Foundations of Electrical Engineering, 2nd Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:John R. Cogdell

出品人:

页数:944

译者:

出版时间:1995-10-27

价格:USD 131.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780130927019

丛书系列:

图书标签:

• Electrical Engineering
• Circuits
• Electronics
• Power Systems
• Signal Processing
• Control Systems
• Electromagnetics
• Engineering Mathematics
• Textbook
• Fundamentals

现代电力系统分析与设计：原理、建模与优化 作者： [虚构作者姓名，例如：张伟, 王芳] 出版社： [虚构出版社名称，例如：科学技术文献出版社] 版次： 第一版 --- 图书简介 《现代电力系统分析与设计：原理、建模与优化》是一本全面深入探讨当代电力系统复杂性、运行挑战与未来发展趋势的专业著作。本书旨在为电气工程、能源科学及相关领域的高年级本科生、研究生以及电力行业的工程师和研究人员提供一个坚实的理论基础和前沿的应用视角。 本书的核心目标在于超越传统的电力系统基础概念，重点聚焦于高度互联、依赖可再生能源、且需要实时智能控制的现代电网的分析、建模与优化技术。我们认识到，随着化石燃料发电的逐步退出和分布式能源（DERs）、储能系统（ESS）以及柔性直流输电（HVDC）的广泛集成，传统的电力系统稳态分析方法已不足以应对瞬态响应的复杂性、安全稳定性的新挑战以及市场机制的耦合。 全书结构清晰，内容逻辑严谨，分为四个主要部分，共计十五章，涵盖了从基础理论深化到前沿应用实践的完整知识体系。 --- 第一部分：现代电力系统基础与建模深化 (Advanced Fundamentals and Modeling) 本部分对传统电力系统分析的基石进行了重新审视，并引入了适应现代电网特点的高级建模技术。 第一章：电能流的拓扑与拓扑结构演变 本章首先回顾了交流与直流电力系统的基本潮流方程，但重点转向了具有复杂拓扑结构的现代电网。讨论了由分布式光伏、风电场接入点带来的双向潮流问题，并详细介绍了如何使用先进的矩阵代数方法处理非平面网络（如包含多馈入点的环网）的潮流求解，包括牛顿-拉夫逊法的收敛性分析在含高渗透率DERs场景下的改进策略。 第二章：同步发电机与无功支撑系统的高保真建模 超越经典的d-q轴暂态模型，本章深入探讨了永磁同步电机（PMSM）在电网中的动态行为，尤其是在电网发生故障时的暂态稳定问题。重点分析了虚拟同步机（VSM）技术的原理、控制结构及其对电网惯量和阻尼的贡献。同时，对高压静态无功补偿器（SVC）和统一潮流控制器（UPFC）的详细状态空间模型进行了推导，强调了它们在支撑电网电压稳定中的作用。 第三章：柔性交流输电系统（FACTS）与直流输电（HVDC）的集成分析 本章集中讨论了现代电网中实现功率传输灵活性的关键技术。对不同类型的串联/并联补偿装置的动态特性进行了对比分析。随后，详细介绍了多电平变流器（MLC）在HVDC系统中的工作原理，特别是MMC-HVDC的环流抑制、直流潮流控制以及与交流电网的稳定耦合机制。本章的重点在于如何将FACTS和HVDC作为一个整体系统进行稳定性分析，而非孤立器件。 --- 第二部分：电力系统的暂态稳定与动态安全分析 (Transient Stability and Dynamic Security Assessment) 本部分是本书的核心，专注于在快速变化的电网环境下，确保系统不发生失稳（如失步、电压崩溃）的理论与工具。 第四章：次同步振荡（SSO）与超同步振荡（STOs）的机理与抑制 随着风力发电接入电网以及串联补偿装置的应用，次同步振荡已成为影响长距离输电系统安全的重要因素。本章从频率响应和特征方程分析的角度，深入剖析了SSO的产生机理，包括发电机与补偿器之间的相互作用。随后，介绍了先进的阻尼控制技术和滤波设计方法来有效抑制这些低频振荡。 第五章：电压稳定性的能量函数方法与边界预测 针对电力系统由负荷特性变化（如马达启动、大功率负载切除）导致的电压崩溃问题，本章介绍了基于奇异性理论的电压稳定分析方法。详细阐述了“切线平面法”和“等面积准则”的推广应用。重点在于如何利用能量函数（Potential Energy Boundary Surface, PEBS）来精确预测系统的“最坏情况”运行边界，从而指导安全裕度控制。 第六章：广域测量系统（WAMS）与同步相量技术（PMU） 现代暂态稳定分析依赖于高精度、高时间同步的量测数据。本章详细介绍了PMU的工作原理、数据处理流程及其在实时动态安全评估中的应用。通过构建基于PMU数据的状态估计（Phasor-Based State Estimation）模型，展示了如何实现对系统暂态过程的精确跟踪和预警，超越传统SCADA系统的延迟限制。 --- 第三部分：可再生能源接入与电网规划优化 (Renewable Integration and Grid Planning Optimization) 本部分关注电力系统向低碳、高比例可再生能源转型的工程挑战，特别是规划、调度与经济性的耦合优化。 第七章：间歇性电源（风能与太阳能）的随机性建模 传统确定性模型无法准确描述风能和光伏的随机性。本章引入概率论和随机过程理论，使用Weibull分布、Beta分布等对风速和辐照度进行建模。重点在于如何将这些随机性量化，并将其融入到长期规划和中期运行储备的确定中，包括滚动预测与场景生成方法。 第八章：储能系统（ESS）的优化调度与容量规划 储能是未来电网的核心组成部分。本章详细分析了不同类型的储能技术（如锂离子电池、抽水蓄能）的物理特性和充放电限制。针对其“循环寿命”和“能量密度”的权衡，提出了基于混合整数线性规划（MILP）的短期最优充放电调度模型，以及考虑全生命周期成本的容量规划模型。 第九章：配电系统的高渗透率DERs规划与潮流重构 本章将视角下沉到配电网层面。随着大量分布式电源接入，配电网的双向潮流、电压越限和保护协调问题日益突出。讨论了先进的拓扑重构技术、无功优化方法，以及如何利用配电系统自动化（DA）技术实现对局部微电网的隔离与控制。 --- 第四部分：智能电网与运行优化前沿 (Smart Grid Operations and Frontier Optimization) 本部分探讨了信息技术与电力系统深度融合的前沿领域，特别是面向实时控制和多目标优化的新范式。 第十章：基于模型的预测控制（MPC）在系统运行中的应用 MPC是实现电网实时优化的强大工具。本章详细介绍了MPC的控制结构、滚动时域优化（Rolling Horizon Optimization）的实现步骤。重点展示了如何将发电机出力、储能充放电以及需求侧响应（DSM）等约束集成到一个统一的、可实时求解的优化框架中，以最小化运行成本和碳排放。 第十一章：网络流优化与经济调度（Economic Dispatch）的进化 超越传统的基尔霍夫定律和线性规划，本章深入探讨了在考虑网络阻塞、多市场机制下的非线性经济调度问题。引入了基于拉格朗日松弛法和启发式算法（如遗传算法、粒子群优化）来求解大规模、高维度的最优潮流与经济调度的耦合问题。 第十二章：电力系统网络安全与抗毁性设计 随着网络攻击对关键基础设施威胁的增加，本章专注于电力系统的网络弹性。讨论了针对拓扑攻击（如关键节点/线路的恶意切除）和信息流攻击的鲁棒性指标。介绍了基于图论的敏感度分析，以及在故障发生后如何快速隔离故障区域、利用自愈合算法恢复供电的服务连续性设计。 第十三章：多能源耦合系统的协同优化（Power-to-X） 现代能源系统不再孤立。本章探讨了电力系统与热力系统（供热/制冷）、天然气系统之间的耦合关系。重点分析了“电力转化学能/燃料”（P2X）技术（如电解水制氢）在系统平衡中的潜力，并构建了多物理场耦合系统的整体优化模型。 --- 总结 《现代电力系统分析与设计：原理、建模与优化》避免了对基础电路理论的冗余阐述，直接切入当前电力工程领域面临的最复杂和最紧迫的问题。书中配有大量的工程案例分析和实际数据模拟结果，旨在培养读者将抽象的数学模型转化为解决实际工程挑战的能力。本书不仅是理论学习的参考书，更是电力系统设计工程师和研究人员在数字化、低碳化转型浪潮中不可或缺的实践指南。

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我对这本书的习题设计给予高度评价，这简直是一本“会说话”的习题集。很多教材的习题无非是简单的数值代入，但《Foundations of Electrical Engineering, 2nd Edition》的习题显然经过精心设计，它们的目的性极强。基础部分的问题，主要是用来巩固概念，检查对基本定律的理解是否到位，答案清晰，解题步骤详尽，即使自己独立思考受阻，翻阅解答也能立刻明白“我漏掉了哪个关键假设”。更高级的习题则开始引入参数变化、故障分析等情景模拟，要求读者不只是套公式，而是要对电路行为进行预测和判断。我发现，很多习题是带有“陷阱”或“误区”的，它会故意设置一些看起来很绕的电路结构，迫使你必须回到最初的定义去思考。通过解决这些挑战性的问题，我的电路直觉得到了极大的锻炼。此外，这本书在提供官方解答时，并没有完全采用标准的代数推导，而是常常辅以图形化的解释，比如用相量图来展示电压和电流之间的相位关系，或者用波形图来展示瞬态过程的变化趋势。这种多维度、多角度的习题训练，使得对知识的掌握更加牢固和立体。

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从整体的阅读体验来看，这本书的“可读性”是其最大的亮点之一，它成功地将原本枯燥的工程学科变得引人入胜。作者的叙事风格非常平易近人，用词准确但不晦涩，避免了大量不必要的学术术语堆砌，保证了文本的流畅性。我发现自己很少需要频繁地查阅专业词典，大部分专业术语都在第一次出现时就通过清晰的定义或上下文得到了很好的解释。此外，插图和图表的质量是教科书的灵魂，而这本书在这方面堪称典范。无论是电路图、波形图还是物理模型的示意图，都采用了高质量的矢量图形，线条清晰，标识明确，完全没有那种粗糙的印刷感。很多概念图的设计简直是艺术品，它们不是简单地复制电路原理图，而是用视觉化的方式提炼了核心思想。比如，在讲解磁场对载流导线的作用力时，那个三维示意图清晰地展示了右手定则的应用，让人一眼就能掌握方向性的判断。这种对细节和美学的坚持，极大地提升了学习的愉悦感，让我愿意花费更多时间沉浸其中，而不是仅仅把它当作一本参考手册来应付差事。这本书的装帧和纸张质量也属上乘，拿在手里有分量感，非常适合需要长期翻阅和标注的学习者。

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作为一本“第二版”，这本书的修订工作显然是下了大功夫的，它非常紧密地贴合了当代工程教育的需求。我注意到，与旧版相比，新版在数字化和现代测试方法方面的内容有所加强。例如，在讲解传感器和信号采集的部分，作者引入了A/D转换的基本概念，并讨论了采样定理对数字处理的重要性，这在老教材中是比较少见的。此外，书中关于仿真工具的使用建议也十分到位，它引导读者使用如SPICE或MATLAB这样的行业标准软件来验证手算结果，这无疑是极大的进步。这种与时俱进的特点，让这本书不仅是学习原理的载体，更成为了一个连接学术与工业实践的指南。我尤其欣赏作者在每个章节末尾设置的“工程应用案例分析”栏目，这些案例往往聚焦于实际电力系统中的常见问题，比如变压器漏磁对电压调整率的影响，或者电机启动时的浪涌电流问题。这些案例的分析深度适中，既不会让初学者感到无从下手，又能让有一定基础的人从中挖掘出更多实践经验。总而言之，它是一本具备前瞻性的基础教材，确保了读者学到的知识不会很快过时。

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这本《Foundations of Electrical Engineering, 2nd Edition》的教材简直是为初学者量身打造的宝典。我记得我刚接触电路理论的时候，那些复杂的公式和抽象的概念简直让我望而生畏，感觉就像在看天书。但是，这本书的编排方式非常巧妙，它没有一上来就抛出那些吓人的高等数学公式，而是从最基础的电荷、电流这些概念讲起，循序渐进，步步为营。作者似乎非常懂得初学者的心理，每一个新的知识点都会配上大量清晰、贴近生活的例子，让你能立刻明白这个理论在实际中是如何应用的。比如，在讲解欧姆定律时，它不是干巴巴地给出$V=IR$，而是会用一个水管的类比来解释电压、电流和电阻的关系，这一下子就把抽象的概念具象化了。我对它处理“节点分析”和“网格分析”那几章印象尤其深刻，作者用了非常详尽的步骤拆解，每一步的逻辑都推导得非常清晰，甚至连最容易出错的符号问题都做了特别的标注和提醒。读完这一部分，我感觉自己对KCL和KVL的掌握程度一下子提升了一个台阶，再看习题库里的那些复杂电路图，心里就有底多了。这种注重理解而非死记硬背的教学方法，极大地培养了我对电气工程这门学科的兴趣，而不是单纯应付考试。这本书的排版也很舒服，图文比例恰到好处，使得长时间阅读也不会感到视觉疲劳。

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坦白说，这本书的深度和广度让我这个有点经验的工程师都感到惊喜。我通常认为“基础”类的教材，在深入探讨某些高级主题时会显得力不从心，但《Foundations of Electrical Engineering, 2nd Edition》在这方面做得非常到位。它对瞬态响应和交流稳态分析的处理方式，绝对超越了一般入门书籍的水准。特别是在讨论RLC电路的三种响应（过阻尼、临界阻尼、欠阻尼）时，作者没有停留在求解微分方程本身，而是深入剖析了每种响应对系统稳定性和性能的影响，这一点对于系统设计者来说至关重要。书中引入的拉普拉斯变换工具，介绍得非常实用，它不仅仅是一个数学工具的展示，更是一种思维方式的转变，教会我们如何更优雅地处理时域的微分方程。更让我称赞的是，它对三相系统的阐述，非常细致。从星形连接到三角形连接的转换，从功率的计算到平衡与不平衡负载的处理，逻辑层次分明，图示丰富，即便是初次接触电力系统的读者也能迅速掌握核心原理。这本书的价值在于，它成功架起了理论基础与实际工程应用之间的桥梁，让你在学习基础知识的同时，就已经在为未来的专业学习和工作打下坚实的根基。

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