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isbn号码:9787801256829

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《电网运行与安全控制》 引言 随着全球经济的飞速发展和科技的不断进步，电力系统作为现代社会不可或缺的支柱，其重要性日益凸显。电网的稳定可靠运行，直接关系到工业生产、日常生活乃至国家安全。然而，电网运行环境日益复杂，面临着来自新能源接入、负荷波动、设备老化、自然灾害等诸多挑战，电网安全运行和稳定控制的研究显得尤为关键。本书旨在深入探讨现代电力系统的运行机理，分析影响电网安全的各类因素，并系统性地介绍一系列先进的安全控制技术和策略，以期为电力行业的从业人员、研究者以及相关专业的学生提供一个全面而深入的学习平台。 第一章：电力系统的基本构成与运行原理 本章将从基础层面出发，为读者构建对现代电力系统的整体认知。我们将首先介绍电力系统的基本组成部分，包括发电厂（火力、水力、核能、风能、太阳能等）、输电网络、变电站以及配电系统，并阐述它们在能量传递过程中的功能与相互关系。随后，我们将深入剖析电力系统的基本运行原理，如发电机组的稳态运行、电压和频率的控制机制、功率潮流的计算与分析等。我们将通过详实的图示和简洁的数学模型，帮助读者理解电网在正常运行状态下的能量平衡、功率流动规律以及影响系统稳定性的关键参数。此外，本章还将简要介绍电力的调度运行模式，包括中央调度和区域调度的概念，以及计划和实时调度在保障电力供应中的作用。 第二章：影响电网安全运行的关键因素分析 电网安全运行并非一成不变，而是受到多种动态因素的综合影响。本章将重点剖析这些影响电网安全的关键因素，并从不同维度进行深入分析。 电力负荷的特性与波动： 我们将探讨工业、商业、居民等不同类型负荷的典型负荷曲线，分析负荷随机性、突变性以及季节性、周期性变化对电网运行的影响。特别会关注大负荷冲击、负荷预测误差等可能引发系统不稳定的情况。 发电机组的运行特性与稳定性： 发电机组作为电力系统的源头，其运行状态直接影响电网的整体稳定性。本章将详细阐述同步发电机的基本运行方程，分析机组的转子动力学、暂态过程以及过载、失步等可能出现的运行问题。同时，也将探讨不同类型发电技术（如火电、水电、核电）在系统运行中的特性差异。 电力设备故障与可靠性： 电力设备是电网运行的物质基础，其故障是导致电网不稳定甚至大规模停电的重要原因。我们将系统梳理输电线路、变压器、断路器、互感器等关键设备的常见故障类型（如短路、接地、断线、绝缘击穿等），并结合故障概率、故障影响范围，分析设备可靠性在保障电网安全中的核心地位。 外部环境与自然灾害： 电网的运行受到自然环境的广泛影响。本章将讨论雷击、大风、冰雪、洪水、地震等极端天气和自然灾害对电力设备和线路的潜在威胁，以及如何评估和应对这些外部因素对电网运行安全带来的风险。 新能源接入的挑战： 随着可再生能源（如风电、光伏）的大规模接入，电网的稳定性和可控性面临新的挑战。我们将分析新能源的间歇性、随机性和波动性对电网电压、频率和功率平衡的影响，以及如何通过技术手段缓解这些冲击。 第三章：电网稳定性的分类与评估方法 电网稳定性是电网安全运行的根本保证。本章将对电网稳定性进行系统性的分类，并介绍常用的评估方法。 暂态稳定： 暂态稳定是电网在受到大扰动（如短路故障、机组甩负荷）后，能否在短暂时间内恢复到同步运行状态的能力。我们将详细分析暂态稳定判据，如转子角度差、暂态能量法等，并探讨影响暂态稳定性的主要因素，如发电机容量、线路阻抗、控制系统参数等。 小扰动稳定（动态稳定）： 小扰动稳定是指电网在受到小的、连续的扰动后，能否维持稳态运行的能力。本章将介绍线性化方法、特征方程分析等评估小扰动稳定性的技术，并重点分析负荷频率控制（LFC）、励磁系统等在维持小扰动稳定性中的作用。 电压稳定： 电压稳定是指电网在受到各种扰动后，能否维持电压在允许范围内的能力。我们将探讨电压崩溃的机理，分析影响电压稳定性的因素，如负荷特性、无功功率补偿、输电能力等，并介绍电压稳定评估的方法，如P-V曲线、Q-V曲线等。 频率稳定： 频率稳定是指电网频率在正常波动范围内，且能在扰动后迅速恢复到额定值的能力。本章将详细分析频率偏差的产生原因、功率缺额或功率过剩对频率的影响，并介绍频率偏差的控制方法，如一次调频、二次调频等。 第四章：电网安全运行的控制技术与策略 为应对上述挑战，电力系统发展了一系列先进的安全控制技术与策略。本章将对这些技术与策略进行详细阐述。 发电机组励磁控制： 励磁系统是维持发电机电压和同步运行的关键。我们将深入介绍不同类型的励磁系统（如直流励磁、交流励磁、电力电子励磁），分析其工作原理、动态响应特性，以及如何通过优化励磁控制参数来提高暂态稳定性和电压稳定性。 负荷频率控制（LFC）： LFC是维持电网频率稳定的核心手段。本章将详细介绍LFC的控制原理，包括一次调频、二次调频的联动机制，以及现代LFC系统在实时响应负荷变化、恢复频率至额定值方面的应用。 无功功率与电压控制： 维持合理的电压水平对于电网安全运行至关重要。我们将详细介绍无功功率补偿的原理和方法，包括静态无功补偿器（SVC）、动态无功补偿器（STATCOM）等新型补偿装置，以及如何通过优化无功功率的调度来改善电压稳定性和输电能力。 电力系统安全稳定控制（ESC）： ESC是指在电网运行中，当发生可能导致系统崩溃的事故时，自动或手动采取的干预措施。本章将系统介绍ESC的组成部分，包括故障检测、判别、决策以及控制信号的生成与执行。我们将重点分析超有功功（UFLS）、超频功（OFSL）等典型的安全稳定控制策略。 在线监测与故障诊断： 实时监测电网运行状态并及时诊断故障是保障安全的关键。本章将介绍各种在线监测技术，如PMU（相量测量单元）、SCADA（数据采集与监控系统）等，以及如何利用这些数据进行故障定位、故障类型判别，为后续的控制措施提供依据。 第五章：智能电网与未来发展趋势 本书的最后一部分将着眼于未来，探讨智能电网的发展对电网运行与安全控制带来的变革。 智能电网的架构与关键技术： 我们将介绍智能电网的核心理念，如信息通信技术（ICT）与电力系统的深度融合。本章将重点阐述智能电网中的关键技术，包括传感器网络、通信网络、数据分析、云计算、物联网（IoT）等，以及它们如何应用于电网的实时监测、精准控制和优化调度。 新能源并网的智能解决方案： 针对新能源接入带来的挑战，我们将探讨智能电网提供的解决方案，如分布式能源管理系统（DERMS）、虚拟电厂（VPP）、储能系统协同控制等，以及这些技术如何提升电网对新能源的接纳能力和运行灵活性。 需求侧响应与需求侧管理： 需求侧的互动与管理是智能电网的重要组成部分。我们将分析需求侧响应的模式，以及如何通过智能技术引导用户调整用电行为，从而平抑负荷波动，提高电网运行效率和可靠性。 数据驱动的电网安全与预测： 随着大数据技术的发展，数据驱动的分析方法在电网安全领域的应用越来越广泛。本章将介绍如何利用海量电网运行数据进行故障预测、风险评估以及鲁棒性控制策略的制定，实现更主动、更智能的安全保障。 网络安全与信息安全： 智能电网的高度互联性也带来了新的安全挑战——网络安全。本章将讨论智能电网面临的网络攻击类型，以及如何构建强大的网络安全防护体系，保障电网信息系统的安全可靠运行。 结论 本书通过对电力系统基本原理、影响因素、稳定技术以及未来发展趋势的系统性论述，旨在为读者提供一个关于电网运行与安全控制的全面认知框架。理解和掌握这些知识，对于保障电力系统的稳定可靠运行，满足社会日益增长的电力需求，以及应对未来能源挑战具有至关重要的意义。我们希望本书能成为电力行业从业者和研究者的宝贵参考，并激发更多人对电力系统安全运行与先进控制技术的研究热情。

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我个人认为这本书最大的亮点在于其极强的“实战指导意义”，它似乎不是写给纯粹的理论研究者看的，而是直指现场操作的痛点。书中许多篇幅是围绕着故障排查和异常处理展开的，这些描述细致到近乎于“手把手”的教学。例如，对于某个特定型号的继电器出现误跳闸的情况，书中不仅列出了可能的原因（从外部环境到内部元件老化），还配有清晰的检查步骤清单和判断流程图，每一个步骤都有明确的预设结果和下一步行动指南。这远超出了教科书的范畴，更像是现场技术人员的“备忘录”或“应急手册”。我对比了市面上其他几本同类书籍，它们大多停留在理论阐述层面，很少有如此详尽的、可直接落地执行的操作指引。对于需要在高压环境下进行维护和巡检的专业人士而言，这本书无疑能成为一本能救命的案头参考，其价值在于其无可辩驳的实用性和即时有效性。

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这本书的排版和装帧实在是令人赞叹，纸张厚实，印刷的油墨光泽度恰到好处，拿在手里沉甸甸的，有一种油然而生的敬重感。内页的图表设计非常精妙，那些复杂的电气原理图和系统流程图，经过细致的排版处理后，即便是初学者也能很快捕捉到核心脉络。我尤其欣赏作者在章节过渡和图示说明上的用心，那些注释详尽且精准，没有丝毫含糊不清的地方。装帧的硬壳设计，想必也是考虑到了电力行业工作环境的复杂性，能提供更好的物理保护，让人感觉这不仅仅是一本工具书，更像是一件值得收藏的工艺品。阅读过程中，我发现书中的插图质量极高，色彩还原度非常真实，对于理解那些抽象的物理现象帮助巨大，比如高压输电中的电晕放电现象，通过高质量的彩色插图展示，比单纯的文字描述生动太多了。而且，边距的留白也设计得非常合理，方便读者在阅读时随时做批注和标记，体现出设计者对实际使用场景的深刻洞察。这种对细节的极致追求，使得阅读体验提升了一个档次，让人愿意沉浸其中，细细品味每一个知识点。

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这本书的叙事节奏把握得相当老道，它没有一上来就抛出晦涩难懂的专业术语，而是采取了一种循序渐进、层层递进的讲解方式。开篇部分像一位经验丰富的老工程师在跟你进行耐心的引导，从宏观的能源结构聊起，逐步深入到具体的设备运行逻辑。这种叙述风格非常贴合非科班出身但对技术充满好奇的读者，它首先建立起一个稳固的知识框架，让读者明白“为什么”要学习接下来的内容，而不是简单地“是什么”。比如，在解释某项操作规范时，作者会先引用一个历史上的案例或者一个潜在的风险点，用故事化的手法来烘托规范的重要性，这种讲故事的能力，在我读过的技术书籍中是极为罕见的。后续章节的逻辑链条也设计得非常紧密，前一节的结论往往是下一节讨论的基石，使得阅读过程如同在走一条设计精良的知识阶梯，每一步都走得踏实，毫无跳跃感。这种注重“铺垫”的写作手法，极大地降低了知识的接受门槛，让人在不知不觉中吸收了大量信息。

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深入研读之后，我发现这本书的选材视角非常广阔，它并未将目光局限于单一的发电技术或输电环节，而是提供了一个完整的能源生产链条的鸟瞰图。从煤炭、水力、核能等不同能源的获取、转化，到电网层面的调度、优化，再到最终的用户侧的能效管理，这本书似乎都给出了一个系统性的概述和重点提炼。这种“全景式”的知识结构，对于想要理解整个电力工业生态的人来说，价值无可替代。它不仅教会了“如何操作”，更重要的是解释了“为什么这么设计”——背后的经济考量、环境制约以及技术瓶颈都被巧妙地编织进了技术描述之中。这使得读者在掌握具体技能的同时，也能建立起对整个能源行业的宏观认知，有助于做出更具前瞻性的决策和规划。这种跨越技术细节和战略层面的广度，是真正区分一本优秀参考书和一本专业工具书的关键所在。

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语言风格的运用上，这本书展现出一种罕见的严肃与亲和力的平衡。它在涉及核心概念和安全规程时，措辞极其严谨、不容置疑，体现出对电力这一特殊行业的敬畏之心，每一个术语的定义都经过了反复推敲，确保其科学性和权威性。然而，在解释那些涉及到复杂物理定律时，作者又巧妙地穿插了一些类比和生活化的例子，使得原本深奥的电磁感应、涡流效应等概念变得鲜活起来，仿佛能用手触摸到那些无形的力量。这种在不同语境间流畅切换的能力，避免了整本书因过于严肃而显得枯燥乏味，也避免了因过于口语化而削弱专业性。特别是对新技术的引入部分，作者采用了非常开放和探讨性的语气，鼓励读者保持批判性思维，而不是盲目接受既有结论，这种引导性的对话感，让读者感觉自己不是被动地接受知识灌输，而是在与一位学识渊博的导师进行深入的学术交流。

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2010-10-16 借于南京图书馆

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2010-10-16 借于南京图书馆

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2010-10-16 借于南京图书馆