电网调度自动化与配网自动化技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国水利水电出版社

作者:王士政

出品人:

页数:263

译者:

出版时间:2003年1月1日

价格:32.0

装帧:平装

isbn号码:9787508414003

丛书系列:

图书标签:

• 电力系统
• 电网调度
• 配网自动化
• 自动化技术
• 电力自动化
• 智能电网
• 电力工程
• 电力技术
• 调度控制
• 配电系统

数字孪生技术在现代城市管理中的应用前沿 摘要 本书深入探讨了数字孪生（Digital Twin）技术在城市管理领域的前沿应用，重点关注如何利用高保真、实时更新的虚拟模型来优化城市基础设施的规划、运行与维护。内容涵盖了构建城市级数字孪生的关键技术栈，包括传感器网络、物联网（IoT）、大数据分析、人工智能（AI）与空间信息技术（GIS）的深度融合。通过一系列详实案例，本书阐释了数字孪生如何在交通流模拟、能源系统优化、公共安全响应及可持续发展战略制定中发挥核心作用，旨在为城市规划者、工程师、技术开发者及政策制定者提供一套全面的理论框架与实操指南，以推动智慧城市迈向更高效、更具韧性的新阶段。 --- 第一章：数字孪生的理论基石与城市化挑战 1.1 数字孪生的起源与演进 本章首先追溯了数字孪生概念的理论发展历程，从航空航天领域的早期映射模型，到工业制造（MIM）中的应用，再到当前向复杂巨系统——城市环境的拓展。我们将精确界定数字孪生的核心构成要素：物理实体、虚拟模型、连接数据流以及双向反馈机制。深入分析“孪生”的层次性，从描述性孪生（Descriptive Twin）到预测性（Predictive）和规范性（Prescriptive）孪生的演进路径，强调城市级数字孪生的复杂性在于其异构数据源和大规模互动体的集成。 1.2 现代城市面临的复杂性挑战 随着全球城市化进程的加速，城市系统展现出前所未有的复杂性、动态性和脆弱性。本节将分析当前城市管理面临的主要痛点：基础设施老化、交通拥堵的常态化、资源分配的低效性、极端天气事件导致的韧性不足，以及数据孤岛现象严重阻碍了跨部门协同。这些挑战凸显了传统静态规划和反应式管理模式的局限性，为引入数字孪生等主动干预技术创造了必要性。 1.3 城市数字孪生的核心价值主张 清晰界定城市数字孪生在解决上述挑战中的独特价值。核心价值在于提供一个“沙盒”环境，允许在不影响真实城市运行的情况下，对复杂决策进行高风险、高成本的预先验证和情景推演。这包括提高决策的科学性、增强运营的透明度，以及实现城市资产的全生命周期管理。 --- 第二章：构建城市数字孪生的技术栈与数据融合 2.1 空间信息基础设施：GIS与BIM的深度集成 城市数字孪生的空间骨架依赖于高精度地理信息系统（GIS）与建筑信息模型（BIM）的有机结合。本章详细探讨了如何实现“GIS-BIM”的无缝互操作性，从宏观的城市地形地貌到微观的单体建筑结构细节，构建多尺度、多层次的空间数据模型。特别关注倾斜摄影测量（DSM）、激光雷达（LiDAR）点云数据在快速建模和现状更新中的应用。 2.2 物联网（IoT）与实时数据采集体系 实时性是孪生的生命线。本节重点研究支撑城市孪生运行的物联网传感器网络架构，包括智能路灯、环境监测站、水务管网传感器以及移动源（车辆、行人）数据。讨论关键技术挑战，如海量异构数据的接入标准、边缘计算（Edge Computing）在数据预处理中的角色，以及如何保障数据传输的低延迟与高可靠性。 2.3 大数据平台与仿真引擎的驱动力 城市级数字孪生是一个数据密集型系统。本章分析了支撑PB级城市数据的分布式存储与计算架构（如Hadoop/Spark集群）。随后，深入讲解如何运用多物理场耦合仿真引擎（如流体动力学CFD、结构有限元FEM）来模拟现实世界的物理过程，并将这些仿真结果作为虚拟模型的动态反馈源。 2.4 人工智能在模型校准与预测中的作用 AI技术是实现孪生从“映射”到“预测”的关键。探讨深度学习模型（如RNN、LSTM）在时间序列预测中的应用，用于交通需求预测和能源消耗负荷预测。此外，介绍强化学习（RL）在优化控制策略（如信号灯配时优化）中的部署，实现孪生模型对物理实体的主动干预与自我学习优化。 --- 第三章：数字孪生在城市关键功能领域的实战应用 3.1 智慧交通：动态建模与拥堵治理 本章聚焦于交通流的数字孪生构建。内容包括：多模态交通数据（公共交通、网约车、私家车、行人）的实时融合；基于Agent的交通仿真（ABM）在评估新交通政策影响中的应用；以及如何利用孪生环境测试自适应交通信号控制系统（ATCS）的鲁棒性，从而实现路网通行能力的实时动态提升。 3.2 城市能源系统：需求侧响应与能耗优化 探讨如何构建覆盖发电、输电、配电到终端用户的城市能源数字孪生。重点分析其在需求侧管理（DSM）中的应用，如何通过预测极端天气下的负荷峰值，提前调度分布式能源（如光伏、储能），以确保电网的稳定运行。同时，分析如何利用孪生模型进行建筑能效评估与节能改造方案的对比验证。 3.3 公共安全与应急管理：灾害情景推演 本节阐述数字孪生在提升城市韧性中的作用。通过模拟火灾、洪水、地震等突发事件，建立多部门协同的应急响应孪生模型。内容包括：实时人员疏散路径优化算法的测试；关键基础设施（如医院、应急避难所）的承载能力评估；以及在虚拟空间中预演不同干预措施（如封锁区域、资源调配）的效果，指导现场指挥。 3.4 城市基础设施的全生命周期管理 关注地下管网（水务、燃气、热力）和桥梁、隧道等大型结构的数字化管理。介绍如何集成传感器数据和历史维护记录，构建资产健康模型（AHM）。孪生体能够预测结构疲劳、管网泄漏的概率，从而将传统的“定期维护”转变为基于状态的“预测性维护”，大幅延长资产使用寿命并降低非计划停运风险。 --- 第四章：治理、伦理与未来展望 4.1 数据安全、隐私保护与治理框架 城市数字孪生涉及海量的敏感数据。本章深入探讨数据治理的挑战，包括跨部门数据共享的法律障碍、数据主权问题以及确保公民隐私不被侵犯的技术手段（如差分隐私、联邦学习）。提出构建城市数据安全和信任框架的必要性。 4.2 标准化、互操作性与开放平台 为避免“数据孤岛”在新的技术层面上重现，本节强调制定统一的城市数字孪生数据模型和接口标准的重要性。讨论开放式平台（Open Platform）架构的设计原则，以促进第三方开发者和不同技术供应商间的协同创新。 4.3 人机协作与城市决策的未来 展望未来，数字孪生将不再仅仅是一个分析工具，而是城市决策系统中的核心交互界面。探讨如何设计直观的人机交互界面，使用户（无论是工程师还是政策制定者）能够有效理解复杂的模拟结果，并将洞察转化为可执行的指令。最终目标是实现一个高度自治、自我优化的城市生态系统。 --- 结论 本书的结论部分将总结数字孪生技术对城市管理范式的根本性转变：从被动反应到主动预测，从部门孤立到跨域协同。强调数字孪生是实现可持续发展目标（SDGs）和建设人类宜居型智慧城市不可或缺的战略工具。同时，提醒读者必须平衡技术的强大能力与数据伦理的严格要求，确保技术的进步真正服务于市民的福祉。

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这本书的内容深度显然不是针对那些只需要应付基础考试的学生，它更像是为已经在行业内工作了一段时间，渴望深化理论理解和拓宽技术视野的工程师准备的。我特别欣赏其中关于“故障诊断与隔离”部分的详述。作者没有停留在简单的描述性介绍，而是深入探讨了当前主流的故障分析算法的优缺点，甚至引用了最新的研究成果来佐证其观点。那些关于实时数据处理和预测性维护的章节，读起来令人振奋，它描绘的未来电网是如此的智能和可靠。不过，这也带来了一个挑战，那就是对于背景知识的要求较高。在阅读过程中，我不得不时常停下来查阅一些更基础的控制理论知识，这虽然增加了阅读的难度，但也确实迫使我进行了更深层次的学习和思考，可以说是“痛并快乐着”。

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从装帧和排版来看，出版方显然也下了不少功夫。纸张的质感很好，不易反光，这对需要长时间阅读技术书籍的人来说至关重要。更值得称赞的是图表的清晰度。在讨论复杂的网络拓扑结构或时序控制流程时，那些流程图和接线图都标注得极为详尽，关键节点和信号流向一目了然，避免了因为图示模糊而对理解产生误判。不过，如果能在部分算法的伪代码部分，能够提供一些主流编程语言（比如Python或MATLAB）的实现参考，那就更完美了。现在这些伪代码虽然逻辑清晰，但对于动手能力强的读者来说，总感觉“只差临门一脚”，期待未来再版时能补充这一部分，让理论到实践的转化更加顺畅。

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这本书的封面设计颇具匠心，那种深沉的蓝色调配上清晰的线条勾勒出的电路图，立刻给人一种专业、严谨的感觉。初次翻开时，我本以为这是一本晦涩难懂的教科书，然而作者的叙述方式却出乎意料地平易近人。他并没有一开始就抛出复杂的数学模型或晦涩的专业术语，而是从电力系统的基本运行原理讲起，用生动的比喻和贴近生活的例子，为我们这些电力行业的“门外汉”搭建起了一个初步的认知框架。尤其是在讲解变电站的运行逻辑时，那种层层递进的讲解方式，让我仿佛置身于一个数字化控制室，亲眼见证着电能如何被精准地分配和管理。尽管我对自动化控制的了解仅限于皮毛，但读完前几章后，我已经能对现代电网的复杂性及其背后的技术逻辑有了一个大致的把握，这无疑是这本书成功的第一步。

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这本书给我的整体感受是，它像一位经验丰富、知识渊博的导师，在引导我探索电力系统自动化的广阔天地。它没有故作高深，也没有敷衍塞责，而是用一种近乎对话的方式，将复杂的工程智慧传递给我们。我特别欣赏作者在讨论“网络安全”和“韧性”问题时展现出的前瞻性。在万物互联的今天，电力系统的安全已不再是简单的物理隔离，而是涉及复杂的网络防御体系。书中对针对关键基础设施的攻击模型分析以及相应的防护策略，让我对当前和未来电力系统的安全态势有了更深刻的警惕和理解。这本书不仅是技术手册，更是一部关于未来电力基础设施建设的思考录，值得所有关注能源技术发展的人仔细研读。

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我向来对那些只停留在概念层面、缺乏实际应用案例的专业书籍感到厌倦，而这本书则完全避免了这种通病。它在讲解每一个核心技术点时，都紧密结合了实际工程案例。例如，书中对“分布式能源接入对配电网稳定性的影响”的分析，不仅有理论推导，更有具体的仿真结果和现场数据对比。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的写作手法，极大地增强了内容的实用性和可信度。特别是关于高级量测体系（AMS）在配网自动化中的部署策略，书中提供的多套方案对比，非常具有参考价值，这比单纯听讲座或者看标准文档要直观得多，让我对如何在新旧系统兼容中找到最佳路径有了更清晰的认识。

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