柔性电力技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:水利水电

作者:韩民晓

出品人:

页数:277

译者:

出版时间:2007-10

价格:39.00元

装帧:

isbn号码:9787508448428

丛书系列:

图书标签:

• 电力系统
• 学习
• 5
• 电力系统
• 柔性直流输电
• FACTS
• HVDC
• 电力电子
• 电力变换
• 新能源接入
• 电网稳定
• 电力优化
• 智能电网

现代控制理论与系统分析 本书深入探讨了现代控制理论的核心概念、数学基础及其在工程实践中的应用。全书结构严谨，内容覆盖面广，旨在为读者构建一个全面而深入的控制系统知识体系。 第一部分：系统建模与状态空间描述 本部分聚焦于如何精确地描述和数学化工程系统。我们首先回顾了经典控制理论中常用的传递函数和频率响应方法，并指出其在多输入多输出（MIMO）系统以及涉及复杂内部动态的系统中的局限性。 随后，本书的核心——状态空间表示法被系统地引入。我们详细阐述了线性定常（LTI）系统和线性时变（LTV）系统在状态空间中的标准形式，包括可控规范形（Controllable Canonical Form）和可观规范形（Observable Canonical Form）。通过对相似变换（Similarity Transformation）的深入分析，读者将理解如何将系统转化为对分析和设计最为友好的结构。 对于非线性系统的建模，本书并未回避其复杂性，而是侧重于工程上常用的分析工具。这包括李雅普诺夫意义下的线性化技术，以及如何利用泰勒级数展开或更高级的微分几何工具对局部行为进行近似描述。对于存在不确定性的系统，如参数摄动或外部扰动，我们引入了描述不确定性的数学框架，为后续的鲁棒性分析奠定基础。 第二部分：系统分析与性能评估 在系统模型建立之后，第二部分着重于如何评估系统的固有特性和性能指标。 稳定性分析是本部分的核心内容。我们从李雅普诺夫稳定性理论出发，区分了全局渐近稳定、局部渐近稳定以及指数稳定等概念。对于LTI系统，我们详细推导了利用特征值（极点）位置判据（如Routh-Hurwitz判据）来判断稳定性的过程，并将其与状态转移矩阵的性质联系起来。对于更具挑战性的非线性系统，我们阐述了第一、第二李雅普诺夫法在判断稳定边界和全局收敛性中的实际应用。 可控性与可观性的分析是现代控制设计的先决条件。本书通过可控性矩阵和可观性矩阵的秩分析，明确界定了设计者能够影响和观测系统内部状态的范围。我们还讨论了如何利用降阶观测器（Reduced-Order Observers）来在不损失关键信息的前提下简化观测器设计，这在实际工程中具有极高的价值。 性能分析方面，我们深入研究了系统的时间响应特性，如超调量、上升时间、稳定时间等指标，并将其与系统的极点位置进行量化关联。此外，本书引入了代数克里米斯（Krylov）子空间的概念，用于高效地计算大规模系统的瞬态响应和系统范数。 第三部分：经典控制器的现代视角与状态反馈设计 本部分将经典控制理论的直观思想与现代控制的状态空间框架相结合，并侧重于状态反馈控制器的设计。 极点配置（Pole Placement）作为状态反馈设计的基石，被进行了详尽的阐述。我们展示了如何利用克莱门斯定理（Ackermann’s Formula）或基于线性代数的方法，为系统指定期望的闭环极点位置，从而达到特定的动态响应要求。 鉴于状态变量在实际中往往无法完全测量，状态观测器的设计成为了设计的关键环节。本书系统地介绍了全阶观测器（Full-Order Observers）的设计，特别是詹金斯-卡尔曼（Luenberger）观测器的设计原理，并强调了观测器极点选择与主系统极点选择之间的关系——即观测器动力学必须比主系统反馈动力学更快速稳定。 对于包含噪声和不确定性干扰的实际系统，最优控制理论提供了系统的解决方案。本书详细介绍了线性二次型调节器（LQR）的设计方法。我们推导了代数黎卡提方程（Algebraic Riccati Equation, ARE）的求解过程，并解释了性能指标函数 $J$（包含状态误差平方和控制输入平方）如何影响反馈增益矩阵 $K$ 的选取。LQR的设计不仅仅是找到一个反馈增益，更是对系统性能与控制努力之间进行权衡的艺术。 第四部分：鲁棒性、最优控制与非线性控制基础 在掌握了基础状态反馈和LQR设计后，本书转向了更具挑战性的前沿领域。 鲁棒性分析是现代工程设计的核心要求。我们引入了H-无穷（$H_infty$）控制理论的基本框架，用以处理有界外部干扰和模型不确定性。本书解释了如何将控制问题转化为一个标准的$H_infty$优化问题，并通过求解相关的贝尔曼-黎卡提方程（Differential Riccati Equation, DRE）来设计能够保证闭环系统在给定干扰约束下表现的控制器。 最优估计：卡尔曼滤波作为状态估计领域的黄金标准，被单独进行深入讲解。本书详细推导了离散时间卡尔曼滤波器的递推算法，清晰地解释了预测步和更新步的物理意义，并展示了它在估计系统状态噪声和测量噪声方差下的最优性。 最后，我们为非线性控制理论进行了初步的介绍。除了线性化方法外，本书还探讨了反步法（Backstepping）的基本思想，这是一种递归设计方法，可用于设计一个能够稳定具有特定结构（如严格反馈形式）的非线性系统的状态反馈控制器。 本书的最后部分还包含了大量精心设计的例题和工程案例分析，旨在帮助读者将理论知识有效地转化为解决实际问题的能力。它适用于高年级本科生、研究生以及在控制工程、航空航天、自动化、机器人等领域工作的工程师和研究人员。

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这本书的开篇给我一种扑面而来的厚重感，它似乎试图构建一个宏大的技术全景图。作者在引言中就花费了大量的篇幅来梳理电力系统的历史演变，从传统的集中式发电架构到如今遍布各个角落的分布式能源接入，逻辑梳理得相当清晰。我特别欣赏他对“系统稳定性”这个核心概念的探讨，书中不厌其烦地用多角度去阐述，比如从一次调频到暂态稳定，再到小扰动下的鲁棒性分析，每一个环节都配有详尽的数学模型推导，对于我这种希望深入理解底层原理的读者来说，简直是如获至宝。然而，在具体的技术章节，比如高压直流输电（HVDC）的控制策略部分，虽然理论阐述非常扎实，但感觉在工程应用的实际案例上略显单薄。很多公式和定理的推导过程，如果能穿插一些实际电网故障录波数据的分析，或者更贴近实际运行中遇到的非线性问题，可能会让这本书的实践指导意义更上一层楼。总的来说，它更像是一本为研究生或资深工程师准备的理论基石，对初学者可能需要较高的数学和电力系统基础才能完全消化。

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拿到这本书，我首先注意到作者在绪论部分对“电力系统数字化转型”的深刻洞察，他并没有将数字化仅仅视为数据采集和远程监控，而是将其提升到系统运行哲学的层面，探讨了信息流与能量流的深度融合，这让我对后续内容充满了期待。书中关于先进的保护技术那一部分，尤其引人入胜，例如利用同步量测量技术（PMU）进行的全系统状态估计和保护定界算法。作者展示了如何利用时间戳同步的数据来捕获毫秒级的故障传播过程，这对提高继电保护的准确性和可靠性至关重要。唯一的遗憾是，在介绍如何应对网络安全威胁对这些高精度测量系统的潜在攻击时，深度稍显不够。在物理层和控制层安全得到充分保障的前提下，数据链的安全漏洞可能成为新的薄弱点，如果能增加一些针对数据完整性验证和异常数据注入防御的讨论，这本书的实用价值会大大提升，毕竟技术越先进，其暴露的攻击面也越广。

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这本书的排版和图示设计，说实话，有点让人回到上个世纪的风格，尽管内容本身是尖端的技术，但视觉传达上略显保守。我花了不少时间去研究其中关于电能质量问题的章节。作者非常系统地介绍了各类谐波源（从电机到整流器）的产生机理，并且对滤波器设计给出了非常详尽的步骤指导，包括无源、有源和混合滤波器的设计参数选取原则。这种详尽的流程对于我们现场进行设备选型和投运测试非常有帮助。然而，在讨论到快速变化的无功负荷对电压稳定性的冲击时，书中的分析似乎过于依赖传统的电压稳定裕度指标，对于那些依赖快速变流器进行电压控制的新型电网结构，比如微电网，其快速的电压动态响应和阻尼特性分析，略显不足。这本书在“稳态”和“暂态”的交汇点上，似乎还有更广阔的探讨空间，尤其是在当前对电能质量的实时监测和自适应抑制要求日益提高的背景下。

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这本书的阅读体验如同品尝一壶陈年的老茶，初尝之下略显苦涩，但细细咂摸后，方能体会到其丰富的层次感。我最感兴趣的是关于电力电子变流器在电网并网点的动态特性分析这一章。作者引入了一种全新的状态空间模型来描述永磁同步电机（PMSM）驱动下的风力发电系统，这套模型的优雅之处在于，它能非常直观地揭示出换流器开关频率变化对电网谐波注入的影响机制。不过，在讲解到无功功率支撑策略时，我发现书中对不同控制方式（比如下垂控制与虚拟同步机控制）的适用场景区分得不够鲜明。例如，在光伏接入比例极高的区域网络中，传统有功功率优先的控制策略是如何与新兴的“电网惯量”概念进行耦合和协调的，书中给出的示例似乎还停留在相对理想化的场景。我期待能看到更多关于实际电网中，多方控制主体之间如何进行信息交互与冲突解决的案例研究，毕竟，现代电力系统早已不是单一方说了算的“一言堂”，复杂的交互关系才是真正的难点所在。

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我从这本书中汲取到的最大收获，在于其对电力系统“韧性”（Resilience）概念的构建与量化。作者没有止步于传统的可靠性（Reliability）范畴，而是将系统的自愈能力、快速恢复能力纳入考量，这与当前全球气候变化和极端天气事件频发的大环境高度契合。书中详细阐述了故障隔离与服务恢复的优化模型，特别是结合了图论和优化算法来确定最优的重构路径。这些模型清晰地展示了如何在有限的资源下，最大化受影响用户的供电恢复速度。不过，在探讨“自愈”策略的经济性分析时，我觉得略显保守。如何平衡投资于冗余和快速恢复能力所带来的成本，与避免长期停电损失之间的关系，这需要一个更精细的经济模型去权衡。目前的分析偏向于技术可行性，如果能加入更贴近监管机构和投资方的成本效益分析视角，或许能更好地推动这些先进的韧性技术在实际电网升级中的落地应用。

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