具体描述
《电力电气一次部分》是应用型高等工科院校和高等职业技术教育电气工程及自动化、发电厂及电力系统、供用电技术、水电站动力设备与管理等电气工程类专业的一门主要骨干专业课程：是理论和实践并重的专业课。电力生产、输送和分配的所有环节中，都与电气设备及其理论知识息息相关。课程所教授的基本理论、基本知识和基本技能是毕业生从事电气一次方面运行、检修、管理、设计等相关工作所必备的专业知识。
电力电气一次部分：深入探索电力系统的核心与未来 本书并非探讨电力系统中的一次设备，而是聚焦于电力电子、智能电网、新能源并网、电力系统稳定性分析、高压直流输电（HVDC）控制策略、电力系统保护与继电保护的最新发展，以及能源互联网的前沿技术。 --- 绪论：电力系统的演进与新挑战 在现代工业和信息社会中，电力系统是国民经济的命脉。然而，随着可再生能源的大规模接入、分布式能源的兴起以及电力用户侧的智能化需求，传统的电力系统正面临前所未有的挑战。本书将目光投向电力系统运行、控制、优化和安全保障的深层次技术——即那些驱动现代电力系统转型升级的“二次”和“三次”核心技术。我们不再着眼于传统的一次设备（如变压器、断路器、母线等）的构造和运行机理，而是深入挖掘如何利用先进的信息、通信、控制和计算技术，实现电力的“智”造与高效传输。 第一部分：电力电子与电力变换技术前沿 本部分是理解现代电力系统灵活性的基础。我们探讨如何通过电力电子技术，实现对电能质量的精确控制和对电网潮流的灵活调度。 1.1 宽禁带半导体器件（WBG）在电力系统中的应用 本书详尽分析了碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等新型半导体材料在电力电子变换器中的优势，包括其高频率、高效率和高耐压特性。重点论述了这些器件如何赋能高频化、小型化和模块化的功率转换单元，特别是在柔性直流输电（LCC-HVDC vs. VSC-HVDC）和电能质量治理设备中的应用。我们深入探讨了基于这些器件的先进PWM调制策略及其对谐波抑制和动态响应速度的影响。 1.2 柔性直流输电（VSC-HVDC）的控制架构与技术瓶颈 与传统基于晶闸管的LCC-HVDC不同，VSC-HVDC是实现电网互联和异步系统连接的关键技术。本书详细解析了电压源换流器（VSC）的工作原理，包括其矢量控制方法、冗余设计以及黑启动能力。重点剖析了多端直流电网（Multi-terminal DC Grid）的潮流控制、故障穿越机制和直流断路器的有源阻尼技术，这些都是确保未来多能源互联网络稳定运行的核心。 第二部分：智能电网与高级量测基础设施 电力系统的智能化升级，依赖于先进的感知、通信和计算能力。本部分聚焦于如何利用大数据、物联网和实时监测技术，构建一个自感知、自适应的现代电网。 2.1 高级量测体系（AMI）与PMU技术 本书详细介绍了相量测量单元（PMU）的工作原理、同步精度要求及其在广域测量系统（WAMS）中的应用。我们不仅关注PMU采集的数据本身，更侧重于如何利用海量的实时同步相量数据进行电网拓扑识别、状态估计的鲁棒性增强，以及对低频振荡模式的在线监测和早期预警。 2.2 智能配电网与微电网的运行控制 分布式电源（DERs）的接入使得配电网从被动接收端转变为主动交互节点。我们系统性地介绍了分布式能源管理系统（DERMS）的功能架构，包括其对功率流的双向控制、电压支撑策略（如无功优化）以及孤岛模式下的自恢复控制逻辑。微电网的能量管理系统（EMS）的优化算法，如基于MPC（Model Predictive Control）的短期优化调度，是本章的重点内容。 第三部分：电力系统稳定性、分析与优化 电力系统运行的核心在于“稳”。随着新能源的波动性增加，传统基于同步发电机的稳定分析方法亟需更新。 3.1 新能源并网引起的暂态与功角稳定问题 风电和光伏的接入，降低了系统的惯量和阻尼。本书深入探讨了新型并网逆变器（Grid-following和Grid-forming）的动态特性对系统小扰动稳定性的影响。我们详细分析了如何应用先进的同步机模型等效方法来准确评估大规模电力电子设备对系统阻尼的削弱效应，并介绍了基于附加阻尼控制（Admittance Damping Control）的稳定增强技术。 3.2 电力系统状态估计与异常检测 稳健的状态估计是安全运行的基石。本章探讨了在数据缺失、存在恶意攻击（如数据篡改）或传感器故障情况下，如何利用卡尔曼滤波的扩展版本（EKF, UKF）或粒子滤波等方法，实现对系统状态的准确快速估计。同时，我们介绍了基于深度学习的异常潮流检测模型，用于识别潜在的系统故障或安全越限。 第四部分：电力系统保护与继电保护的智能化 传统的基于定值和时限的保护理念正向基于信息和逻辑的智能保护演进。 4.1 保护信息化的构建与应用 本书阐述了IEC 61850标准在变电站自动化中的核心作用，重点分析了其在GOOSE和SMV报文传输中的可靠性保障机制。我们探讨了如何利用这些高速、可靠的通信通道，实现跨间隔的保护逻辑协调、故障的快速隔离和保护的自检功能。 4.2 基于通信的保护（CPS）与故障穿越保护 随着线路阻抗变化（如大量串联柔性补偿装置），传统差动保护的定值整定变得困难。本章聚焦于基于通信的保护（CPS），特别是双端或多端保护算法，这些算法依赖于同步信息来重建故障点信息。此外，我们还详细分析了如何设计能够在新能源大规模渗透情况下，依然保证快速、准确动作的保护策略，避免因逆变器快速关断导致的二次故障。 第五部分：能源互联网与未来电网的集成技术 本书的最后部分将视角拓展到宏观的能源系统集成，关注电力、热力、燃气等多种能源载体的协同优化。 5.1 多能流耦合与协同优化 能源互联网的核心在于跨行业优化。我们探讨了如何利用多目标优化算法（如混合整数线性规划MILP）来协调电力系统与热力系统、储能系统的运行，实现整体能源利用效率的最大化。重点分析了电转热（P2G）和热转电（P2G）设备在电网削峰填谷中的作用。 5.2 储能技术在电网调频与调峰中的高级控制 电池储能系统的快速响应能力是支撑高比例可再生能源的关键。本书深入分析了先进的储能控制策略，包括其在毫秒级内参与系统惯量支撑、动态无功补偿和辅助服务市场中的优化配置与运行控制方法，而非仅仅作为能量的充放载工具。 --- 总结与展望 本书旨在为电力系统工程师、科研人员和高级管理人员提供一个全面、深入的技术视角，用以理解和应对当代电力系统面临的技术前沿挑战。我们相信，通过对电力电子、高级控制、智能感知和系统优化的深度挖掘，电力系统必将实现更高水平的安全、可靠与高效运行。本书内容聚焦于如何控制、感知、优化和保护电力系统的内在运行机制，而非对其物理载体本身进行描述。
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