Applied Mathematics for Restructured Electric Power Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Chow, Joe H. (EDT)/ Wu, Felix F. (EDT)/ Momoh, James A. (EDT)

出品人:

页数:356

译者:

出版时间:2004-11

价格:$ 236.17

装帧:HRD

isbn号码:9780387234700

丛书系列:

图书标签:

• 电力系统
• 应用数学
• 电力系统分析
• 优化
• 控制理论
• 数值计算
• 电力市场
• 电力电子
• 机器学习
• 智能电网

现代能源系统中的优化与控制：理论基础与前沿应用 图书简介 引言：全球能源转型的关键挑战 随着全球对可持续发展和能源安全需求的日益增长，电力系统正经历着自其诞生以来最深刻的变革。传统的集中式、单一能源主导的电力网络，正逐步向分布式、多能源融合、高度互联的“智能电网”演进。这种结构性的重塑，虽然带来了更高的灵活性和更低的碳排放潜力，但同时也引入了前所未有的复杂性、不确定性和波动性。如何确保在新能源（如风能、太阳能）渗透率不断提高的背景下，电力系统的稳定性、可靠性、经济性与安全性（即“五大安全目标”）仍能得到有效保障，是当前电力工程领域的核心议题。 本书聚焦于应对这些新挑战所需的核心理论工具和实际工程方法，特别是优化理论、控制理论以及先进的系统分析技术，这些是支撑现代电力系统高效、安全运行的基石。我们避开了针对特定电力系统架构（如特高压直流、特定微电网拓扑）的细节描述，而是深入探讨了支撑所有先进电力系统运行的普遍性数学框架和计算范式。 第一部分：电力系统中的数学建模与不确定性处理 本部分旨在为理解复杂的电力系统动力学和稳态运行建立坚实的数学基础。我们首先关注电力系统稳态分析的数学本质。传统的潮流计算，本质上是一个大型非线性方程组的求解问题。本书将深入探讨如何利用拓扑代数、图论来描述网络结构，并结合微分代数方程组（DAE）来精确刻画同步发电机、励磁系统、调速器等元件在时域中的行为。 在处理新能源接入带来的随机性和间歇性问题时，概率论与随机过程成为了不可或缺的工具。本书详细阐述了如何利用蒙特卡洛模拟、条件风险价值（CVaR）优化以及鲁棒优化（Robust Optimization）方法，来量化和管理系统运行中的不确定性。例如，我们将探讨如何构建考虑风速和负荷波动性的随机潮流模型，以评估系统在极端天气下的运行裕度。我们强调的重点是不确定性量化模型（Uncertainty Quantification Models）的构建，而非某一特定情景下的数值解法。 第二部分：最优潮流与经济调度的高级方法 电力系统的经济调度与最优潮流（Optimal Power Flow, OPF）是确保能源高效利用和运营成本最小化的核心任务。本书将先进的优化技术应用于电力调度领域。 我们系统地回顾了经典凸优化理论，如线性规划（LP）和二次规划（QP），并着重介绍了它们在直流最优潮流（DC-OPF）中的应用。然而，考虑到实际电力系统的非线性本质，本书将大量篇幅投入到非线性规划（NLP）的求解技术上。这包括内点法（Interior Point Methods）、序列二次规划（SQP）在处理发电机有功/无功限制、电压约束和线路容量限制时的数学细节。 更进一步，我们探讨了大规模系统下的优化挑战。针对传统集中式求解器的计算瓶颈，本书引入了分布式优化算法，如对偶分解法（Lagrangian Decomposition）和ADMM（Alternating Direction Method of Multipliers）。这些方法允许在保持系统隐私和解耦约束的同时，实现跨区域或跨多个分布式能源单元的协同优化，这对于未来去中心化的能源市场至关重要。 第三部分：系统稳定性与动态控制的先进理论 电力系统的稳定性分析是确保其持续供电能力的关键。本书从经典控制理论（如李雅普诺夫稳定性理论）出发，转向现代控制理论在电力系统中的应用。 对于同步发电机的暂态稳定分析，我们强调能量函数法（Energy Function Methods），特别是等面积准则的推广，用于评估大扰动下的系统恢复能力。在微观/局部阻尼控制方面，本书详细分析了奇异摄动法（Singular Perturbation Theory），该方法能够有效地分离和分析快变（如电力电子设备）和慢变（如机械惯性）动态过程对系统稳定性的耦合影响。 面对新能源大规模接入导致的惯量缺失和暂态刚度下降，传统的频率控制模式面临失效。本书聚焦于先进的虚拟同步发电机（VSG）控制策略的理论基础，这涉及模型预测控制（MPC）和滑模控制（SMC）的应用。MPC作为一种前瞻性控制方法，允许系统在多个时间步上优化控制输入，以应对未来预期的负荷和新能源出力变化，确保系统在动态过程中始终满足软/硬约束。 第四部分：网络弹性与安全运行的计算框架 现代电网的复杂互联性，使得单一故障可能引发连锁反应，威胁到整个系统的弹性。本书关注于如何使用先进的图论和网络科学工具来评估和增强系统弹性。 我们探讨了网络拓扑的鲁棒性指标，例如节点的中心度、群集系数，以及它们与系统关键故障（如变电站跳闸）后恢复时间的关系。在故障诊断方面，本书介绍了稀疏观测下的状态估计问题，利用卡尔曼滤波的扩展形式（EKF/UKF）来实时、准确地估计大量分布式节点的电压和功率流，这是实现快速自愈（Self-Healing）的前提。 最后，本书深入分析了网络安全（Cybersecurity）对物理系统的影响。我们讨论了攻击模型（Adversarial Models）的构建，用于模拟恶意数据注入或欺骗性控制信号对状态估计和最优调度的干扰。应对措施则集中在基于信息熵的冗余校验和差分隐私保护下的数据共享机制，旨在从信息论的角度加固电网的防御体系。 结论：面向未来的互联系统 本书为能源系统工程师、控制理论研究人员和决策者提供了一个高屋建瓴的视角，理解支撑下一代电力系统运行的核心数学与控制理论。通过掌握这些通用的优化、控制和系统分析工具，读者将能够独立设计、评估和实现复杂、高渗透率新能源接入下的电网运行策略，确保能源系统的可持续、安全与高效运行。

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