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出版者:机械工业出版社

作者:哈理工 孙全颖主编

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1997-9-11

价格:20

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isbn号码:9787111055990

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• 电工机械
• 优化设计
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• 数学建模
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• 仿真分析

现代电力系统可靠性与前沿控制技术研究 导言 在全球能源结构转型和电力需求持续增长的背景下，电力系统的安全、稳定与高效运行成为现代社会基础设施的核心支柱。本专著深入剖析了当代电力系统面临的复杂挑战，聚焦于如何运用先进的理论模型和创新的控制策略，以应对可再生能源接入带来的间歇性和不确定性，同时保障电网的强健性与韧性。本书旨在为电力系统规划、运行、控制领域的工程师、研究人员及高年级学生提供一套系统化、前沿性的知识框架与实践指导。 第一部分：电力系统建模与动态特性分析 第一章 电力系统基本模型与参数辨识 本章首先回顾了同步电机、异步电机、电力电子变流器等核心设备在不同时间尺度下的精确数学模型。重点讨论了高阶非线性模型的降阶简化方法，确保模型在仿真与分析中的可行性与准确性。针对模型参数的获取，详细阐述了基于在线测量数据的状态估计技术，特别是卡尔曼滤波及其改进算法在参数动态跟踪中的应用。同时，引入了基于物理模型与数据驱动相结合的混合建模方法，以提升对复杂大系统特性的描述能力。 第二章 暂态稳定与电压稳定性理论深化 电力系统暂态稳定是保障电网不发生大面积停电的基石。本章超越传统的等面积定则，引入了能量函数法在多区域系统中的应用。详细分析了功角失稳的临界条件，并探讨了不同故障类型（如三相短路、单相接地）对系统暂态特性的影响。 在电压稳定性方面，本书深入研究了静力学分析方法（如P-V曲线、QV曲线）的局限性，并侧重于动态电压稳定性分析。重点讨论了敏感负荷模型（如Zipf模型、可恢复负荷模型）的建立，以及如何通过快速励磁系统和无功功率补偿设备优化电压穿越能力。引入了“电压稳定域”的概念，并提出了基于预测控制的电压安全边界在线监测方法。 第三章 小扰动稳定与奇异摄动理论在电力系统中的应用 与暂态稳定不同，小扰动稳定关注系统在持续性、小幅度扰动下的恢复能力。本章从线性化模型出发，利用特征值分析确定系统的阻尼特性和振荡模式。详细分析了低频（0.5Hz-2Hz）和次同步谐波振荡的机理，并探讨了长输电线路和柔性直流输电（HVDC）对系统固有振荡模式的影响。 奇异摄动理论被应用于分析不同时间尺度元件（如快速的电力电子系统和相对较慢的机械惯性系统）之间的耦合效应。通过引入慢/快模分离，本书为设计选择性阻尼控制器提供了理论依据，旨在抑制系统内生的或由互联引起的低频振荡。 第二部分：可再生能源并网与电网柔性化控制 第四章 间歇性电源接入对电网特性的影响 风能和太阳能的随机性对传统同步发电机主导的电网构成了根本性挑战。本章量化了随机变量对系统潮流和电压分布的影响。建立了基于概率密度函数的系统运行风险评估模型，并探讨了日前、日内调度中如何利用概率约束优化技术来应对不确定性。 重点讨论了“惯量缺失”问题。随着同步机组的退出，系统的惯量支撑能力下降，导致系统频率对扰动的响应速度变慢。本书详细比较了虚拟惯量控制（Synthetic Inertia Control）和快速调频（Fast Frequency Response, FFR）技术的效果和实现途径。 第五章 柔性直流输电（HVDC）与电网支撑技术 柔性直流输电（Voltage Source Converter-based HVDC, VSC-HVDC）是实现多直流/交流系统互联和提供电网支撑的关键技术。本章深入探讨了VSC-HVDC的控制结构，特别是其在毫秒级内提供有功功率和无功功率快速调节的能力。 详细分析了P-f控制、Q-V控制的协调策略，以及如何利用HVDC系统参与系统的动态稳定控制。引入了“电网支撑”的概念，阐述了HVDC系统如何在故障发生时快速注入暂态无功功率，模拟同步发电机的惯量和阻尼特性，从而提高并网点的暂态裕度。 第六章 分布式能源与微电网的先进控制策略 分布式能源（DERs）的普及要求电网具备双向潮流能力和自愈能力。本章聚焦于微电网的运行模式切换与控制。详细介绍了下垂控制（Droop Control）在实现功率均分和频率电压支撑中的作用，并分析了传统下垂控制在不同接入配置（如基于电压源或基于电流源）下的适用性。 针对孤岛运行模式，本书提出了基于虚拟同步发电机（VSG）的控制方法，使逆变器能够模仿同步发电机的惯性、阻尼和励磁特性，从而有效参与电网频率和电压的调节，提高了微电网的鲁棒性。 第三部分：电网韧性、优化调度与前瞻性规划 第七章 电力系统韧性评估与安全优化调度 现代电网不仅要求安全稳定，更要求具备抵御和快速恢复能力（即韧性）。本章定义了电网韧性的多维度指标，包括抵抗力、适应力和恢复力。针对极端天气、网络攻击等大范围故障，构建了基于多目标优化的恢复性调度模型，目标是在最短时间内恢复关键负荷的供电。 在优化调度方面，本书引入了随机优化和鲁棒优化方法来处理预测误差。重点研究了基于混合整数线性规划（MILP）的机组组合与潮流优化问题，并探讨了如何将储能系统的充放电策略有效地嵌入到日前和实时优化框架中，以平衡经济性与运行安全性。 第八章 广域测量系统（WAMS）与高分辨率状态监测 实时、高精度的系统状态是有效控制的前提。本章详细介绍了广域测量系统（WAMS）的架构、PMU（相量测量单元）的工作原理及其数据同步技术。重点论述了PMU数据在潮流计算、状态估计以及故障定位中的应用。 深入分析了基于PMU数据的阻尼和振荡源定位技术，即如何利用相位角差信息识别出系统中的薄弱环节和振荡激励源。此外，还探讨了信息物理系统（CPS）框架下，如何保护WAMS数据链的安全性，防止网络攻击对控制决策的误导。 第九章 未来电网的结构性变革与挑战 本章展望了未来电网的发展方向，包括碳中和目标下的深度电气化趋势。探讨了电力系统向柔性、区域化和分布式发展的必然性。分析了高比例直流电网的挑战，例如直流电网中的故障保护（断路器开断能力受限）和电压控制的复杂性。 最后，本书提出了智能体驱动的去中心化控制架构作为应对未来复杂性的潜在解决方案，该架构允许局部系统在不完全依赖中央调度的情况下实现自适应和自优化运行，进一步提升了整个电力系统的整体韧性和响应速度。 结论 本书系统地整合了电力系统稳定理论、先进控制工程和现代能源系统规划的最新研究成果。通过对非线性动力学、间歇性电源接入效应以及新型电力电子设备的深入剖析，为读者提供了理解和掌控复杂现代电力系统的必备工具集。本书内容紧密结合工程实践与前沿科研动态，旨在推动电力系统向更安全、更高效、更具韧性的方向发展。

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这本书的内容，给我的工作带来了极大的启发。作者的写作方式非常务实，他专注于解决实际工程中遇到的难题，并且提供了切实可行的解决方案。我特别欣赏他对“故障诊断与预测性维护”这一部分的深入探讨，书中列举了多种常见的电工机械故障模式，并详细介绍了如何通过振动分析、温度监测以及电信号的特征提取等方法，来提前预警和定位故障。作者还针对不同的故障类型，提出了相应的优化设计建议，以提高设备的可靠性和寿命。这种“问题导向”的学习，让我能够快速地将书中知识应用到我的工作中，解决一些长期困扰我的技术难题。

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这本书带给我的，是一种“系统性”的顿悟。作者在编写时，似乎将整个电工机械的设计流程，分解成了一个个相互关联的模块，并且清晰地展示了这些模块之间的逻辑关系。我之所以这么说，是因为在学习关于变压器损耗优化这一章时，我发现作者并没有孤立地讨论铁损和铜损，而是将其与绕组的结构、磁芯的材料以及运行时的负载变化等因素联系起来，并提出了一套综合的优化策略。这种“全局观”的设计思路，让我意识到，在实际工作中，我们不能只关注局部的最优，而忽略了整体的协同效应。这本书让我从一个“点”的理解，跃升到了一个“面”的认知。

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这本书的内容，让我对电工机械的世界有了全新的认识。作者的视角非常独特，他并没有停留在传统的机械原理讲解上，而是深入挖掘了“优化设计”这一核心理念，并且将其巧妙地融入到电工机械的各个环节。我印象最深的是关于电机转子设计的章节，书中列举了许多不同的优化算法，并详细阐述了它们如何影响电机的效率、功率密度以及运行稳定性。我尤其欣赏作者在案例分析部分，他没有仅仅给出理论公式，而是通过实际工程问题，一步步引导读者思考如何根据具体工况和材料特性，权衡各种设计参数，最终找到最优解。这种“知其然，更知其所以然”的教学方式，让我受益匪浅。

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读完这本书，我感觉自己仿佛经历了一场电工机械设计的“头脑风暴”。作者的写作风格极具感染力，他用充满激情和前瞻性的语言，勾勒出了电工机械未来发展的蓝图。我特别喜欢他对于新型材料在电机设计中的应用这一部分的论述，书中详细介绍了石墨烯、碳纤维复合材料等在提高绝缘性能、散热效率和降低损耗方面的潜力，并且还探讨了如何利用这些材料来突破传统设计的瓶颈。作者的观点并非空中楼阁，他通过大量的实验数据和模拟结果来支撑自己的论断，这让读者在感到振奋的同时，也能够感受到理论的可行性。这本书无疑为那些希望在电工机械领域进行创新和突破的工程师们，提供了宝贵的灵感和启示。

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这本书的阅读体验，如同品尝一杯醇厚的咖啡，回味无穷。作者的叙述方式非常细腻，他善于将复杂深奥的理论，通过生动形象的比喻和深入浅出的语言，呈现在读者面前。在讲解电磁场的仿真分析这一部分时，我曾一度感到困惑，但作者通过引入游戏中的“粒子碰撞”和现实中的“流体力学”等类比，让我瞬间茅塞顿开，理解了数值计算的精妙之处。更重要的是，书中对于不同仿真软件的优缺点以及适用范围的比较，也非常到位，这对于我选择合适的工具来解决实际问题，提供了非常有价值的参考。这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一本关于如何“思考”和“解决问题”的指南。

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