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《电网规划与运行优化》 内容简介 本书深入探讨现代电力系统规划与运行中的核心理论、先进方法与实际应用。在能源转型加速、可再生能源大规模并网的背景下，电力系统正经历着前所未有的复杂性和不确定性。本书旨在为电力系统工程师、研究人员以及高年级本科生和研究生提供一套全面、系统的知识框架，以应对这些挑战，确保电网的安全、可靠、经济和可持续运行。 第一部分：电力系统基础与建模的深化 本部分首先回顾了经典电力系统分析的基础，但重点放在了对现代系统特性的精确建模。 第一章：电力系统状态与潮流分析的现代视角 本章超越了传统的牛顿-拉夫逊（Newton-Raphson）方法，详细介绍了基于修正牛顿法（Fast Decoupled Load Flow）在大型互联系统中的应用优势。重点阐述了如何将具有复杂非线性特性的分布式能源（DERs）和柔性直流输电（HVDC）纳入潮流计算模型。内容涵盖了基于拓扑结构的潮流计算（如分层潮流计算），以及在存在大量变动负荷和随机发电情况下的概率性潮流分析方法。此外，还探讨了在电网规划阶段，如何利用先进的数值优化算法（如内点法）来求解大规模直流潮流问题，为系统扩展提供精确的基础数据。 第二章：暂态稳定性的多尺度分析 稳定分析是电力系统安全运行的基石。本章侧重于超越经典的等面积准则（Equal Area Criterion），深入研究了同步发电机组并网、风力发电机组（特别是直驱式和双馈式）对系统惯量的影响。详细介绍了功角稳定性的实时监测技术，包括基于同步量测量（PMUs）的广域监测系统（WAMS）数据处理方法。内容还包括对弱同步系统（Weak Grids）暂态特性的分析，以及如何利用先进的等效化技术来处理包含大量变流器连接设备（CVCs）的复杂系统，从而提高暂态仿真效率和精度。 第三部分：规划与扩展的优化理论 本部分聚焦于如何利用数学优化工具指导电网的长期和中期规划决策，特别是针对网络拓扑的优化问题。 第三章：最优潮流（OPF）与经济调度 最优潮流是实现经济运行的关键。本书系统梳理了经典OPF的数学形式，并着重介绍了为应对大规模新能源接入而发展的鲁棒最优潮流（Robust OPF）和随机最优潮流（Stochastic OPF）。详细分析了OPF求解器（如Pulp, Gurobi）的实际应用，并探讨了如何将潮流约束、电压稳定约束以及网络损耗最小化目标有机结合。对于包含储能系统（ESS）和需求侧响应（DR）的场景，本章提供了多时间尺度下的协调优化模型，旨在平衡短期运行经济性与长期资产效益。 第四章：电力系统规划中的网络拓扑优化 本章探讨了电网的选址、选线和容量配置问题。内容涵盖了网络拓扑优化（Network Topology Optimization）的先进技术，包括基于遗传算法、粒子群优化等启发式算法的输电线路和变电站选址方案评估。特别关注了应对气候变化和极端天气影响下的韧性规划问题（Resilience Planning），引入了基于场景的规划模型，以量化和最小化潜在故障后的系统恢复成本和停电损失。 第三部分：先进控制与运行技术 随着直流技术和电力电子设备的普及，传统的基于交流同步机的控制理念需要更新。本部分侧重于现代电网的动态控制与先进运行策略。 第五章：电力电子设备对系统动态特性的影响与控制 本章深入分析了并网逆变器（Grid-Following Inverters, GFLs）和先进的电网形成逆变器（Grid-Forming Inverters, GFLs）在电网中的作用。详细解析了并网点的阻尼特性分析、次同步振荡的产生机制及其抑制方法。内容包括先进的虚拟同步机（VSM）技术及其在增强系统惯量和阻尼方面的应用，以及如何设计高带宽、高鲁棒性的电流和电压控制环路，以满足电网对快速动态响应的需求。 第六章：基于数据驱动的运行与维护 大数据和人工智能技术正在重塑电网的运行模式。本章探讨了如何利用海量的传感器数据（PMU、AMI）进行故障诊断和预测性维护。详细介绍了基于深度学习的负荷预测模型（如LSTM、Transformer结构）在短期和超短期负荷预测中的精度提升。此外，还涵盖了利用模式识别技术对系统中的慢速阻尼振荡或电压崩溃前兆进行早期预警的方法，从而实现从被动故障处理向主动风险管控的转变。 第七章：柔性直流输电（HVDC）在系统互联中的应用 本章详细分析了多端直流（MTDC）系统在互联区域电力交易、功率传输以及黑启动中的关键技术。重点讨论了MTDC系统中的功率潮流控制、故障隔离与保护策略。内容还包括如何利用VSC-HVDC系统对交流系统进行快速、精确的无功功率支撑，以提高接入点附近的电压稳定性，并实现区域间的功率灵活调度，为大规模跨区域能源互济提供技术支撑。 总结 本书力求理论深度与工程实践的紧密结合，通过大量的案例分析和算法推导，为读者提供理解和驾驭未来复杂电网的必备工具。它不仅仅是一本关于电力系统分析的教科书，更是一部面向能源转型时代，聚焦于系统韧性、效率提升与智能运行的综合性技术参考手册。
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