨運行檢測的必要性206
10.2.1 單獨運行206
10.2.2 單獨運行的弊害207
10.2.3 現有的單獨運行檢測技術207
10.2.4 被動方式和主動方式209
10.3 單獨運行檢出技術（被動方式）209
10.3.1 頻率變化率檢測方式（ROCOF) 210
10.3.2 電壓相位偏移檢測方式210
10.4 單獨運行檢出技術（主動方式）211
10.4.1 無功功率變動方式211
10.4.2 QC模式頻率偏移方式213
10.4.3 負荷變動方式214
10.4.4 頻率偏移方式214
10.4.5 非整數次高頻諧波注入方式214
10.4.6 另外的主動方式215
10.5 單獨運行檢測繼電器的動作序列215
10.5.1 頻率變動量的檢測215
10.5.2 無功功率變動方式的單獨運行的檢出序列216
10.5.3 無功功率變動方式時的電壓變動的減輕對策217
10.6 今後的課題和將來展望218
10.6.1 多數分散式電源聯網狀態下的單獨運行檢測218
10.6.2 誘導風力發電機的單獨運行狀態的檢測219
10.6.3 利用電力電子技術和通信網實現新型自律分布
式電源的可行性219
參考文獻219第11章 新能源利用和可變速電機技術222
11.1 新能源利用和可變速電機技術的套用222
11.1.1 新能源的系統導入222
11.1.2 風力發電的概要和課題222
11.1.3 在風力發電系統中的可變速技術的套用223
11.2 可變速蓄水發電系統的構造和特徵225
11.2.1 夜間蓄水運行時的蓄水電力調整的可能性226
11.2.2 系統穩定性的提高226
11.2.3 發電運行時的運行效率的提高227
11.3 可變速蓄水發電系統的控制方式227
11.3.1 暫態穩定性等短時間區域解析227
11.3.2 頻率回響解析等長時間區域解析228
11.4 可變速蓄水發電系統和系統穩定性232
11.4.1 利用可變速機提高系統穩定性效果的解析模型232
11.4.2 可變速機的穩定裝置的設計例子232
11.4.3 穩定裝置的套用效果235
11.5 作為系統聯網裝置的可變速旋轉機器的套用研究236
11.5.1 旋轉型系統聯網裝置的構成和特性237
11.5.2 簡單模型系統上的系統聯網裝置的動態特性仿真239
11.5.3 風力發電場和系統聯網裝置的套用研究舉例241
參考文獻244第12章 電力品質保證與電力電子246
12.1 電力託運與輸電線的輸送能力的提高246
12.1.1 輸送功率246
12.1.2 FACTS247
12.1.3 SSSC250
12.1.4 UPFC251
12.1.5 TCSC252
12.1.6 TCBR252
12.1.7 TCPST253
12.2 局部系統的運行和控制253
12.2.1 自勵式直流輸電253
12.2.2 他勵式直流輸電254
12.2.3 晶閘管開關256
12.2.4 限流器256
12.3 高頻成分與動態濾波器257
12.3.1 ?LCR?無源濾波器257
12.3.2 有源濾波器258
12.3.3 組合型258
12.4 今後電力質量的多樣化和課題258
參考文獻260第13章 新能源利用與分散式電源261
13.1 概要261
13.2 背景262
13.2.1 新能源轉換政策262
13.2.2 研究、普及的支援體制263
13.2.3 電力行業的綠色制度的導入263
13.2.4 剩餘電力的收購263
13.2.5 ESCO 的成立263
13.3 聯網方法264
13.3.1 分散式電源導入的法規的完善264
13.3.2 聯網的技術條件264
13.4 風力發電265
13.4.1 開發背景265
13.4.2 標準系統265
13.4.3 基礎技術265
13.4.4 導入事例266
13.5 太陽能發電268
13.5.1 開發背景268
13.5.2 標準化系統268
13.5.3 基本技術269
13.5.4 導入事例269
13.6 熱電聯產系統270
13.6.1 開發背景270
13.6.2 標準系統271
13.6.3 基礎技術272
13.6.4 開發、導入的狀況273
13.7 燃料電池276
13.7.1 開發背景276
13.7.2 標準系統277
13.7.3 基本技術277
13.7.4 導入實例278
13.8 小結279
13.8.1 其他開發動向279
13.8.2 分散式電源的極限279
13.8.3 今後的動向279
參考文獻280第14章 分散式電源對系統規劃的影響評價281
14.1 背景: 分散式電源的影響評價281
14.2 影響評價指標282
14.2.1 最優潮流計算概要282
14.2.2 評價指標283
14.3 由模糊集指標進行綜合評價284
14.3.1 輸電損失285
14.3.2 環境影響285
14.3.3 系統阻塞度285
14.3.4 系統可靠性286
14.3.5 電壓分布286
14.3.6 綜合分析286
14.4 套用實例286
14.4.1 模型系統及設定286
14.4.2 仿真評價(1): 無托送時287
14.4.3 仿真評價(2): 有托送時292
14.5 分析296
參考文獻296第15章 電力自由化的今後展望297
15.1 日本電力自由化的動向297
15.1.1 部分自由化297
15.1.2 對電力自由化效果的驗證297
15.1.3 售電自由化制度的整頓299
15.2 歐美各國的電力自由化動態300
15.2.1 走向統合電力市場的歐美的動態300
15.2.2 法國電力自由化的動向304
15.2.3 北歐各國的動向305
15.2.4 德國的動向308
15.2.5 義大利的動向309
15.2.6 西班牙的動向310
15.2.7 走向EU區域電力市場統合的新發展311
15.3 電力市場自由化的課題312
15.3.1 電力系統規劃、運行中的幾個問題312
15.3.2 伴隨著輸電線開放的幾個問題312
15.3.3 電力事業競爭的對應313
15.4 輸電可能容量的計算和公開313
15.4.1 競爭下的電力交易和輸電可能容量的計算313
15.4.2 可用輸電能力的定義314
15.4.3 可用輸電能力的計算315
15.5 關於地域輸電機構(RTO)的最終規則(Order 2000)316
15.5.1 設立地域輸電機構(RTO)的提案316
15.5.2 區域輸電機構(RTO)的特徵和功能317
15.5.3 區域輸電機構(RTO)的形成動向318
參考文獻319目錄ⅩVII
