电工学知识要点与习题解析

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出版者:哈尔滨工程大学出版社
作者:姚建红
出品人:
页数:508
译者:
出版时间:2005-7
价格:39.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787810737128
丛书系列:
图书标签:
  • 电工学
  • 电路分析
  • 电力系统
  • 电工基础
  • 理论与实践
  • 习题解析
  • 知识点
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  • 自学
  • 用电安全
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具体描述

跨越电气工程的基石:《现代电力系统分析与控制》 本书聚焦于电力系统的深入理解、先进分析方法以及未来发展趋势的控制策略,旨在为电气工程专业学生、科研人员及电力行业工程师提供一套全面、严谨且紧跟时代步伐的理论与实践指南。本书内容涵盖电力系统的核心理论框架、复杂运行工况下的动态分析、以及面向智能电网的高级控制技术,是构建现代电力系统知识体系不可或缺的参考书。 第一部分:电力系统基础理论的深化与扩展(第1章至第4章) 本部分旨在夯实读者对电力系统基本组件和运行原理的理解,同时引入更贴近实际工程应用的高级概念。 第1章:电力系统基础元件的精确建模 本章详细阐述了发电机、变压器、输电线路等关键电力设备的详细数学模型。重点讨论了在不同运行状态下(稳态、暂态、次暂态)的模型选择与参数辨识方法。我们不再停留在简单的标幺制应用,而是深入探讨了非线性磁化特性对系统分析的影响,并引入了高压直流输电(HVDC)系统中的关键换流器模型及其在交流系统中的耦合效应。特别是针对柔性直流(LCC-HVDC 和 VSC-HVDC)的建模差异进行了详尽的对比分析。 第2章:电力潮流计算的现代算法 电力潮流计算是系统规划与运行的基础。本章系统介绍了传统的牛顿-拉夫森法(Newton-Raphson)及其收敛性分析,并重点讲解了如何通过改进的雅可比矩阵处理大规模系统的计算效率问题。此外,书中引入了适用于含大量新能源接入系统的快速潮流算法,如修正的快速牛顿法(Fast Decoupled Load Flow)和基于优化理论的潮流解法,确保在计算复杂拓扑结构下的鲁棒性和速度。 第3章:电力系统对称分量法的高级应用 对称分量法是分析不对称故障的利器。本章不仅回顾了三相系统不对称故障的求解步骤,更侧重于其在实际故障诊断中的应用。详细分析了单相接地、两相短路等典型故障在不同中性点接地方式下的电流和电压分布。更进一步,书中探讨了在非对称潮流和大量串联补偿设备存在时,对称分量法的适用边界与修正方法,特别是对串联谐振现象的识别。 第4章:电力系统电压稳定性的理论基础 电压稳定性的分析是保障电网安全的关键。本章从能量函数理论的角度阐述了系统的极限与安全区域。详细分析了发电机无功特性、励磁系统、以及SVC/STATCOM 等无功补偿装置对电压稳定性的影响机制。书中提供了多种电压稳定裕度评估指标的计算流程,并着重讲解了基于PV曲线和QV曲线的电压安全限值判定方法。 第二部分:电力系统动态分析与暂态稳定(第5章至第8章) 本部分深入研究电力系统在受到扰动后的动态响应,特别是暂态稳定和频率稳定的机理与控制。 第5章:同步发电机的暂态模型与次暂态分析 本章详细解析了同步电机在三相短路等大扰动下的暂态过程。重点讲解了次暂态电抗($X''_d, X''_q$)的确定,以及用等效电路法和微分方程组求解暂态电压和电流的方法。书中包含大量关于转子初始状态对暂态过程影响的案例分析,并探讨了采用先进的详细模型(如带有附加阻尼绕组的二阶模型)进行更精确暂态模拟的重要性。 第6章:电力系统暂态稳定分析与控制 暂态稳定分析是电力系统继电保护和安全运行的基础。本章系统介绍了“切除法”、“能量函数法”和“首次交换功法”等经典方法。重点阐述了使用先进软件工具包(如PSASP, PSS/E等)进行时域仿真分析的流程与结果解读。针对提高暂态稳定性的措施,本章详述了发电机切除、快速励磁控制(PFGO)和动态制动系统的设计原理。 第7章:电力系统频率稳定与一次/二次调频 频率是衡量系统实时平衡的黄金指标。本章深入分析了功率失衡导致频率漂移的机理,详细阐述了一次调频(Governor Free Control)、二次调频(AGC/集控调频)的控制结构与参数整定。书中引入了考虑负荷有功功率频率特性(ZIP模型)对调频性能影响的分析方法,并对目前区域电力调度中调频资源(如快速储能系统)的有效利用进行了探讨。 第8章:电力系统振荡的机理与阻尼控制 低频振荡(0.1Hz至2.0Hz)是大型互联系统常见的威胁。本章详细分析了模式识别方法,包括奇异值分解(SVD)和模态分析技术。重点讲解了电力系统稳定器(PSS)的设计原理及其对不同振荡模式的阻尼作用。书中还对比了PSS、FACTS装置(如STATCOM)和HVDC系统在抑制系统振荡方面的协同控制策略。 第三部分:电力系统运行与控制的高级主题(第9章至第12章) 本部分聚焦于电力系统运行的优化、面向未来电网的高级技术应用,以及系统的可靠性评估。 第9章:电力系统经济调度与优化方法 经济调度是实现资源最优化配置的核心。本章从经典的单位最小化成本函数出发,推导了考虑传输线路约束的经济负荷分配(ELD)问题。随后,系统介绍了采用优化算法(如内点法、序列二次规划SQP)求解带约束的经济调度(Economic Dispatch)问题。同时,探讨了考虑爬坡率、启停成本和机组组合(Unit Commitment)的长期优化调度模型。 第10章:柔性交流输电系统(FACTS)的应用与控制 FACTS技术是现代电网提升灵活性的关键。本章详述了SVC、TCSC、STATCOM和UPFC等主要FACTS装置的工作原理、等效模型及其在系统稳定和潮流控制中的作用。重点解析了STATCOM的快速无功调节能力及其在电压稳定和振荡抑制中的集成控制方案设计。 第11章:电力系统可靠性评估与风险管理 可靠性是衡量电力系统服务质量的重要指标。本章系统介绍了基于状态(State-based)和基于元件(Component-based)的可靠性评估方法。详细讲解了概率指标(如LOLP、SAIDI、SAIFI)的计算流程,并引入了马尔可夫链模型用于分析电力系统的动态可靠性。书中还探讨了极端天气和网络攻击对系统可靠性评估带来的新挑战。 第12章:智能电网前沿技术与系统集成 本章展望电力系统的未来发展方向,重点讨论了分布式能源(DER)、储能系统(ESS)的接入对传统电网运行带来的冲击与机遇。详细介绍了微电网的并网与孤岛运行控制策略,以及基于先进传感器和通信技术的状态估计(State Estimation)方法在海量数据处理中的应用。最后,对需求侧管理(DSM)和虚拟同步发电机(VSG)技术在维持电网惯量和频率稳定方面的潜力进行了深入探讨。 --- 本书特点: 1. 理论深度与工程实践并重: 每章均提供详实的数学推导,并辅以丰富的实际工程案例和数据说明。 2. 覆盖现代电力系统关键技术: 不仅包含经典理论,更融入了FACTS、HVDC、智能电网控制等前沿内容。 3. 强调分析方法的可操作性: 侧重于介绍系统分析工具(如相量测量PMU的应用)和仿真软件的使用逻辑。 4. 严格的逻辑结构: 从基础元件建模到高级控制策略,内容层层递进,逻辑清晰,便于系统学习和参考。

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这本《电工学知识要点与习题解析》的封面设计得非常朴实,一看就知道是本专注于干货的实用型教材。我刚拿到手的时候,立刻被它清晰的章节划分和详尽的目录吸引住了。它似乎没有那种花里胡哨的理论推导,更注重将复杂的电学概念拆解成易于理解的小块,并通过大量的实例来巩固知识。我特别欣赏作者在讲解基础定律时,总能结合实际应用场景,比如讲解欧姆定律时,会立刻联系到家庭电路中的保险丝选择问题,这种“学以致用”的编排方式,让枯燥的公式变得生动起来。尤其值得称赞的是,书中的习题部分,简直就是一本实战演练手册。每道题目的解析都极其细致,不仅给出了最终答案,更重要的是,它会一步步地剖析解题思路和常见陷阱。对于我这种自学电工基础的初学者来说,它就像一位耐心的老师,总能在关键节点提供清晰的指引,避免了我在无数次尝试后仍一头雾水的困境。这种详尽到近乎手把手的解析,极大地增强了我对复杂电路分析的信心,让我感觉自己真的在知识的海洋里稳步前行,而不是在迷雾中乱撞。

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说实话,我购买这本书原本只是抱着试试看的心态,毕竟市面上的电工学书籍良莠不齐,很多都显得陈旧或过于学院派。然而,这本《电工学知识要点与习题解析》带给我的惊喜是多层次的。它最独特的地方在于,它似乎能读懂当代读者的学习习惯——我们既需要严谨的科学基础,也渴望高效的学习路径。书中所选取的习题,紧密围绕着现代电力系统和电子设备中的常见应用,例如对新型开关电源拓扑结构的分析题,这些内容比那些只停留在发电机和老式电机的经典习题要来得更有时代感。而且,习题的难度设置也是一个亮点,它从基础计算题开始,逐步过渡到需要综合运用多章知识的综合大题,这种“阶梯式”的难度爬升,让人在完成每一步挑战后都能获得实实在在的成就感,从而激发继续学习的动力。总而言之,这本书不像是冷冰冰的教科书,更像是一位经验丰富的工程师,倾囊相授其毕生所学,是真正想在电工领域打下坚实基础的人案头不可或缺的良师益友。

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这本书的价值,对于自学者而言,或许超过了许多昂贵的线上课程。它不是简单地罗列知识点,而是构建了一个完整的认知体系。我注意到,作者在每一章的开头都会有一个“本章目标”的概述,这就像一张导航图,让你在开始钻研细节之前,就能对本章将要解决的核心问题有一个宏观的把握。随后的内容展开,则是层层递进,从宏观到微观,从理论到实践。最让我受益匪浅的是那些针对常见错误分析的篇幅。例如,在讲解RLC串联谐振电路时,书中专门辟出一段来分析“为什么在谐振频率点,感抗和容抗互相抵消,但电路总阻抗仍不为零”这个经常让新手困惑的问题,并用清晰的相量图加以解释。这种“预判”读者的困惑并提前解答的做法,极大地提升了学习效率。它不仅告诉你“是什么”,更重要的是告诉你“为什么是这样”,这种深层次的剖析,是快速应试教育所难以提供的扎实基础。

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我发现这本书在对高阶电磁场理论的阐述上,采取了一种非常巧妙的渐进式策略。它没有一开始就抛出麦克斯韦方程组这些令人望而生畏的宏大叙事,而是通过对基本磁感应和电场强度概念的深入挖掘,逐步构建起整个电磁学的大厦。阅读过程中,我惊喜地发现作者非常注重图示的运用,那些精心绘制的矢量图和磁力线分布图,有效地弥补了纯文字描述可能带来的抽象感。有几处关于变压器工作原理和三相异步电动机启动过程的解析,配图的直观性甚至超越了我上大学时使用的某些专业教材。更让我感到贴心的是,书中穿插了一些“知识点拓展”的小栏目,这些地方通常会涉及一些工程实践中的小技巧或者历史背景,让学习过程不至于那么单调。比如,关于电感器绕线工艺对Q值影响的讨论,虽然不是考试重点,但对于真正想从事硬件设计的人来说,却是宝贵的经验之谈。这本书显然是为那些不仅想通过考试,更想真正掌握这门手艺的人准备的,它的深度和广度拿捏得恰到好处,让人在学习中保持高度的求知欲。

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这本书的排版和印刷质量,坦率地说,是我近几年读到的技术书籍里数一数二的。字体选择清晰易读,行距和段落间距都经过了精心设计,长时间阅读也不会感到视觉疲劳,这对于需要大量阅读公式和电路图的电工学内容来说至关重要。试想一下,如果一本书的印刷模糊不清,或者公式排版混乱,那简直是对读者智力和耐心的双重考验。然而,这本教材在这一点上做到了极致。特别是那些涉及到电路符号和元器件标识的部分,线条的粗细和黑白对比度都非常完美,即使在光线稍弱的环境下翻阅,也能准确无误地识别每一个细节。另外,书中对公式的引用格式也十分规范,变量下标和希腊字母的呈现都极其准确,这避免了在快速阅读时因混淆符号而导致的理解偏差。这种对细节的极致追求,体现了编者对知识传播严谨态度的尊重,让人在使用过程中感到非常舒心和专业。

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