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广阔的电力世界：从基础理论到前沿应用 本书旨在为读者构建一个全面、深入的电力系统知识图景，内容涵盖了从最基本的电磁理论到复杂现代电力电子技术的广泛领域。我们力求以严谨的科学态度和清晰的逻辑结构，系统性地阐述电力工程中的核心概念、关键技术以及未来的发展趋势。 第一部分：电力系统基石——电工理论与测量 本部分将读者带入电力科学的根基。首先，我们会详细回顾和深化电磁场理论，包括静电场、静磁场以及时变电磁场在工程中的实际表现。重点分析麦克斯韦方程组在不同介质和边界条件下的应用，为后续理解电气设备的运行原理打下坚实的基础。 随后，本书深入探讨电路理论。从欧姆定律、基尔霍夫定律出发，逐步构建交流电路（单相与三相）的分析框架。对相量法、频域分析、傅里叶级数在非正弦交流稳态分析中的应用进行详尽的讲解。特别关注非线性电路的特性及其求解方法，这对于理解现代电力电子设备至关重要。 在电气测量与仪表方面，我们将介绍各种电量（电压、电流、功率、频率、相位等）的测量原理和方法。详细剖析模拟测量仪表（如电磁式、静电式、电动式）和现代数字测量技术（如采样、量化、A/D转换）的工作机制。同时，深入讨论测量误差的来源、分析与校准技术，确保读者能够准确、可靠地获取系统数据。 第二部分：电气设备的核心——电机、变压器与电抗器 电力系统的核心在于能量的转换与传输设备。本部分专注于研究这些核心设备的工作原理、设计要素和运行特性。 变压器技术：我们将系统分析三相变压器的结构、联结组别、漏抗、短路阻抗的计算，以及它们对系统稳定性的影响。重点阐述分接开关（有载调压技术）的工作原理、保护方式，并深入讨论在电网中变压器并联运行的条件和均衡电流计算。 旋转电机理论：针对交流和直流电机，本书采取统一的旋转磁场理论进行阐述。对于异步电机，详细分析了其等效电路、转矩-转速特性、启动与制动方式。对于同步电机，重点讲解了其励磁系统、功角特性、并网运行的同步稳定问题。直流电机部分则着重于其电枢反应、换向原理及调速方案。此外，对永磁同步电机和开关磁阻电机等新型电机的结构和优势也有所介绍。 电抗器与补偿装置：讨论串联电抗器（用于限制短路电流和电压调整）和并联电抗器（用于吸收容性无功功率）的设计依据和接入方式。分析电力系统中的无功补偿原理，介绍传统的SVC（静止无功补偿器）以及动态无功补偿设备的基础结构。 第三部分：电力系统的运行、控制与安全 电力系统远非设备的简单堆砌，它是一个动态、复杂的有机整体。本部分聚焦于如何实现电力的可靠、经济和安全运行。 电力系统分析基础：这是理解大规模电网行为的关键。本书将详细阐述潮流计算（牛顿-拉夫逊法、快速耦合法等），这是确定系统电压和功率分布的基础。继而深入研究电压稳定性和功角稳定性，分析暂态稳定与超瞬态稳定的判据，以及如何通过励磁系统控制来提高系统动态裕度。 继电保护与自动装置：保护系统的设计是确保电网安全的最后一道防线。我们将讲解电流保护、电压保护、距离保护、差动保护等基本原理，并探讨微机保护技术的应用，包括傅里叶算法在故障识别中的应用。对重合闸、自动准同期和低频减载等自动装置的功能和逻辑进行详细说明。 电能质量（Power Quality）：随着非线性负载的增加，电能质量问题日益突出。本部分专门分析谐波的产生、传播及其对设备的危害，介绍滤波器的设计（如无源滤波器、有源滤波器）。同时，讨论电压暂降、瞬态过电压等问题的监测和治理技术。 第四部分：电力电子技术——现代电力系统的核心驱动力 电力电子技术是实现电能高效、灵活转换的基石，是现代电力系统不可或缺的一部分。 电力电子器件与基础电路：详细介绍晶闸管（Thyristor）、GTO、IGBT、MOSFET等关键功率半导体器件的单管特性、驱动电路和保护措施。在此基础上，系统分析不可控、半控、全控整流电路、斩波电路和逆变电路的基本工作模式、输出波形分析及控制方法。 先进变流技术：本书着重探讨PWM（脉宽调制）技术在逆变器中的应用，这是实现高质量交流输出的关键。深入研究矩阵变流器（Matrix Converter）和多电平变流器（如NPC、飞跨电容型）的拓扑结构、调制策略及其在电机驱动和柔性直流输电中的优势。 电力电子在电网中的应用：本部分将理论与工程实践紧密结合。详细介绍高压直流输电（HVDC）的技术选择（LCC与VSC-HVDC的对比），分析其在异步互联、长距离大容量输电中的优势。同时，探讨电力电子变流器在分布式能源并网（如光伏、风电并网逆变器）中的控制策略，特别是虚拟同步机（VSM）技术在增强电网惯量和阻尼方面的作用。 展望与前沿：智能电网与可持续发展 最后，本书将目光投向电力系统的未来——智能电网。我们将探讨量测体系（AMI）、配电自动化（DA）、需求侧管理（DSM）的核心概念。讨论能源互联网的架构，包括信息物理融合系统（CPPS）在电网中的应用，以及先进的优化调度方法（如基于强化学习的实时决策）。强调在能源转型背景下，如何通过技术创新实现电网的灵活性、弹性和可持续发展。 本书结构严谨，内容翔实，兼顾理论深度与工程实用性，适合电气工程及其自动化、能源动力工程等相关专业的学生、科研人员及在电力行业工作的工程师深入学习和参考。
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