Thermal Power Plant Simulation and Control pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Flynn, Damian (EDT)

出品人:

页数:426

译者:

出版时间:

价格:803.00 元

装帧:

isbn号码:9780852964194

丛书系列:

图书标签:

• 热力发电
• 仿真
• 控制
• 电力系统
• 建模
• 优化
• MATLAB
• Simulink
• 自动化
• 能源

图书简介：现代能源系统建模与优化 第一部分：引言与系统基础 本书深入探讨现代能源系统，特别是涉及可再生能源整合和新型储能技术的复杂动态行为。它提供了一个全面、跨学科的视角，超越了传统化石燃料发电的范畴，聚焦于能源转型的关键技术和方法论。 第一章：全球能源格局的演变与挑战 本章首先梳理了当前全球能源系统的宏观趋势，包括气候变化压力、地缘政治对能源供应安全的影响，以及去中心化能源结构的兴起。详细分析了能源密集型产业（如数据中心、电动交通）对电网稳定性的新需求。重点讨论了能源转型过程中面临的四大核心挑战：间歇性并网、电网基础设施老化、系统惯量下降以及电力市场机制的适应性。 第二章：基础物理模型与系统建模方法论 本章奠定数学建模的基础。它不局限于热力学循环，而是着重于描述现代能源组件的非线性特性。涵盖了状态空间法、传递函数法在描述复杂系统动态响应中的应用。重点介绍了多物理场耦合建模，特别是电磁暂态与热力学过程相互作用的模型构建。详细阐述了从第一性原理（First Principles）出发建立仿真模型的严谨性，并对比了数据驱动模型（如基于神经网络的辨识）在系统行为预测中的优势与局限。 第二部分：可再生能源集成与先进储能技术 第三章：风能与太阳能发电的特性化建模 本章详细解析了风力涡轮机（包括直驱式和齿轮箱式）的空气动力学与电气特性的耦合模型。对于光伏（PV）阵列，不仅讨论了电池板的等效电路模型，更深入探讨了阵列级汇流箱和逆变器的控制策略对电网动态支撑能力的影响。强调了针对风光资源不确定性（随机性与波动性）的处理方法，如蒙特卡洛模拟在评估系统韧性中的应用。 第四章：先进电化学储能系统（ESS）的建模与仿真 本章是本书的核心内容之一，专注于锂离子电池、液流电池及超级电容器的精确建模。详细介绍了电池的等效电路模型（ECM）在不同时间尺度下的适用性，并探讨了基于热力学和电化学反应的机理模型（如伪二维模型，P2D）如何更准确地预测电池的寿命衰减（SoH）和热失控风险。分析了储能系统在调频、备用和能量套利中的快速响应控制算法设计。 第五章：氢能与Power-to-X技术集成 本章面向未来能源载体——氢能。详细介绍了电解槽（PEM与碱性）的动态数学模型，特别关注其在吸收电网波动时的快速响应能力。深入分析了燃料电池（SOFC和PEMFC）的性能衰减模型及其在分布式发电中的应用。讨论了Power-to-Gas（P2G）和Gas-to-Power（G2P）链条中的能量转换效率和系统动态延迟。 第三部分：高级控制、优化与系统集成 第六章：能源系统的智能控制策略 本章超越了传统的PID控制，聚焦于面向高渗透率新能源系统的先进控制技术。详细阐述了模型预测控制（MPC）在处理多变量约束和前瞻性优化中的应用，特别是在能源管理系统（EMS）中的实施细节。引入了鲁棒控制和自适应控制的概念，以应对系统参数的在线变化和外部扰动。探讨了虚拟同步发电机（VSG）技术如何为弱电网提供必要的惯量和阻尼支撑。 第七章：网络化能源系统的实时优化 本章探讨了在区域或城市尺度上实现能源调度的优化问题。建立了包含热、电、气多能流耦合的整体优化框架。重点介绍了混合整数线性规划（MILP）和非线性规划（NLP）在求解最优潮流和最优调度问题中的应用。讨论了分层优化结构，即自上而下的市场信号与自下而上的设备级控制如何协同工作，以最小化运行成本或碳排放。 第八章：系统韧性与安全评估 本章关注系统的可靠性与抵御极端事件的能力。定义了系统韧性的量化指标，包括恢复时间与服务中断成本。分析了网络拓扑结构对故障传播的影响，并引入了概率风险评估（PRA）方法来评估设备故障和自然灾害对整体系统性能的累计影响。最后，讨论了网络物理安全（Cyber-Physical Security）的挑战，以及入侵检测系统在能源控制网络中的建模与应用。 结语：面向未来的能源系统仿真平台 本书的结论部分展望了下一代能源仿真平台的发展方向，包括数字孪生技术在能源基础设施实时监测与预警中的潜力，以及如何利用高性能计算资源（HPC）加速复杂系统的实时仿真，从而指导下一代电网的规划与运行。 本书适合从事能源工程、电气工程、控制科学及环境科学的高年级本科生、研究生以及在电力、可再生能源和储能行业工作的工程师和研究人员。它提供了一个从物理基础到先进控制与优化的完整知识体系。

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这本书的深度和广度实在令人惊叹，简直就像一个行走的能源百科全书。我本来以为它会更侧重于理论推导，没想到对实际工程中的复杂性把握得如此精准。书中对锅炉、汽轮机、发电机这些核心设备的动态特性分析，简直是教科书级别的严谨。特别是关于负荷变化时机组的响应模拟，作者不仅给出了数学模型，还深入探讨了不同控制策略下的实际表现，这一点对于现场工程师来说价值连天。我记得有章节专门讨论了超热机组的启停过程优化，那段描述详细到令人咋舌，从水冷壁的温升速率到蒸汽参数的控制死区，无不体现出作者深厚的实践功底。它绝不是那种空泛地谈论“效率提升”的浮夸之作，而是用扎实的仿真数据和案例，一步步引导读者理解如何将理论知识转化为稳定可靠的运行实践。对于任何想从“操作员”升级到“系统设计者”的人来说，这本书都是不可或缺的宝贵资源，读完后我对热力系统内部的“脉搏”跳动都变得更为清晰了。

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老实说，这本书的排版和图表风格，初看起来略显陈旧，像是九十年代末期出版的经典教材，但这恰恰是其权威性的体现。内容上，它没有像很多新出版物那样充斥着对新兴技术如CCS或先进储能的炒作，而是将火力发电的核心——热力循环的稳态与暂态分析——做到了极致的深入。我尤其欣赏作者在“控制系统”部分的处理方式。它没有停留在PID的初级介绍，而是直接切入了多变量解耦控制和先进的预测控制（MPC）在电厂负荷分配中的应用细节。那些涉及到状态空间模型、系统辨识的章节，虽然初期阅读难度较大，但一旦跨越那道坎，你会发现作者提供的分析框架几乎可以套用到任何大型复杂工业过程的控制设计中去。这本书的价值不在于教你如何使用某个商业仿真软件，而在于建立一套强大的、面向物理的、可迁移的系统思维模型，让你在面对任何未知故障或性能瓶颈时，都能有条不紊地进行诊断和优化。

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我发现这本书在处理“不确定性”和“非线性”问题上展现出了极高的水准。现代电厂，特别是那些需要频繁调峰的机组，其运行工况早已不是教科书上那个固定的额定点。这本书的高明之处在于，它没有试图用线性的方法去强行拟合所有工况，而是坦诚地展示了非线性模型构建的必要性，并详细阐述了如何在不同的运行区间内，采用分段线性化或引入专门的非线性补偿器来维持控制性能。特别是关于汽包水位控制的讲解，作者剖析了不同负荷下，蒸汽流量与出口水流速的耦合关系，并对比了传统PID、Smith预估器以及基于观测器的控制方案的优劣。这种对实际工程痛点直击要害的分析，让我意识到，很多现场的“怪现象”并非是设备故障，而是控制策略在特定工况下暴露出的固有缺陷。这本书帮助我建立起一种更具批判性的视角去审视现有的电厂控制架构，促使我们去思考如何设计一个真正能适应全工况的鲁棒系统。

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从一个习惯于使用商业软件进行建模的初级工程师角度来看，这本书的价值在于揭示了“黑箱”背后的“白盒”。市面上大多数仿真软件都提供了拖拽式的建模环境，用户只需连接模块即可运行，但深究其背后的控制逻辑或设备参数对结果的影响，往往会感到困惑。这本书则完全反其道而行之，它从最基本的能量守恒和质量守恒定律出发，引导读者亲手搭建起一个完整的、可解释的仿真框架。作者在介绍如何建立管道或换热器的模型时，对传热系数的取值、摩擦阻力的经验公式，以及如何处理边界条件等细节的探讨，细致到令人发指。这种自底向上的构建过程，不仅让你对模型的结果深信不疑，更培养了你在面对软件升级、库文件缺失等突发状况时，依然能够依靠基础原理进行快速修正和优化的能力。这本书不是关于“如何操作软件”，而是关于“如何理解并掌控你所仿真的物理系统”。

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这本书给我的最大感受是其无可挑剔的逻辑链条和无缝衔接的章节过渡。它不像很多技术书籍那样将控制理论和热力学知识割裂开来，而是将两者完美地融合在“仿真”这个大框架下。例如，在介绍如何建立一个精确的锅炉炉膛模型时，作者并未回避复杂的化学反应动力学和辐射传热计算，随后立刻衔接到如何利用这些模型来设计快速响应的燃料流量控制器。这种“理论-模型-控制”的闭环叙事方式非常高效。更重要的是，作者似乎非常清楚读者可能在哪些环节卡住，因此在关键的数学推导后，总是会穿插一些非常直观的工程化解释，这极大地降低了啃读高难度内容的门槛。读这本书的过程，更像是跟随一位经验丰富的总工程师在进行一次深度技术研讨会，而不是被动地接受知识灌输。对于准备进行毕业设计或者需要进行电厂机组性能提升项目的研究人员来说，这本书提供的不仅仅是公式，更是一套行之有效的、可复现的研究方法论。

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