能源服务网络中的分布式能源模拟 Salavador Acha 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Salavador Acha 著

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• 机械工业出版社
• Salavador Acha

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111571582

商品编码：29737580515

包装：平装-胶订

出版时间：2017-11-01

基本信息

书名：能源服务网络中的分布式能源模拟

定价：69.00元

作者：Salavador Acha

出版社：机械工业出版社

出版日期：2017-11-01

ISBN：9787111571582

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《能源服务网络中的分布式能源模拟》内容源于英国帝国理工学院BP城市能源系统项目。《能源服务网络中的分布式能源模拟》呈现了项目过程中非常有趣和创新的一部分研究成果，即围绕包括需求中心、插电式混合动力汽车、热电联产和能源服务（燃气和电力）网络在内的混合城市能源系统的运行优化开发出的复杂工具。书中对这一工具的开发过程进行了描述，通过文字描述示范了同时考虑能源系统的多个方面如何带来收益，并展示了如何将该工具与采用新技术后引发的对未来需求模式的前瞻性仿真相结合。总而言之，《能源服务网络中的分布式能源模拟》代表了向智能、高效的未来城市能源系统过渡的一个重要里程碑，可以为工程师解决复杂的跨学科能源问题提供启发和思路。

内容提要

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《能源服务网络中的分布式能源模拟》介绍了一种对含嵌入式技术的能源服务网络进行集成稳态优化的建模框架。书中开发的新模型称为时间协调优化潮流（TCOPF）模型，此模型可通过一系列必要步骤计算天然气和电力网络的优化能流，同时计算插电式混合动力汽车（PHEV）和热电联产（CHP）装置的优化调度。因此，TCOPF工具可以管理及协调配电网运营商和分布式能源之间的相互关系。
《能源服务网络中的分布式能源模拟》中对分布式能源系统应当遵循的优化调度模式进行了描述，这种模式有望改善城市能源服务网络的性能。集成建模为希望有效协调分布式能源运行与能源公用事业运营策略的利益相关方提供了一个新的视角。结尾，本书结合用于模拟PHEV行驶状况的基于agent的模型对TCOPF模型框架进行了扩展，以便更好地评估PHEV所代表的负载灵活性。
综上，为开发由多种能源基础设施与嵌入式分布式能源集成的综合模型，《能源服务网络中的分布式能源模拟》涵盖了电力系统工程师所需要关注的各类关键元素。

目录

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目 录
译者序
原书序
原书前言
缩略语表
符号表
章能源资源、基础设施和转换技术有效管理所面临的挑战1
1.1全球城市化和能源系统效率1
1.2城市能源系统的演变5
1.3能源系统的综合管理8
第2章集成建模综述12
2.1关于分布式能源的建模问题12
2.1.1分布式发电面临的挑战12
2.1.2热电联产技术对电网的影响14
2.1.3PHEV技术对电网的影响17
2.2模拟多能源网络的方法22
2.2.1多联产分析22
2.2.2综合能源运输系统22
2.2.3能源枢纽建模23
2.2.4天然气和电力的一体化研究24
第3章能源服务网络建模26
3.1电网建模26
3.1.1电力系统的基本原理26
3.1.2定义电力潮流问题27
3.1.3节点公式和导纳矩阵28
3.2天然气网络建模31
3.2.1天然气系统的基本原理31
3.2.2定义天然气潮流问题32
3.2.3节点公式和关联矩阵33
3.3能源服务网络类比36
3.3.1部件和变量的建模36
3.3.2牛顿-拉夫逊算法37
3.3.2.1电力系统的雅可比矩阵38
3.3.2.2天然气系统的雅可比矩阵39
3.3.2.3潮流总结41
第4章能源服务网络中嵌入式技术的建模43
4.1有载分接开关（OLTC）变压器的建模43
4.1.1OLTC变压器的基本原理43
4.1.2OLTC模型方程45
4.2压缩机站建模47
4.2.1压缩机站的基本原理47
4.2.2压缩机模型方程48
4.3热电联产技术建模49
4.3.1热电联产机组的基本原理49
4.3.2含热电联产天然气网络的节点公式56
4.3.3储热管理方程58
4.4PHEV技术建模60
4.4.1PHEV的基本原理60
4.4.2含PHEV电网的节点公式68
4.4.3电化学储能管理方程70
第5章能源服务网络的时序优潮流73
5.1TCOPF问题概述73
5.1.1问题描述73
5.1.2优化求解75
5.1.3TCOPF工具的输入数据和假设77
5.2TCOPF的目标函数78
5.2.1即插即忘78
5.2.2燃料成本78
5.2.3能量损失78
5.2.4能源成本79
5.2.5综合目标79
5.3TCOPF的数学公式79
5.3.1目标函数的公式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能量损失小化情景80
5.3.1.4能源成本小化情景80
5.3.1.5多目标小化情景（如现货价格成本与排放成本）81
5.3.2约束条件82
5.3.2.1关于电网82
5.3.2.2关于天然气网82
5.3.2.3关于嵌入电网的PHEV83
5.3.2.4关于嵌入天然气网络的热电联产装置83
5.3.3TCOPF问题和求解的特性84
第6章能源服务网络中的分布式能源优化：案例分析86
6.1TCOPF能源服务网络案例研究86
6.1.1输入数据和假设86
6.1.2案例研究和能源系统参数的说明89
6.2技术-经济性结果93
6.2.1概述93
6.2.2集成与非集成系统94
6.2.3天然气网络96
6.2.4热电联产技术100
6.2.5电网107
6.2.6PHEV技术110
6.3结果综述116
第7章能源服务网络中电动汽车流动性的建模119
7.1PHEV流动性的建模119
7.1.1建模方法119
7.2基于agent的模型与潮流模型的综合120
7.2.1车辆基于agent的模型121
7.2.2PHEV的优化潮流公式122
7.2.2.1PHEV充电成本小化情景123
7.3PHEV充电的ABM-TCOPF案例研究124
7.3.1输入数据和假设124
7.3.1.1驾驶员资料124
7.3.1.2PHEV特性124
7.3.1.3城市布局124
7.3.1.4电力负载资料和网络特性125
7.3.2案例研究和能源系统参数126
7.4技术-经济性结果127
7.4.1基于agent的模型结果127
7.4.2优化潮流模型结果130
第8章结束语134
8.1总结和贡献134
8.2研究的受益者136
8.3未来的研究方向137
附录139
附录A城市群数据139
附录B英国的能流分析140
附录C电力负载潮流代码142
附录D天然气负载潮流代码145
附录E有载分接开关偏导数147
附录F标幺值148
附录GKKT优化条件149
附录H牛顿迭代法149
参考文献151

作者介绍

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Salvador Acha 是英国帝国理工学院的研究员，也是帝国理工-森宝利集团合作研究团队的带头人。该合作旨在达成两个目标：在超市实施智能控制以提高能效，同时通过整体的能源投资决策可持续地减少森宝利的碳足迹。团队主要围绕能效策略、能源模拟及预测、低碳路线图进行研究。Acha博士的研究领域包括智能电网架构、插电式混合动力汽车推广、分布式能源资源优化管理、能源预测和环境报告。

文摘

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序言

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能源服务网络中的分布式能源模拟：理论、方法与应用 本书深入探讨了在日益复杂的能源服务网络（Energy Service Network, ESN）背景下，分布式能源（Distributed Energy Resources, DERs）的建模、仿真与优化问题。随着全球能源转型的加速，分布式能源如太阳能光伏、风力发电、储能系统、燃料电池以及微型燃气轮机等，正以前所未有的速度渗透到电网的各个层面，为构建更清洁、更具韧性、更灵活的能源系统带来了巨大机遇，同时也带来了诸多技术挑战。本书旨在为研究人员、工程师、政策制定者以及对能源系统感兴趣的读者提供一个全面而深入的理论框架和实操指南，帮助他们理解和应对这些挑战，并充分发挥分布式能源的潜力。 第一部分：分布式能源与能源服务网络的理论基础 本部分首先勾勒出分布式能源和能源服务网络的基本概念及其发展演进。我们将详细阐述分布式能源的定义、分类、技术特性、优势与局限性，并分析其在不同应用场景下的表现。同时，本书将深入剖析能源服务网络的内涵，包括其组成要素、运行机制、发展趋势以及与传统电网的异同。特别地，我们将强调能源服务网络中信息流、能量流、价值流的复杂交互，以及区块链、物联网、人工智能等新兴技术在该网络中的潜在作用。 第一章：分布式能源的兴起与分类 能源转型背景下的分布式能源发展驱动力。 分布式能源的定义、关键特征与技术多样性（光伏、风电、储能、燃料电池、微型燃气轮机等）。 不同类型分布式能源的技术原理、性能参数与经济性考量。 分布式能源的优势：提高能源效率、降低损耗、增强系统韧性、促进能源独立与安全。 分布式能源面临的挑战：间歇性、波动性、并网稳定性、控制与管理复杂性。 第二章：能源服务网络的构建与演进 传统电网的局限性与能源服务网络的兴起。 能源服务网络的定义、架构与核心组成部分：发电、输配电、用电、储能、管理与控制。 能源服务网络中的能量流、信息流与价值流的动态交互。 能源服务网络的发展趋势：去中心化、智能化、市场化、综合能源服务。 新兴技术在能源服务网络中的应用：物联网（IoT）、大数据、人工智能（AI）、区块链、边缘计算。 第三章：分布式能源与能源服务网络的协同互动 分布式能源如何融入能源服务网络，以及由此带来的系统性变化。 分布式能源对电网稳定性的影响及应对策略。 分布式能源在需求侧响应（Demand Response）和需求侧管理（Demand-Side Management）中的作用。 能量管理系统（EMS）和微电网（Microgrid）的概念及在ESN中的重要性。 分布式能源与集中式能源的协同运行模式。 第二部分：分布式能源的建模与仿真方法 本部分将聚焦于分布式能源在能源服务网络中的建模与仿真技术。我们将系统性地介绍用于描述不同类型分布式能源特性的数学模型，包括其发电特性、响应特性、损耗特性等。在此基础上，本书将详细阐述用于分析和评估分布式能源系统性能的仿真方法，包括基于稳态分析、动态分析、概率统计分析以及机器学习等多种手段。我们将通过大量的案例分析，展示如何利用这些模型和仿真工具来评估分布式能源在不同场景下的表现，识别潜在问题，并为系统设计和运行提供依据。 第四章：分布式能源的数学建模 光伏发电的建模：基于Irradiance和温度的功率输出模型，MPPT（最大功率点跟踪）算法的数学描述。 风力发电的建模：风速与功率曲线，变桨距和变桨速控制的数学模型。 储能系统的建模：电池储能（BESS）的充放电特性、能量容量、功率容量、循环寿命、效率模型。 燃料电池的建模：电化学模型、热力学模型、系统级模型。 微型燃气轮机的建模：功率输出、燃料消耗、排放模型。 考虑损耗、老化和故障的分布式能源模型。 第五章：能源服务网络的仿真平台与工具 经典的电网仿真软件介绍：PSCAD/EMTDC, PSS/E, DIgSILENT PowerFactory, MATALB/Simulink。 面向分布式能源和微电网的仿真工具：HOMER, SAM, GridLAB-D。 基于Agent的仿真方法在ESN中的应用。 数据驱动的仿真方法与模型校准。 仿真结果的验证与不确定性分析。 第六章：分布式能源系统的仿真应用案例 微电网的潮流计算与稳定性分析。 分布式光伏并网对配电网电压和潮流的影响仿真。 储能系统在削峰填谷、调频调压中的仿真评估。 多能互补系统的能量调度与优化仿真。 分布式能源在电网故障下的鲁棒性仿真。 第三部分：分布式能源的优化与控制策略 本部分将深入探讨分布式能源在能源服务网络中的优化运行和智能控制策略。我们将介绍多种优化方法，包括数学规划（线性规划、非线性规划、混合整数规划）、元启发式算法（遗传算法、粒子群优化）以及模型预测控制（MPC）等，用于解决分布式能源的发电调度、储能充放电管理、需求侧响应协调等问题。此外，本书还将重点研究面向分布式能源的先进控制技术，如分布式控制、协同控制、柔性控制等，以实现能源服务网络的高效、稳定、经济运行，并提升其对不确定性的适应能力。 第七章：分布式能源系统的优化理论与方法 目标函数的设计：成本最小化、利润最大化、碳排放最小化、可靠性最大化。 约束条件分析：功率平衡、容量约束、频率和电压限制、环境限制。 确定性优化方法：线性规划（LP）、二次规划（QP）、非线性规划（NLP）。 随机优化方法：场景分析、鲁棒优化。 元启发式算法：遗传算法（GA）、粒子群优化（PSO）、模拟退火（SA）。 模型预测控制（MPC）原理及其在能源系统中的应用。 第八章：分布式能源的运行调度与控制 分布式能源的短期和长期调度策略。 基于市场机制的分布式能源交易与定价。 需求侧响应（DR）的激励机制与控制方法。 微电网的孤岛运行与并网模式切换控制。 多能源系统的协同调度与优化。 考虑不确定性的分布式能源控制策略。 第九章：面向能源服务网络的先进控制技术 分布式控制与多主体协调。 基于区块链的分布式能源管理与交易。 边缘计算与实时控制。 强化学习（RL）在分布式能源控制中的应用。 柔性化分布式能源的控制策略：虚拟同步机（Virtual Synchronous Machine, VSM）。 网络安全与数据隐私保护在控制系统中的考虑。 第四部分：分布式能源在能源服务网络中的综合应用与未来展望 本部分将结合实际应用场景，展示分布式能源在能源服务网络中的综合应用案例，如智能家居、智慧社区、工业园区、电动汽车充电站等。我们将分析分布式能源如何与这些应用场景深度融合，创造新的商业模式和应用价值。最后，本书将对分布式能源在未来能源服务网络中的发展趋势进行展望，包括技术突破、政策法规、市场发展以及社会影响等方面，为读者勾勒出能源系统未来发展的蓝图。 第十章：分布式能源在能源服务网络中的典型应用场景 智能家居与楼宇能源管理。 智慧社区的分布式能源集成与优化。 工业园区的多能互补与能源综合利用。 电动汽车充电站与电网的互动。 偏远地区与离网能源系统的解决方案。 应急响应与灾备能源系统。 第十一章：分布式能源与新兴商业模式 能源即服务（Energy-as-a-Service, EaaS）模式。 虚拟电厂（Virtual Power Plant, VPP）的构建与运行。 点对点（Peer-to-Peer, P2P）能源交易。 分布式能源的金融化与投资模型。 碳交易与绿色能源证书。 第十二章：未来展望与挑战 分布式能源技术发展前沿：下一代光伏、先进储能、氢能。 能源互联网与全景能源系统的构建。 政策法规的引导与支持作用。 市场机制的完善与激励。 社会接受度与公众参与。 应对气候变化与实现可持续发展的责任。 能源安全与韧性在未来能源系统中的重要性。 本书内容翔实，理论与实践相结合，通过丰富的案例分析，力求使读者全面掌握分布式能源在能源服务网络中的建模、仿真、优化与控制技术，为迎接未来能源挑战，推动能源系统的可持续发展奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那种只停留在概念层面、缺乏实际操作指导的书籍感到厌倦。庆幸的是，这本书完全没有这个问题。作者在描述完理论模型后，紧接着就给出了如何在现有主流仿真软件环境中实现这些模型的具体步骤和注意事项。这种“知行合一”的编写风格，对于工程技术人员来说简直是福音。特别是关于网络拓扑结构对分布式能源协同效率影响的敏感性分析那部分，作者不仅展示了“是什么”，更深入地挖掘了“为什么是这样”。他用非常直观的对比图表说明了不同通信延迟和信息丢失率对整个网络稳定性的冲击，这迫使我重新审视我们现有的通信架构。这本书的语言风格是那种沉稳而有力的，不卖弄、不浮夸，每一个句子都像是在精确地传递信息，没有一丝多余的赘述，效率极高，这对于时间宝贵的专业人士来说，是非常友好的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的时候，我其实是抱着一种既期待又有点忐忑的心情的，毕竟“能源服务网络”和“分布式能源模拟”这两个词汇听起来就非常硬核，生怕自己难以消化。然而，阅读的过程却出乎意料的顺畅。作者的叙事方式非常贴近工程实践，他似乎非常懂得如何将复杂的物理过程转化为可计算的模型。我最欣赏的是他对“服务”这个概念的重新定义，不再仅仅关注发电效率或成本控制，而是深入探讨了能源系统如何真正响应用户需求，提供灵活可靠的服务。在模拟方法的选择上，作者进行了广泛的对比和深入的探讨，尤其是在处理动态不确定性方面，他提出的那套基于Agent的模型，简直是打开了我的思路。我立刻联想到了我们目前正在进行的几个智慧社区的试点项目，书中的很多思路可以立即转化成我们的技术规范。这本书的价值不在于它提供了多少现成的答案，而在于它教会了我们如何系统性地、科学地去提出和解决问题，这才是真正的学术价值所在。

评分☆☆☆☆☆

真正优秀的专业书籍，能让你在合上书本后，依然能感受到思维的持续运转。这本书对我就是如此。它所构建的“能源服务网络”的整体概念，极大地拓宽了我对未来能源系统形态的想象空间。我以前总是习惯性地将系统拆分成孤立的单元进行研究，但这本书成功地将“集成化”和“协同化”的理念植入了我的思维模式中。作者对“韧性”（Resilience）这一前沿指标的引入和量化，让我意识到，在未来的能源系统中，抗风险能力的重要性可能已经超越了单纯的经济性。他对于不确定性处理的深度剖析，特别是引入了基于场景生成的方法来测试系统的鲁棒性，让我对其专业度肃然起敬。这本书不仅仅是一本关于“能源模拟”的技术手册，它更是一部关于“未来能源系统设计哲学”的宣言，它深刻地影响了我对这个领域未来发展方向的判断，是一次非常值得的投入。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和纸质质量都非常出色，体现了出版社对专业书籍出版的用心。但抛开这些外在的因素，真正打动我的是其中蕴含的对细节的极致追求。我注意到作者在引用和参考文献的处理上非常规范和详尽，这在学术著作中是极其重要的，它反映了作者深厚的学术功底和严谨的治学态度。在技术章节中，例如关于储能设备在微电网中的优化调度，作者不仅给出了经典的数学公式，还探讨了在实际运行中可能遇到的非线性和约束条件，这一点非常关键，因为理论和实际应用之间往往存在巨大的鸿沟。他对于不同时间尺度下模拟的适用性进行了细致的区分，这对于进行多层次的系统设计至关重要。读完对某一特定章节的深入研读后，我经常会停下来，拿起笔在草稿纸上重新推演一遍，以确保完全掌握其核心逻辑。这本书，与其说是一本参考书，不如说是一位经验丰富的导师，在旁边手把手地指导你完成一个复杂的项目。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计很有意思，那种深邃的蓝色调一下子就抓住了我的眼球，仿佛把我带入了一个充满未知与挑战的能源世界。我翻开扉页，首先感受到的是一种严谨而专业的学术气息。作者在引言中就清晰地阐述了当前能源格局下，发展分布式能源系统的迫切性和重要性，那种文字的力量感让人不得不认真对待这个课题。我特别欣赏作者在构建理论框架时所展现出的那种缜密的逻辑思维，从宏观的政策导向到微观的技术实现路径，层层递进，让人感到每一步的论证都有坚实的基础。特别是关于网络化协同优化那一章节，涉及到的数学模型和算法推导，虽然有些复杂，但作者通过详尽的图示和案例分析，使得原本晦涩难懂的概念变得相对直观。对于我们这些在行业前沿摸索的人来说，这本书无疑提供了一个极其宝贵的理论支撑和方法论参考，它不仅仅是知识的罗列，更像是一份引领未来能源系统构建的路线图，让人对未来充满期待，也深感肩上的责任重大。