太阳能光伏发电系统的设计与施工（原书第4版）

Chapter 1 太阳能光伏发电系统

1.1 太阳能光伏发电系统概要

1.2 PV系统的设备构成

Chapter 2 太阳能电池组件

2.1 何谓太阳能电池组件

2.2 太阳能电池组件的电力特性

2.3 太阳能电池组件的强度

2.4 太阳能电池组件的标准及认证

2.5 太阳能电池组件的安装分类

Chapter 3 功率调节器

3.1 功率调节器的概要

3.2 功率调节器的基本动作

3.3 功率调节器的功能

3.4 停电时的独立运行系统

3.5 系统并网保护装置

3.6 功率调节器的种类和选择

Chapter 4 相关设备和部件

4.1 接线盒

4.2 交流侧的设备

4.3 蓄电池

……

Chapter 5 太阳能光伏发电系统的设计

Chapter 6 太阳能发电系统的施工

Chapter 7 太阳能光伏发电系统的维护检查和测量

Chapter 8 太阳能光伏发电系统的相关法令和手续

附录

参考文献

《太阳能光伏发电系统的设计与施工（原书第4版）》主要介绍太阳能光伏发电系统的设备构成，太阳能电池组件的电力特性、强度、标准及认证、安装分类，功率调节器的工作原理、功能、种类和选择，相关设备和部件如接线盒、蓄电池、避雷针，太阳能光伏发电系统的设计、施工、维护检查和测量。*后一章和附录还介绍太阳能光伏发电系统的相关法令和手续，以及日本主要地区的日照量数据、太阳能电池阵列用支撑物设计标准、关于太阳能电池组件废弃处理的相关事项等，该部分对国内相关部门及企业具有较高参考价值。

《太阳能光伏发电系统的设计与施工（原书第4版）》可作为从事太阳能应用相关领域工作的技术人员、研发人员及管理人员的技术指导书，也可供工科院校相关专业师生参考。

原书第4版译者序

原书第3版译者序

原书第4版前言

作者简介

第１章光机设计过程

1.1概述

1.2确定技术要求

1.3概念设计

1.4技术性能要求和设计约束

1.5初步设计

1.6设计分析和计算机建模

1.7误差预估和公差

1.8试验建模

1.9最终设计

1.10设计审查

1.11仪器制造

1.12最终产品评估

1.13编制设计文件

1.14系统和并行工程

参考文献

第2章环境影响

2.1概述

2.2影响产品性能的因素

2.2.1温度

2.2.2压力

2.2.3静态变形和应力

2.2.4振动

2.2.5冲击

2.2.6湿度

2.2.7腐蚀

2.2.8环境污染

2.2.9霉菌

2.2.10磨损、侵蚀和撞击

2.2.11高能辐射和微小陨石

2.2.12激光对光学元件的损伤

2.2.12.1基本原理

2.2.12.2折射表面和反射镜

2.2.12.3材料和测量

2.2.12.4薄膜

2.2.12.5损伤探测

2.3光学件的环境测试

参考文献

第３章材料的光机性质

3.1概述

3.2折射光学元件的材料

3.2.1基本要求

3.2.2光学玻璃

3.2.3光学塑料

3.2.4光学晶体

3.2.4.1碱和碱土金属卤化物

3.2.4.2玻璃及其他氧化物材料

3.2.4.3半导体

3.2.4.4硫属化物

3.2.4.5与光学材料热特性相关的系数

3.3反射光学元件的材料

3.3.1高频、中频和低频状态下的平滑度

3.3.2稳定性

3.3.3硬度

3.3.4热特性

3.4机械零件材料

3.4.1铝

3.4.1.1铝合金1100

3.4.1.2铝合金2024

3.4.1.3铝合金6061

3.4.1.4铝合金7075

3.4.1.5铝合金356

3.4.2铍

3.4.3铜

3.4.3.1铜合金C10100

3.4.3.2铜合金C17200

3.4.3.3铜合金C360

3.4.3.4铜合金C260Ｃ

3.4.3.5格立德（GlidcopTM）铜合金

3.4.4因瓦合金和超因瓦合金

3.4.5镁

3.4.6碳钢

3.4.7不锈钢

3.4.8钛合金

3.4.9碳化硅

3.4.10硅

3.4.11复合材料

3.5黏合密封剂

3.5.1光学胶

3.5.1.1失液胶

3.5.1.2热塑胶

3.5.1.3热凝胶

3.5.1.4光凝胶

3.5.2物理特性

3.5.3透射特性

3.5.4光学表面胶合

3.5.5结构件黏合剂

3.5.5.1环氧树脂

3.5.5.2聚氨酯橡胶黏合剂

3.5.5.3氰基丙烯酸盐黏合剂

3.6密封胶

3.7光机材料专用膜层

3.7.1保护膜

3.7.1.1油漆

3.7.1.2电镀和阳极镀

3.7.1.3专用镀膜

3.7.2光学发黑处理

3.7.3改进表面平滑度的镀膜

3.7.3.1镀镍

3.7.3.2镀铝

3.8光机零件加工技术

3.8.1光学零件加工

3.8.2机械零件加工

3.8.2.1机械加工法

3.8.2.2铸造法

3.8.2.3锻造和压延法

3.8.2.4复合材料加工和固化

3.8.3对加工工艺的综合评估

3.9材料硬度

参考文献

第4章单透镜安装技术

4.1概述

4.2共轴光学

4.3透镜重量和重心

4.3.1透镜重量计算

4.3.2透镜重心

4.4低精度单透镜安装技术

4.4.1弹簧固定法

4.4.2滚边（镜座）安装法

4.4.3卡环安装法

4.5曲面边缘透镜安装技术

4.6轴向预紧力计算方法

4.6.1一般考虑

4.6.2螺纹压圈安装法

4.6.3连续法兰盘安装法

4.6.4多悬臂式弹性卡环安装法

4.6.5法兰盘和弹簧卡环与透镜的接口界面

4.7面接触光机界面

4.7.1尖角界面

4.7.2相切界面

4.7.3超环面界面

4.7.4球形界面

4.7.5倒边界面

4.8透镜的弹性环安装技术

4.9定心车装配工艺（珀克法）

4.10透镜的挠性安装技术

4.11塑料透镜安装技术

参考文献

第５章多透镜组件安装技术

5.1概述

5.2多元件间隔分析

5.3定心车装配工艺

5.4不包含运动零件的物镜组件的安装实例

5.4.1定焦望远镜目镜

5.4.2红外传感器物镜

5.4.3电影放映物镜

5.4.4低畸变投影物镜

5.4.5大型天体照相物镜组件

5.5包含运动零件的物镜组件的安装实例

5.5.1显微物镜

5.5.2高冲击负载用准直物镜

5.5.3中红外物镜

5.5.4内调焦照相物镜

5.5.5调焦双目望远镜

5.5.6视度调节

5.5.7变焦物镜

5.6塑料光学组件

5.7透镜的液体胶合技术

5.8折反射系统

5.8.1实心折反射物镜

5.8.2折反式星探测仪

5.8.3折反式红外物镜

5.8.4卫星跟踪相机

5.8.5导弹跟踪照相物镜

5.9物镜组件的对准

5.9.1概述

5.9.2望远对准技术

5.9.3点源显微镜调校技术

5.9.4精密转轴调校技术

5.9.5双目望远镜准直误差校准技术

5.9.6物镜组件的性能优化

5.10高性价比的演示验证/测试系统

5.11反射式望远系统的对准技术

参考文献

第6章光窗、整流罩和滤光片的设计和安装技术

6.1概述

6.2普通光窗安装技术

6.3特殊光窗安装技术

6.4保护盖和整流罩安装技术

6.4.1球形表面

6.4.2保形表面

6.5压差效应

6.5.1光窗最小厚度

6.5.2光学性能衰退

6.6滤光片

参考文献

第7章棱镜设计和应用

7.1概述

7.2几何关系

7.2.1空气棱镜界面的折射和反射

7.2.2平板玻璃造成光束位移

7.2.3棱镜隧道图

7.2.4全内反射

7.2.5棱镜和平板玻璃的像差

7.3光束折转棱镜

7.3.1直角棱镜

7.3.2分束（或合束）立方棱镜

7.3.3菱形棱镜

7.3.4泊罗棱镜

7.3.5阿贝泊罗棱镜

7.3.6阿米西棱镜

7.3.7法兰克福（军工厂）的1类和2类棱镜

7.3.8五角棱镜

7.3.9五角屋脊棱镜

7.3.10B Ⅱ45°半五角棱镜

7.4正像棱镜

7.4.1泊罗正像系统

7.4.2阿贝泊罗正像系统

7.4.3阿贝科尼棱镜

7.4.4施密特屋脊棱镜

7.4.5列曼棱镜

7.4.6阿米西／五角和直角／五角屋脊正像系统

7.4.760°棱镜/屋脊棱镜系统

7.5消旋棱镜

7.5.1道威棱镜

7.5.2双道威棱镜

7.5.3倒像棱镜

7.5.4别汉棱镜

7.5.5δ棱镜

7.6其他棱镜类型

7.6.1内反射圆锥形棱镜

7.6.2锥形立方棱镜

7.6.3合像式测距机的接目棱镜

7.6.4双目单筒物镜的棱镜系统

7.6.5色散棱镜

7.6.6薄楔形棱镜

7.6.6.1薄楔形镜

7.6.6.2累斯莱楔形系统

7.6.6.3平动移像光楔

7.6.6.4调焦光楔系统

7.7变形棱镜系统

参考文献

第8章棱镜安装技术

8.1概述

8.2运动学、半运动学和非运动学原理

8.3棱镜的夹持式安装技术

8.3.1夹持式棱镜安装支架：运动学方式

8.3.2夹持式棱镜安装支架：半运动学方式

8.3.3夹持式棱镜安装支架：非运动学方式

8.4棱镜的黏结安装技术

8.4.1概述

8.4.2典型应用

8.4.3棱镜双侧安装技术

8.5大尺寸棱镜的挠性安装技术

参考文献

第9章小型反射镜的设计和安装技术

9.1概述

9.2基本设计原则

9.2.1反射镜的应用

9.2.2几何外形

9.2.3反射像的方向

9.2.4光学表面上的光束投影

9.2.5反射镜镀膜

9.2.6后表面反射镜形成的鬼像

9.3小反射镜的半运动学安装技术

9.4反射镜的黏结安装技术

9.4.1反射镜背面的单点和多点黏结安装技术

9.4.2环形黏结安装技术

9.5小反射镜挠性安装技术

9.6多反射镜安装技术

9.7小反射镜中心和多点安装技术

9.8重力对小反射镜的影响

参考文献

第10章挠性装置的运动学设计和应用技术

10.1概述

10.2自由度控制

10.2.1静态设计的优点

10.2.2控制一个自由度

10.2.3控制两个自由度

10.2.4控制三个自由度

10.2.5控制四个自由度

10.2.6控制五个自由度

10.2.7控制六个自由度

10.2.8内部自由度

10.2.9准静态自由度约束

10.3控制自由度的结构元件

10.3.1支柱（一个自由度）

10.3.1.1刚度特性

10.3.1.2减小翘曲

10.3.1.3提高抗拉抗弯刚度比

10.3.2板簧（三个自由度）

10.3.3受约板簧（两个自由度）

10.3.4弹性铰链（一个自由度）

10.3.5准弹性铰链（两个自由度或五个自由度）

10.3.6折叠板簧（一个自由度）

10.3.7不同形状界面上的接触应力

10.3.7.1平板上的球形接触面

10.3.7.2V型槽中的球形接触面

10.3.7.3锥体中的球形接触面

10.4光机组件的安装和自由度约束

10.4.1光机组件的安装技术

10.4.1.1光机组件形状

10.4.1.2透射或反射光学元件的安装技术

10.4.1.3温度变化产生的热应力

10.4.1.4隔热

10.4.1.5批量生产或一次性生产

10.4.2其他安装技术

10.4.2.1三板簧安装法

10.4.2.2运动学安装支架

10.4.2.3开尔文夹持形式

10.4.2.4六支柱安装方式

10.4.3其他挠性安装实例

10.5通过控制自由度调校光学元件

10.5.1调校对准

10.5.2对准稳定性

10.6刚度设计

10.6.1拼接反射镜的支撑技术

10.6.2拼接反射镜的轴向支撑技术

10.6.3横杠的横向支撑技术

10.6.4时序约束

10.6.5运动框架及其挠性

10.6.6对静态支撑结构的具体考虑

致谢

参考文献

第11章光机设计界面分析

11.1概述

11.2垂轴透镜元件的自重变形

11.2.1问题的本质

11.2.2平板重力影响的近似表达式

11.2.3透镜最大变形量对应的直径厚度比

11.2.4透镜形状的影响

11.2.5机械界面瑕疵的影响

11.2.6大型折射望远物镜的自重变形

11.3玻璃强度

11.3.1概述

11.3.2断裂力学理论

11.3.3玻璃强度的统计学分析

11.3.4通过玻璃样件测试失效性

11.3.5静态疲劳

11.3.6验证试验

11.4光机界面处的应力

11.4.1光学元件中压应力与拉伸应力的关系

11.4.2光学元件的拉伸应力公差

11.4.3应力双折射

11.4.4点接触

11.4.5短线接触

11.4.6环面接触

11.4.6.1锐角接触界面

11.4.6.2相切界面

11.4.6.3超环面界面

11.4.6.4球面界面

11.4.6.5平面倒边界面

11.5锐角界面、超环界面和相切界面接触情况下透镜安装的机械设计

11.6偏心圆环接触界面的弯曲效应

11.6.1光学零件的弯曲应力

11.6.2弯曲光学件表面弧高的变化

11.7温度变化的影响

11.7.1温度降低造成的径向影响

11.7.1.1光学元件中的径向应力

11.7.1.2镜座壁内的切向（环向）应力

11.7.2升温后的径向影响

11.7.3温度变化造成轴向预紧力的变化

11.7.3.1影响因素

11.7.3.2仅考虑体效应推导出的K3近似式

11.7.3.3考虑其他影响因素推导出的K3近似式

11.7.4K3计算实例

11.7.5镜座轴向消热差和可控柔性的优点

11.7.5.1消热差

11.7.5.2增大轴向柔性

11.7.5.3其他柔性设计实例

11.8温度变化造成光学胶合件和黏结件中的应力

参考文献

附录

附录A光学零件和光学仪器的环境试验方法总结

附录B术语汇编

附录C单位及其换算

作为有抱负的工程师，需要学习很多知识，包括本领域的专业知识以及工程的基础知识。同时，要具备终身学习的能力来掌握领域的最新发展。在这个过程中，工程思维和工程相关的设计能力是工程师的核心能力。本书是一本适合所有工程专业背景的读者的工程入门书，以工程思维和能力的培养为核心，介绍了工程师应具备的各种能力，助力读者走上工程师之路。

本书特色

以工程思维和工程设计为主线，从各工程学科及主要专业领域的介绍开始，逐步深入地介绍工程师的技能、工程和设计的概念、常用的工程工具、项目管理、用户体验、工程师的人际交往等内容，帮助读者尽快融入工程师的角色。

作为全美静电协会前主席，本书作者有扎实的工程项目基础和丰富的经验，整个工程思维的脉络在他的笔下被剖析得细致入微，各种类型的工程案例及分析使全书内容饱满、引人入胜，并引发读者的思考。

突出强调工程中的关键理念、常用工作方法和良好的工作习惯，并通过一系列实例和练习培养提升读者的工程素养，将工程思维的培养融入工作的方方面面。

译者序

原书第3版序

原书第2版序

原书第1版序和感谢

第1章 绪论 1

1.1 概况 1

1.2 电力系统基础知识 1

1.3 保护要求 3

1.4 保护范围 4

1.5 主保护和后备保护 5

1.5.1 主保护 5

1.5.2 后备保护 5

1.6 方向保护 6

1.7 习题 7

第2章 短路电流的计算 9

2.1 短路电流计算模型 9

2.1.1 系统阻抗影响 9

2.1.2 旋转电机的影响 11

2.1.3 故障种类 12

2.1.4 故障电流计算 13

2.2 计算短路电流的方法 15

2.2.1 各序网络的构建和重要性 18

2.2.2 使用对称分量法进行不对称故障计算 20

2.2.3 电力系统等效阻抗 20

2.3 保护系统的电流和电压信号 21

2.4 用计算机进行故障计算 22

第3章 继电器的类别和功能 24

3.1 分类 24

3.1.1 按结构分类 24

3.1.2 按输入信号分类 24

3.1.3 按功能分类 24

3.1.4 电气设备的国际分类 25

3.2 电磁继电器 26

3.2.1 吸引继电器 26

3.2.2 带移动线圈的继电器 27

3.2.3 感应继电器 27

3.3 保护继电器的发展 31

3.4 数字保护 31

3.4.1 概述 31

3.4.2 数字继电器的特点 31

3.4.3 数字继电器的典型结构 32

3.4.4 数字继电器的标准功能 33

3.5 继电器供电 34

第4章 电流互感器和电压互感器 35

4.1 电压互感器 35

4.1.1 等效电路 35

4.1.2 误差 35

4.1.3 负载 36

4.1.4 电压互感器的选择 37

4.1.5 电容式电压互感器 37

4.2 电流互感器 39

4.2.1 等效电路 39

4.2.2 误差 40

4.2.3 交流饱和 41

4.2.4 负载 41

4.2.5 电流互感器的选择 44

4.2.6 ANSI标准定义的准确级 45

4.2.7 直流饱和 46

4.2.8 使用电流互感器的注意事项 47

第5章 过电流保护 49

5.1 简述 49

5.2 过电流继电器种类 49

5.2.1 固定电流值继电器 49

5.2.2 定时限/定电流继电器或定时限继电器 51

5.2.3 反时限继电器 52

5.3 过电流继电器整定 52

5.3.1 速断单元整定 52

5.3.2 保护变电站间连接线路的速断单元覆盖范围 53

5.3.3 延时过电流继电器参数整定 54

5.4 继电器配合的限制条件 58

5.4.1 最小短路电流水平 58

5.4.2 发热限制 59

5.4.3 启动电流值 61

5.5 与Dy联结变压器的配合 69

5.5.1 三相短路故障 70

5.5.2 相间短路故障 70

5.5.3 单相接地故障 71

5.6 与熔断器的配合 78

5.7 与负序单元的配合 78

5.8 带电压控制的过电流继电器 79

5.9 用软件技术设置过电流继电器 80

5.10 数字继电器中数字逻辑的使用 81

5.10.1 简述 81

5.10.2 数字逻辑基础 81

5.10.3 逻辑关系图 82

5.11 群组整定变化的适应性保护 84

5.12 习题 85

第6章 熔断器、重合闸和分段器 89

6.1 设备 89

6.1.1 重合闸 89

6.1.2 分段器 92

6.1.3 熔断器 92

6.2 配电系统的时间/电流设备的配合原则 94

6.2.1 熔断器-熔断器的配合 95

6.2.2 重合闸-熔断器的配合 95

6.2.3 重合闸-重合闸的配合 98

6.2.4 重合闸-继电器的配合 98

6.2.5 重合闸-分段器的配合 99

6.2.6 重合闸-分段器-熔断器的配合 99

第7章 方向过电流继电器 102

7.1 结构 102

7.2 动作原则 103

7.3 继电器的连接 103

7.3.1 30°连接（0°AMT） 103

7.3.2 60°连接（0°AMT） 104

7.3.3 90°连接（30°AMT） 105

7.3.4 90°连接（45°AMT） 105

7.4 接地故障方向继电器 106

7.5 速断单元的配合 111

7.6 方向过电流延时继电器的整定 114

7.6.1 启动电流整定 114

7.6.2 时间刻度整定 114

7.7 习题 119

第8章 差动保护 121

8.1 概述 121

8.2 差动保护的分类 123

8.3 变压器差动保护 123

8.3.1 基本因素 124

8.3.2 CT的选择和连接 125

8.3.3 接地故障时差动继电器保护的绕组的百分比 130

8.3.4 确定斜率 131

8.3.5 电力变压器中的故障电流分布 132

8.4 发电机和旋转电机的差动保护 134

8.5 线路差动保护 137

8.6 母线差动保护 138

8.6.1 多个制动线圈的差动保护系统 138

8.6.2 高阻抗差动系统 138

8.7 习题 140

第9章 距离保护 142

9.1 概述 142

9.2 距离继电器的种类 142

9.2.1 阻抗继电器 144

9.2.2 方向继电器 146

9.2.3 感抗继电器 147

9.2.4 姆欧继电器 148

9.2.5 完全极化的姆欧继电器 149

9.2.6 透镜特性的继电器 150

9.2.7 多边形特性的继电器 150

9.2.8 混合特性继电器 150

9.3 整定距离继电器的保护范围和动作时间 151

9.4 距离继电器馈入电流的影响 154

9.5 距离保护中的弧阻影响 158

9.6 剩余补偿 159

9.7 距离继电器测得的阻抗 159

9.7.1 相单元 159

9.7.2 接地故障单元 160

9.8 电力系统振荡 160

9.9 距离继电器的有效保护范围 163

9.10 最大负载检查 164

9.10.1 姆欧继电器 164

9.10.2 多边形特性的继电器 165

9.11 画出继电器整定值 165

9.12 联锁脱扣 174

9.12.1 欠范围直接脱扣 174

9.12.2 允许的欠范围联锁脱扣 174

9.12.3 允许的超范围联锁脱扣 175

9.13 在串联补偿线路中的距离继电器 175

9.14 在T形回路中距离保护的考虑因素 177

9.14.1 两个端口有馈入电流的T形回路 177

9.14.2 所有三个端口都有馈入电流的T形回路 179

9.15 采用距离继电器发现发电机励磁故障 179

9.16 习题 181

第10章 工业系统的保护 184

10.1 保护设备 184

10.1.1 过电流继电器 184

10.1.2 普通断路器和塑壳断路器的直接动作器件 184

10.1.3 热继电器、接触器和熔断器组合使用 184

10.2 电机相关过电流保护的整定原则 185

10.2.1 热继电器 185

10.2.2 低压断路器 186

第11章 工业负载切除系统 194

11.1 失电后的系统运行 194

11.2 自动减载系统的设计 195

11.2.1 简单发电机模型 195

11.2.2 建立减载系统的参数 195

11.3 整定频率继电器的原则 196

11.3.1 动作时间 196

11.3.2 确定频率波动 197

11.4 计算和整定某工厂的频率继电器的案例 197

11.4.1 过载计算 197

11.4.2 需要切除的负载 197

11.4.3 频率水平 197

11.4.4 负载切除阶段 197

11.4.5 确定频率继电器整定值 199

11.4.6 动作的验证 201

第12章 保护方案和变电站设计图 204

12.1 保护方案 204

12.1.1 发电机保护 204

12.1.2 电动机保护 205

12.1.3 变压器保护 209

12.1.4 线路保护 212

12.2 变电站设计图 213

12.2.1 单线图 214

12.2.2 变电站布置图 214

12.2.3 交流连接图 215

12.2.4 直流连接图 215

12.2.5 接线图 216

12.2.6 逻辑图 216

12.2.7 电缆列表 216

第13章 电力系统自动化的通信网络 218

13.1 IEC 61850概述 219

13.2 IEC 61850的内容和特点 220

13.3 系统配置语言 224

13.4 IEC 61850设备测试的问题 225

13.5 GOOSE信息的配置和验证 227

13.5.1 系统配置 229

13.5.2 系统验证试验 229

13.6 变电站IT网络 229

13.7 过程总线 230

第14章 保护系统的安装、测试和维护 231

14.1 保护设备的安装 231

14.2 测试保护方案 232

14.2.1 工厂测试 233

14.2.2 安装前测试 233

14.2.3 周期性维护 237

14.3 安装数字保护 238

14.3.1 设置参数 238

14.3.2 运行测试 239

附录 习题答案 242

参考文献 277