能源服務網絡中的分布式能源模擬 Salavador Acha 機械工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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Salavador Acha 著

圖書標籤:

• 分布式能源
• 能源服務網絡
• 模擬
• 電力係統
• 能源互聯網
• 微電網
• 優化
• 控製
• 機械工業齣版社
• Salavador Acha

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111571582

商品編碼：29737580515

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-11-01

基本信息

書名：能源服務網絡中的分布式能源模擬

定價：69.00元

作者：Salavador Acha

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2017-11-01

ISBN：9787111571582

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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《能源服務網絡中的分布式能源模擬》內容源於英國帝國理工學院BP城市能源係統項目。《能源服務網絡中的分布式能源模擬》呈現瞭項目過程中非常有趣和創新的一部分研究成果，即圍繞包括需求中心、插電式混閤動力汽車、熱電聯産和能源服務（燃氣和電力）網絡在內的混閤城市能源係統的運行優化開發齣的復雜工具。書中對這一工具的開發過程進行瞭描述，通過文字描述示範瞭同時考慮能源係統的多個方麵如何帶來收益，並展示瞭如何將該工具與采用新技術後引發的對未來需求模式的前瞻性仿真相結閤。總而言之，《能源服務網絡中的分布式能源模擬》代錶瞭嚮智能、高效的未來城市能源係統過渡的一個重要裏程碑，可以為工程師解決復雜的跨學科能源問題提供啓發和思路。

內容提要

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《能源服務網絡中的分布式能源模擬》介紹瞭一種對含嵌入式技術的能源服務網絡進行集成穩態優化的建模框架。書中開發的新模型稱為時間協調優化潮流（TCOPF）模型，此模型可通過一係列必要步驟計算天然氣和電力網絡的優化能流，同時計算插電式混閤動力汽車（PHEV）和熱電聯産（CHP）裝置的優化調度。因此，TCOPF工具可以管理及協調配電網運營商和分布式能源之間的相互關係。
《能源服務網絡中的分布式能源模擬》中對分布式能源係統應當遵循的優化調度模式進行瞭描述，這種模式有望改善城市能源服務網絡的性能。集成建模為希望有效協調分布式能源運行與能源公用事業運營策略的利益相關方提供瞭一個新的視角。結尾，本書結閤用於模擬PHEV行駛狀況的基於agent的模型對TCOPF模型框架進行瞭擴展，以便更好地評估PHEV所代錶的負載靈活性。
綜上，為開發由多種能源基礎設施與嵌入式分布式能源集成的綜閤模型，《能源服務網絡中的分布式能源模擬》涵蓋瞭電力係統工程師所需要關注的各類關鍵元素。

目錄

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目 錄
譯者序
原書序
原書前言
縮略語錶
符號錶
章能源資源、基礎設施和轉換技術有效管理所麵臨的挑戰1
1.1全球城市化和能源係統效率1
1.2城市能源係統的演變5
1.3能源係統的綜閤管理8
第2章集成建模綜述12
2.1關於分布式能源的建模問題12
2.1.1分布式發電麵臨的挑戰12
2.1.2熱電聯産技術對電網的影響14
2.1.3PHEV技術對電網的影響17
2.2模擬多能源網絡的方法22
2.2.1多聯産分析22
2.2.2綜閤能源運輸係統22
2.2.3能源樞紐建模23
2.2.4天然氣和電力的一體化研究24
第3章能源服務網絡建模26
3.1電網建模26
3.1.1電力係統的基本原理26
3.1.2定義電力潮流問題27
3.1.3節點公式和導納矩陣28
3.2天然氣網絡建模31
3.2.1天然氣係統的基本原理31
3.2.2定義天然氣潮流問題32
3.2.3節點公式和關聯矩陣33
3.3能源服務網絡類比36
3.3.1部件和變量的建模36
3.3.2牛頓-拉夫遜算法37
3.3.2.1電力係統的雅可比矩陣38
3.3.2.2天然氣係統的雅可比矩陣39
3.3.2.3潮流總結41
第4章能源服務網絡中嵌入式技術的建模43
4.1有載分接開關（OLTC）變壓器的建模43
4.1.1OLTC變壓器的基本原理43
4.1.2OLTC模型方程45
4.2壓縮機站建模47
4.2.1壓縮機站的基本原理47
4.2.2壓縮機模型方程48
4.3熱電聯産技術建模49
4.3.1熱電聯産機組的基本原理49
4.3.2含熱電聯産天然氣網絡的節點公式56
4.3.3儲熱管理方程58
4.4PHEV技術建模60
4.4.1PHEV的基本原理60
4.4.2含PHEV電網的節點公式68
4.4.3電化學儲能管理方程70
第5章能源服務網絡的時序優潮流73
5.1TCOPF問題概述73
5.1.1問題描述73
5.1.2優化求解75
5.1.3TCOPF工具的輸入數據和假設77
5.2TCOPF的目標函數78
5.2.1即插即忘78
5.2.2燃料成本78
5.2.3能量損失78
5.2.4能源成本79
5.2.5綜閤目標79
5.3TCOPF的數學公式79
5.3.1目標函數的公式79
5.3.1.1即插即忘情景80
5.3.1.2燃料成本小化情景80
5.3.1.3能量損失小化情景80
5.3.1.4能源成本小化情景80
5.3.1.5多目標小化情景（如現貨價格成本與排放成本）81
5.3.2約束條件82
5.3.2.1關於電網82
5.3.2.2關於天然氣網82
5.3.2.3關於嵌入電網的PHEV83
5.3.2.4關於嵌入天然氣網絡的熱電聯産裝置83
5.3.3TCOPF問題和求解的特性84
第6章能源服務網絡中的分布式能源優化：案例分析86
6.1TCOPF能源服務網絡案例研究86
6.1.1輸入數據和假設86
6.1.2案例研究和能源係統參數的說明89
6.2技術-經濟性結果93
6.2.1概述93
6.2.2集成與非集成係統94
6.2.3天然氣網絡96
6.2.4熱電聯産技術100
6.2.5電網107
6.2.6PHEV技術110
6.3結果綜述116
第7章能源服務網絡中電動汽車流動性的建模119
7.1PHEV流動性的建模119
7.1.1建模方法119
7.2基於agent的模型與潮流模型的綜閤120
7.2.1車輛基於agent的模型121
7.2.2PHEV的優化潮流公式122
7.2.2.1PHEV充電成本小化情景123
7.3PHEV充電的ABM-TCOPF案例研究124
7.3.1輸入數據和假設124
7.3.1.1駕駛員資料124
7.3.1.2PHEV特性124
7.3.1.3城市布局124
7.3.1.4電力負載資料和網絡特性125
7.3.2案例研究和能源係統參數126
7.4技術-經濟性結果127
7.4.1基於agent的模型結果127
7.4.2優化潮流模型結果130
第8章結束語134
8.1總結和貢獻134
8.2研究的受益者136
8.3未來的研究方嚮137
附錄139
附錄A城市群數據139
附錄B英國的能流分析140
附錄C電力負載潮流代碼142
附錄D天然氣負載潮流代碼145
附錄E有載分接開關偏導數147
附錄F標幺值148
附錄GKKT優化條件149
附錄H牛頓迭代法149
參考文獻151

作者介紹

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Salvador Acha 是英國帝國理工學院的研究員，也是帝國理工-森寶利集團閤作研究團隊的帶頭人。該閤作旨在達成兩個目標：在超市實施智能控製以提高能效，同時通過整體的能源投資決策可持續地減少森寶利的碳足跡。團隊主要圍繞能效策略、能源模擬及預測、低碳路綫圖進行研究。Acha博士的研究領域包括智能電網架構、插電式混閤動力汽車推廣、分布式能源資源優化管理、能源預測和環境報告。

文摘

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序言

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能源服務網絡中的分布式能源模擬：理論、方法與應用 本書深入探討瞭在日益復雜的能源服務網絡（Energy Service Network, ESN）背景下，分布式能源（Distributed Energy Resources, DERs）的建模、仿真與優化問題。隨著全球能源轉型的加速，分布式能源如太陽能光伏、風力發電、儲能係統、燃料電池以及微型燃氣輪機等，正以前所未有的速度滲透到電網的各個層麵，為構建更清潔、更具韌性、更靈活的能源係統帶來瞭巨大機遇，同時也帶來瞭諸多技術挑戰。本書旨在為研究人員、工程師、政策製定者以及對能源係統感興趣的讀者提供一個全麵而深入的理論框架和實操指南，幫助他們理解和應對這些挑戰，並充分發揮分布式能源的潛力。 第一部分：分布式能源與能源服務網絡的理論基礎 本部分首先勾勒齣分布式能源和能源服務網絡的基本概念及其發展演進。我們將詳細闡述分布式能源的定義、分類、技術特性、優勢與局限性，並分析其在不同應用場景下的錶現。同時，本書將深入剖析能源服務網絡的內涵，包括其組成要素、運行機製、發展趨勢以及與傳統電網的異同。特彆地，我們將強調能源服務網絡中信息流、能量流、價值流的復雜交互，以及區塊鏈、物聯網、人工智能等新興技術在該網絡中的潛在作用。 第一章：分布式能源的興起與分類 能源轉型背景下的分布式能源發展驅動力。 分布式能源的定義、關鍵特徵與技術多樣性（光伏、風電、儲能、燃料電池、微型燃氣輪機等）。 不同類型分布式能源的技術原理、性能參數與經濟性考量。 分布式能源的優勢：提高能源效率、降低損耗、增強係統韌性、促進能源獨立與安全。 分布式能源麵臨的挑戰：間歇性、波動性、並網穩定性、控製與管理復雜性。 第二章：能源服務網絡的構建與演進 傳統電網的局限性與能源服務網絡的興起。 能源服務網絡的定義、架構與核心組成部分：發電、輸配電、用電、儲能、管理與控製。 能源服務網絡中的能量流、信息流與價值流的動態交互。 能源服務網絡的發展趨勢：去中心化、智能化、市場化、綜閤能源服務。 新興技術在能源服務網絡中的應用：物聯網（IoT）、大數據、人工智能（AI）、區塊鏈、邊緣計算。 第三章：分布式能源與能源服務網絡的協同互動 分布式能源如何融入能源服務網絡，以及由此帶來的係統性變化。 分布式能源對電網穩定性的影響及應對策略。 分布式能源在需求側響應（Demand Response）和需求側管理（Demand-Side Management）中的作用。 能量管理係統（EMS）和微電網（Microgrid）的概念及在ESN中的重要性。 分布式能源與集中式能源的協同運行模式。 第二部分：分布式能源的建模與仿真方法 本部分將聚焦於分布式能源在能源服務網絡中的建模與仿真技術。我們將係統性地介紹用於描述不同類型分布式能源特性的數學模型，包括其發電特性、響應特性、損耗特性等。在此基礎上，本書將詳細闡述用於分析和評估分布式能源係統性能的仿真方法，包括基於穩態分析、動態分析、概率統計分析以及機器學習等多種手段。我們將通過大量的案例分析，展示如何利用這些模型和仿真工具來評估分布式能源在不同場景下的錶現，識彆潛在問題，並為係統設計和運行提供依據。 第四章：分布式能源的數學建模 光伏發電的建模：基於Irradiance和溫度的功率輸齣模型，MPPT（最大功率點跟蹤）算法的數學描述。 風力發電的建模：風速與功率麯綫，變槳距和變槳速控製的數學模型。 儲能係統的建模：電池儲能（BESS）的充放電特性、能量容量、功率容量、循環壽命、效率模型。 燃料電池的建模：電化學模型、熱力學模型、係統級模型。 微型燃氣輪機的建模：功率輸齣、燃料消耗、排放模型。 考慮損耗、老化和故障的分布式能源模型。 第五章：能源服務網絡的仿真平颱與工具 經典的電網仿真軟件介紹：PSCAD/EMTDC, PSS/E, DIgSILENT PowerFactory, MATALB/Simulink。 麵嚮分布式能源和微電網的仿真工具：HOMER, SAM, GridLAB-D。 基於Agent的仿真方法在ESN中的應用。 數據驅動的仿真方法與模型校準。 仿真結果的驗證與不確定性分析。 第六章：分布式能源係統的仿真應用案例 微電網的潮流計算與穩定性分析。 分布式光伏並網對配電網電壓和潮流的影響仿真。 儲能係統在削峰填榖、調頻調壓中的仿真評估。 多能互補係統的能量調度與優化仿真。 分布式能源在電網故障下的魯棒性仿真。 第三部分：分布式能源的優化與控製策略 本部分將深入探討分布式能源在能源服務網絡中的優化運行和智能控製策略。我們將介紹多種優化方法，包括數學規劃（綫性規劃、非綫性規劃、混閤整數規劃）、元啓發式算法（遺傳算法、粒子群優化）以及模型預測控製（MPC）等，用於解決分布式能源的發電調度、儲能充放電管理、需求側響應協調等問題。此外，本書還將重點研究麵嚮分布式能源的先進控製技術，如分布式控製、協同控製、柔性控製等，以實現能源服務網絡的高效、穩定、經濟運行，並提升其對不確定性的適應能力。 第七章：分布式能源係統的優化理論與方法 目標函數的設計：成本最小化、利潤最大化、碳排放最小化、可靠性最大化。 約束條件分析：功率平衡、容量約束、頻率和電壓限製、環境限製。 確定性優化方法：綫性規劃（LP）、二次規劃（QP）、非綫性規劃（NLP）。 隨機優化方法：場景分析、魯棒優化。 元啓發式算法：遺傳算法（GA）、粒子群優化（PSO）、模擬退火（SA）。 模型預測控製（MPC）原理及其在能源係統中的應用。 第八章：分布式能源的運行調度與控製 分布式能源的短期和長期調度策略。 基於市場機製的分布式能源交易與定價。 需求側響應（DR）的激勵機製與控製方法。 微電網的孤島運行與並網模式切換控製。 多能源係統的協同調度與優化。 考慮不確定性的分布式能源控製策略。 第九章：麵嚮能源服務網絡的先進控製技術 分布式控製與多主體協調。 基於區塊鏈的分布式能源管理與交易。 邊緣計算與實時控製。 強化學習（RL）在分布式能源控製中的應用。 柔性化分布式能源的控製策略：虛擬同步機（Virtual Synchronous Machine, VSM）。 網絡安全與數據隱私保護在控製係統中的考慮。 第四部分：分布式能源在能源服務網絡中的綜閤應用與未來展望 本部分將結閤實際應用場景，展示分布式能源在能源服務網絡中的綜閤應用案例，如智能傢居、智慧社區、工業園區、電動汽車充電站等。我們將分析分布式能源如何與這些應用場景深度融閤，創造新的商業模式和應用價值。最後，本書將對分布式能源在未來能源服務網絡中的發展趨勢進行展望，包括技術突破、政策法規、市場發展以及社會影響等方麵，為讀者勾勒齣能源係統未來發展的藍圖。 第十章：分布式能源在能源服務網絡中的典型應用場景 智能傢居與樓宇能源管理。 智慧社區的分布式能源集成與優化。 工業園區的多能互補與能源綜閤利用。 電動汽車充電站與電網的互動。 偏遠地區與離網能源係統的解決方案。 應急響應與災備能源係統。 第十一章：分布式能源與新興商業模式 能源即服務（Energy-as-a-Service, EaaS）模式。 虛擬電廠（Virtual Power Plant, VPP）的構建與運行。 點對點（Peer-to-Peer, P2P）能源交易。 分布式能源的金融化與投資模型。 碳交易與綠色能源證書。 第十二章：未來展望與挑戰 分布式能源技術發展前沿：下一代光伏、先進儲能、氫能。 能源互聯網與全景能源係統的構建。 政策法規的引導與支持作用。 市場機製的完善與激勵。 社會接受度與公眾參與。 應對氣候變化與實現可持續發展的責任。 能源安全與韌性在未來能源係統中的重要性。 本書內容翔實，理論與實踐相結閤，通過豐富的案例分析，力求使讀者全麵掌握分布式能源在能源服務網絡中的建模、仿真、優化與控製技術，為迎接未來能源挑戰，推動能源係統的可持續發展奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

真正優秀的專業書籍，能讓你在閤上書本後，依然能感受到思維的持續運轉。這本書對我就是如此。它所構建的“能源服務網絡”的整體概念，極大地拓寬瞭我對未來能源係統形態的想象空間。我以前總是習慣性地將係統拆分成孤立的單元進行研究，但這本書成功地將“集成化”和“協同化”的理念植入瞭我的思維模式中。作者對“韌性”（Resilience）這一前沿指標的引入和量化，讓我意識到，在未來的能源係統中，抗風險能力的重要性可能已經超越瞭單純的經濟性。他對於不確定性處理的深度剖析，特彆是引入瞭基於場景生成的方法來測試係統的魯棒性，讓我對其專業度肅然起敬。這本書不僅僅是一本關於“能源模擬”的技術手冊，它更是一部關於“未來能源係統設計哲學”的宣言，它深刻地影響瞭我對這個領域未來發展方嚮的判斷，是一次非常值得的投入。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書的時候，我其實是抱著一種既期待又有點忐忑的心情的，畢竟“能源服務網絡”和“分布式能源模擬”這兩個詞匯聽起來就非常硬核，生怕自己難以消化。然而，閱讀的過程卻齣乎意料的順暢。作者的敘事方式非常貼近工程實踐，他似乎非常懂得如何將復雜的物理過程轉化為可計算的模型。我最欣賞的是他對“服務”這個概念的重新定義，不再僅僅關注發電效率或成本控製，而是深入探討瞭能源係統如何真正響應用戶需求，提供靈活可靠的服務。在模擬方法的選擇上，作者進行瞭廣泛的對比和深入的探討，尤其是在處理動態不確定性方麵，他提齣的那套基於Agent的模型，簡直是打開瞭我的思路。我立刻聯想到瞭我們目前正在進行的幾個智慧社區的試點項目，書中的很多思路可以立即轉化成我們的技術規範。這本書的價值不在於它提供瞭多少現成的答案，而在於它教會瞭我們如何係統性地、科學地去提齣和解決問題，這纔是真正的學術價值所在。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和紙質質量都非常齣色，體現瞭齣版社對專業書籍齣版的用心。但拋開這些外在的因素，真正打動我的是其中蘊含的對細節的極緻追求。我注意到作者在引用和參考文獻的處理上非常規範和詳盡，這在學術著作中是極其重要的，它反映瞭作者深厚的學術功底和嚴謹的治學態度。在技術章節中，例如關於儲能設備在微電網中的優化調度，作者不僅給齣瞭經典的數學公式，還探討瞭在實際運行中可能遇到的非綫性和約束條件，這一點非常關鍵，因為理論和實際應用之間往往存在巨大的鴻溝。他對於不同時間尺度下模擬的適用性進行瞭細緻的區分，這對於進行多層次的係統設計至關重要。讀完對某一特定章節的深入研讀後，我經常會停下來，拿起筆在草稿紙上重新推演一遍，以確保完全掌握其核心邏輯。這本書，與其說是一本參考書，不如說是一位經驗豐富的導師，在旁邊手把手地指導你完成一個復雜的項目。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那種隻停留在概念層麵、缺乏實際操作指導的書籍感到厭倦。慶幸的是，這本書完全沒有這個問題。作者在描述完理論模型後，緊接著就給齣瞭如何在現有主流仿真軟件環境中實現這些模型的具體步驟和注意事項。這種“知行閤一”的編寫風格，對於工程技術人員來說簡直是福音。特彆是關於網絡拓撲結構對分布式能源協同效率影響的敏感性分析那部分，作者不僅展示瞭“是什麼”，更深入地挖掘瞭“為什麼是這樣”。他用非常直觀的對比圖錶說明瞭不同通信延遲和信息丟失率對整個網絡穩定性的衝擊，這迫使我重新審視我們現有的通信架構。這本書的語言風格是那種沉穩而有力的，不賣弄、不浮誇，每一個句子都像是在精確地傳遞信息，沒有一絲多餘的贅述，效率極高，這對於時間寶貴的專業人士來說，是非常友好的閱讀體驗。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計很有意思，那種深邃的藍色調一下子就抓住瞭我的眼球，仿佛把我帶入瞭一個充滿未知與挑戰的能源世界。我翻開扉頁，首先感受到的是一種嚴謹而專業的學術氣息。作者在引言中就清晰地闡述瞭當前能源格局下，發展分布式能源係統的迫切性和重要性，那種文字的力量感讓人不得不認真對待這個課題。我特彆欣賞作者在構建理論框架時所展現齣的那種縝密的邏輯思維，從宏觀的政策導嚮到微觀的技術實現路徑，層層遞進，讓人感到每一步的論證都有堅實的基礎。特彆是關於網絡化協同優化那一章節，涉及到的數學模型和算法推導，雖然有些復雜，但作者通過詳盡的圖示和案例分析，使得原本晦澀難懂的概念變得相對直觀。對於我們這些在行業前沿摸索的人來說，這本書無疑提供瞭一個極其寶貴的理論支撐和方法論參考，它不僅僅是知識的羅列，更像是一份引領未來能源係統構建的路綫圖，讓人對未來充滿期待，也深感肩上的責任重大。