Delmar's Standard Textbook of Electricity pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Thomson Learning

作者:Herman, Stephen L.

出品人:

页数:1040

译者:

出版时间:

价格:140.95

装帧:HRD

isbn号码:9781401825652

丛书系列:

图书标签:

• Electricity
• Electrical Engineering
• Textbook
• Delmar
• HVAC
• Wiring
• Electronics
• Power Systems
• Industrial Electricity
• Apprenticeship

现代电力系统分析与应用：下一代工程师的实践指南 本书旨在为电气工程、能源科学及相关领域的高年级本科生和研究生提供一套全面、深入且高度实用的现代电力系统分析工具和工程实践知识。它超越了基础电路理论的范畴，聚焦于当前全球能源转型背景下，电力系统设计、运行、控制与优化所面临的复杂挑战。 第一部分：电力系统基础重构与建模 本部分将电力系统视为一个多尺度、动态耦合的复杂网络，强调先进的建模技术在应对分布式能源接入和电网现代化中的核心作用。 第一章：现代电力系统的拓扑与演变 本章深入探讨了传统集中式发电系统向高度互联、多层次、区域性智能电网（Smart Grid）转变的驱动力与结构特征。重点分析了以下内容： 输电网架构的演进： 从高压交流（HVAC）到超高压（UHV）直流输电（HVDC）的比较分析，包括背靠背连接、多端直流（MTDC）系统在异步区域互联中的作用。 配电系统的智能化与双向潮流： 详细剖析了配电自动化系统（DAS）的构成，以及分布式能源（DER，如光伏、风电）接入引起的电压波动和反向功率流问题。 网络拓扑的鲁棒性分析： 引入图论和复杂网络科学方法，评估不同拓扑结构（如环网、径向网）在面对自然灾害或蓄意攻击时的脆弱性及恢复能力。 第二章：元件的动态与非线性建模 精确的元件模型是进行电力系统分析的前提。本章侧重于建立适用于实时仿真和稳定性分析的高精度动态模型。 同步发电机组的高阶模型： 结合电磁暂态过程，详细阐述了基于Park或d-q坐标系的同步发电机暂态稳定模型，包括励磁系统、调速器（Governor）和自动电压调节器（AVR）的最新标准（如IEEE Std 421.5）。 电力电子变流器（PEV）的建模挑战： 针对高压直流（HVDC）和柔性交流输电系统（FACTS），区分平均值模型（Average Model）用于潮流计算，以及全态模型（Full-Order Model）用于暂态分析。着重介绍脉冲宽度调制（PWM）对电网谐波特性的影响。 非线性负荷的表征： 探讨了传统恒功率模型（PQ Model）的局限性，并介绍了基于导纳（Admittance）和电流源的改进模型，尤其关注大规模电动汽车充电站的群体行为建模。 第三章：潮流计算的优化算法与并行化 本章聚焦于解决大规模电力系统潮流计算（Power Flow Analysis）中的收敛性和效率问题。 牛顿-拉夫逊法（NR）的改进： 分析了雅可比矩阵的稀疏性，介绍了基于矩阵分解和预处理技术的快速收敛算法，以应对包含大量开关元件和非线性元件的现代电网。 快速幂流方法（Fast Power Flow）： 重点介绍基于线性化或多重迭代的近似方法，用于实时状态估计和在线优化中的快速解算需求。 最优潮流（OPF）的应用与求解器： 详细阐述了以最小化运行成本、最小化损耗或最大化裕度为目标函数的OPF模型构建，并深入探讨了内点法（Interior-Point Method）和序列二次规划（SQP）在求解大规模非凸OPF问题中的应用。 第二部分：电力系统的稳定运行与控制 本部分涵盖了确保电网在各种扰动下保持同步运行所需的理论、分析工具和先进控制策略。 第四章：暂态稳定性和等面积准则的扩展 深入分析电力系统在大型故障（如短路、线路跳闸）后恢复同步的能力。 多机系统和暂态稳定性极限： 引入了能量函数法（Energy Function Method）的概念，用于评估系统在未知扰动下的稳定性边界。 时间尺度分析： 区分了超暂态、暂态和次暂态过程，并强调在次暂态阶段，电力电子设备的快速控制响应如何影响系统整体的阻尼特性。 先进的稳定裕度评估： 探讨了基于奇异值分解（SVD）和特征值分析的稳定裕度指标，用以指导预防性控制措施的制定。 第五章：小扰动稳定性和阻尼控制 本章侧重于系统内部的振荡模式分析，这是当前无功功率和励磁系统设计中的核心挑战。 特征值分析与模态识别： 详细介绍如何通过线性化模型获取系统的固有频率和阻尼比，识别低频（0.1–2 Hz）和中频（2–20 Hz）的振荡模式。 行波与行波阻尼： 针对HVDC系统和长输电线路，分析了基于行波理论的次同步振荡（SSO）机理及其抑制技术。 基于功率电子的稳定控制（PESS）： 深入讲解了先进的同步发电机抑制器（PSS）的设计原理，以及如何利用STATCOM、SVC等FACTS设备提供额外的阻尼扭矩和电压支撑。 第六章：电压控制与无功功率管理 电压稳定是保证设备安全运行和电能质量的基础。 潮流和无功功率的耦合关系： 阐释了无功功率对电压轮廓和传输容量的直接影响。 最优无功功率规划： 建立了考虑线路阻抗和发电机/FACTS设备限制的无功优化模型。 分布式电压控制策略： 针对配电网，研究了分层电压控制架构，包括区域控制（Voltage Control Area）和局部协调控制，以有效管理DER产生的电压漂移。 第三部分：电力系统保护、安全与信息技术融合 本部分关注电网运行的可靠性、安全性，以及信息通信技术（ICT）在构建下一代智能系统中的关键作用。 第七章：电力系统继电保护的智能化 传统保护方案在新能源接入带来的电流源特性变化面前显现出局限性，本章聚焦于适应现代电网的新保护技术。 基于同步量测量（PMU）的保护： 介绍PMU如何提供高精度、广覆盖的相量数据，支撑基于广域测量系统（WAMS）的故障定位和快速解列保护。 新能源接入点的保护挑战： 分析了电流限制型逆变器（Grid-Following Inverter）在短路故障时可能出现的“零或低电流”现象，并介绍了电流源型逆变器（Grid-Forming Inverter）的保护思路。 自愈合（Self-Healing）配电网： 详细描述了故障隔离与服务恢复（FDIR）的算法流程，包括故障检测、隔离决策和最优重构。 第八章：网络安全与信息物理系统（CPS）防护 电力系统作为关键基础设施，其对网络攻击的防御能力至关重要。 攻击面分析： 识别SCADA/DMS系统、通信网络和智能电子设备（IEDs）中的主要安全漏洞。 数据完整性与真实性保护： 探讨了针对伪造PMU数据、恶意注入潮流指令的检测与防御机制，如基于机器学习的时间序列异常检测。 弹性运营与灾难恢复： 建立物理层与信息层相互作用的攻击模型，并设计能在网络入侵发生后迅速恢复关键功能的降级运行策略。 第九章：高级状态估计与数据驱动的决策 现代电网状态估计（SE）必须处理海量、多源、带噪声的测量数据，并支持实时的优化决策。 加权最小二乘（WLS）与鲁棒性： 深入分析了WLS算法在应对坏数据（Bad Data）时的表现，并介绍了更具鲁棒性的M-估计方法。 集成观测： 探讨如何融合PMU（高频、准确）与SCADA（低频、广域）数据，实现对系统动态行为的更准确跟踪。 深度学习在电力系统中的前沿应用： 介绍使用深度神经网络进行短期负荷预测、设备健康监测以及优化控制参数的初步探索和实施案例。 本书特色： 侧重工程实践： 所有理论推导均辅以实际工程案例分析，使用行业标准的数据集进行仿真验证。 软件工具集成： 穿插MATLAB/Simulink、Python（PyPSA/Pandapower）等主流工程工具的实施指导，帮助读者快速将理论转化为可运行的代码模型。 面向未来挑战： 重点关注能源互联网、直流微网和虚拟电厂（VPP）等新兴领域的分析方法，确保内容的前沿性。 本书适用于： 电力系统规划工程师、电网运行值班人员、希望深入研究电力系统动态学的高级学生，以及致力于电网数字化转型的技术人员。

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