电气工程师自学成才手册 基础篇+提高篇+精通篇 3本 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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蔡杏山 著

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出版社： 电子工业

ISBN：9787121330292

商品编码：25416975585

9787121330292 9787121331701 9787121333484  YL13233

《电力系统运行与控制》 内容简介： 本书系统地阐述了现代电力系统运行与控制的理论基础、关键技术及发展趋势，旨在为电力系统工程师、研究生以及相关领域的研究人员提供一本全面、深入的学习与参考资料。全书共分为三个部分：基础篇，提高篇，精通篇，层层递进，循序渐进，力求使读者在掌握基本概念和原理的基础上，逐步深入到复杂系统的分析与设计。 基础篇：电力系统基本理论与运行机制 基础篇着重于构建读者对电力系统的整体认知框架，从最基本的概念入手，为后续深入学习打下坚实的基础。 第一章 电力系统的基本构成与功能 1.1 发电、输电、变电、配电和用电的相互关系 详细介绍电力系统各个环节在整个能量流中的作用，以及它们之间的逻辑联系。 分析不同环节的电气特性和主要设备类型，如发电机组（火电、水电、核电、风电、光伏等）、输电线路（高压、超高压、特高压）、变电站（升压、降压、串联、并联补偿）、配电网络（中压、低压）和各类工业、民用负荷。 强调电力系统作为国民经济命脉的重要性，以及其安全、可靠、经济运行的原则。 1.2 电力系统的基本运行参数 深入讲解电压、电流、频率、功率（有功功率、无功功率）、功率因数等关键运行参数的定义、意义及其相互关系。 分析这些参数在不同运行工况下的变化规律，例如负荷波动、机组出力调整等。 介绍常用的参数测量方法和仪表，以及参数监测在系统运行中的重要性。 1.3 电力系统的潮流计算 阐述潮流计算的基本原理，包括欧姆定律、基尔霍夫定律在电力系统中的应用。 介绍潮流方程的建立，常用的节点电压法（高斯-赛德尔法、牛顿-拉夫逊法）和导纳矩阵法。 讲解潮流计算在系统规划、运行分析、故障分析等方面的应用，例如确定各条线路的潮流大小、节点电压水平、线路损耗等。 提供简单算例，帮助读者理解潮流计算的实际操作过程。 1.4 短路电流计算 解释短路电流的产生原因、类型（三相短路、单相接地短路、两相短路等）及其危害。 介绍短路电流计算的基本方法，如对称分量法、标幺值法。 分析短路电流对设备（发电机、变压器、断路器、开关设备）的影响，包括热效应和动力效应。 讲解短路电流计算在保护装置整定、设备选型、系统稳定性分析中的作用。 1.5 电力系统的稳态分析 定义电力系统的稳态运行状态，分析稳态下电压、电流、频率等参数的稳定特性。 讨论负荷变化、发电机出力调整等因素对系统稳态的影响，以及系统如何通过调节维持稳态。 引入功率平衡的概念，分析有功功率和无功功率在维持系统电压和频率稳定中的作用。 第二章 电力设备基础 2.1 发电机原理与运行 介绍同步发电机的基本结构、工作原理（电磁感应、磁场旋转）。 讲解发电机在电力系统中的主要运行特性，包括恒定电压运行、恒定功率运行、调频调压功能。 分析发电机并列运行的条件与操作，以及机组的励磁控制和自动电压调节（AVR）系统。 探讨新能源发电（风电、光伏）的特点及其对电网接入的影响。 2.2 变压器原理与运行 阐述变压器的基本原理（互感原理）和结构。 详细介绍变压器的额定参数、主要损耗（铁损、铜损）及其影响因素。 讲解变压器在电力系统中的作用，如电压变换、阻抗匹配、隔离。 分析变压器联结组、有载调压变压器的运行特性。 2.3 输电线路与电缆 介绍架空输电线路的结构、组成（导线、绝缘子、塔架）和电气特性（参数、电抗、电纳）。 分析输电线路的运行特性，包括电压降、功率传输能力、线路损耗。 介绍电力电缆的结构、类型（高压、中压）及其优缺点。 讲解输电线路和电缆在系统中的配置和运行管理。 2.4 开关电器与保护设备 介绍断路器、隔离开关、负荷开关等开关电器的基本类型、结构和工作原理。 阐述继电保护的基本原理，包括过流保护、差动保护、距离保护等。 分析保护装置在检测故障、隔离故障、保证系统安全运行中的作用。 讲解保护装置的整定原则和调试方法。 第三章 电力系统的基本运行控制 3.1 频率调节 分析频率是电力系统运行的核心参数，以及频率偏差对系统稳定性的影响。 详细介绍一次调频、二次调频和三次调频的原理和作用。 讲解调速器（Governor）在一次调频中的作用，以及AGC（自动发电控制）在二次调频中的应用。 探讨负荷频率控制（LFC）的系统结构和控制策略。 3.2 电压调节 阐述电压在电力系统中的重要性，以及电压偏差的影响。 介绍电压调节的常用手段，包括发电机励磁调节、变压器分接头调整、无功补偿装置（电容器、电抗器、SVC、STATCOM）。 讲解电压无功功率（VQC）协调控制的原理和目标。 分析无功功率的产生、消耗及传输特性。 3.3 功率潮流的控制 介绍有功功率潮流的控制，如何通过调整发电机出力实现功率的合理分配。 讨论无功功率潮流与电压的关系，以及如何通过控制无功潮流来调整电压。 分析电力系统潮流控制在提高输电能力、减少线路损耗、避免过载等方面的作用。 3.4 电力系统运行的安全性与可靠性 定义电力系统的安全与可靠性，分析影响安全可靠性的主要因素（设备故障、操作失误、自然灾害）。 介绍可靠性评估方法（如可用度、平均故障间隔时间）。 探讨预防性维护、故障诊断和事故预警在提高系统可靠性中的作用。 简述电力系统的冗余设计和备用策略。 提高篇：电力系统进阶理论与运行分析 提高篇在基础篇之上，深入探讨电力系统运行中更复杂的理论和技术，为读者提供更高级的分析工具和解决问题的思路。 第四章 电力系统动态特性与稳定性 4.1 暂态过程与暂态稳定 详细介绍电力系统中的暂态过程，如短路、甩负荷、发电机甩机等。 分析暂态过程对系统动态特性的影响，以及如何用微分方程描述系统的动态行为。 引入暂态稳定性的概念，分析系统在受到扰动后能否恢复到新的平衡点。 讲解影响暂态稳定性的主要因素（发电机转子动力学、调速器、AVR、线路参数等）。 介绍暂态稳定性的分析方法，如角度法、能量法、数值仿真法。 4.2 动态稳定与电压稳定性 定义动态稳定，分析系统在小扰动下的长期动态行为，包括频率和电压的摆动。 探讨系统阻尼的来源与重要性，以及如何提高系统的动态稳定性。 深入分析电压稳定性，即系统维持正常电压水平的能力。 讲解电压崩溃的原因，以及如何通过分析PQ曲线、PV曲线等来评估电压稳定性。 介绍提高电压稳定性的措施，如加强无功补偿、优化负荷特性。 4.3 振荡与稳定性分析 分析电力系统中可能出现的各种振荡模式，如低频振荡、高频振荡。 探讨振荡的产生机理，以及如何通过模态分析来识别和量化振荡。 介绍稳定性分析的现代方法，如李雅普诺夫稳定性理论、小信号稳定性分析。 讲解如何通过安装阻尼控制器（PSS）来抑制振荡，提高系统稳定性。 第五章 电力系统故障分析与保护 5.1 故障机理与类型 对各种故障类型进行更深入的分类和分析，如不同接地方式下的接地故障、线路越级跳闸等。 深入研究故障的发生过程，以及故障对系统参数（电压、电流、频率）的影响。 分析相间短路、单相接地短路等故障的电流、电压对称分量。 5.2 继电保护原理与设计 详细介绍各种保护配置，如线路保护、发电机保护、变压器保护、母线保护。 深入分析距离保护、差动保护、过流保护、零序保护等高级保护原理。 讲解保护装置的配合原则（选择性、灵敏性、速动性）。 探讨复杂故障下的保护动作逻辑和误动、拒动原因分析。 介绍数字式保护装置的特点、功能和编程。 5.3 故障仿真与测试 介绍电力系统仿真软件（如PSCAD/EMTDC, PSS/E, DIgSILENT PowerFactory）在故障分析中的应用。 讲解故障录波器（FDR）的原理和数据分析方法。 介绍保护装置的二次回路接线和现场测试方法。 第六章 调度与运行控制 6.1 实时调度与负荷预测 介绍电力调度中心在电网运行中的核心作用，包括负荷预测、机组组合、潮流调度。 详细阐述负荷预测的方法，如统计预测、人工智能预测。 讲解实时调度过程中，如何根据负荷变化、机组运行状态、电网运行参数进行调整。 分析负荷预测的准确性对电网经济运行和安全运行的影响。 6.2 机组组合与经济调度 介绍机组组合（Unit Commitment, UC）问题的基本原理，包括如何经济地安排机组的启停和出力。 分析不同类型机组（火电机组、水电机组、核电机组）的运行特性和成本。 深入讲解经济调度（Economic Dispatch, ED）的原理，如何根据机组的边际成本实现最优出力分配。 介绍各种求解UC和ED问题的数学模型和算法（如线性规划、动态规划、智能算法）。 6.3 事故预警与应急处理 分析电力系统可能发生的事故类型，以及事故发生的连锁反应。 介绍事故预警系统的原理和功能，如何通过监测异常参数来提前发现事故隐患。 讲解应急处理的流程和策略，包括事故隔离、故障恢复、系统重构。 探讨电网大面积停电事件的处理经验和教训。 精通篇：电力系统前沿技术与未来展望 精通篇聚焦于当前电力系统领域的前沿技术和发展趋势，为读者提供更广阔的视野和深入的思考方向。 第七章 智能电网与信息通信技术 7.1 智能电网的内涵与发展 深入探讨智能电网的定义、特征（感知、互动、开放、柔性）和发展目标。 分析智能电网在提高供电可靠性、降低运行成本、促进新能源消纳等方面的优势。 介绍智能电网的典型应用，如智能计量（AMI）、分布式能源管理、电动汽车充电。 7.2 电力通信与数据传输 介绍电力通信网络的体系结构、传输介质和关键技术（光纤通信、无线通信）。 分析电力通信在 SCADA 系统、保护信息通道、调度通信中的重要作用。 探讨数据安全和信息保密在智能电网中的挑战。 7.3 量测体系（PMU）与状态估计 详细介绍相量测量单元（PMU）的工作原理、测量精度和应用。 阐述PMU如何提供高精度、高采样率的动态测量数据。 深入分析状态估计（State Estimation, SE）在电力系统监测和控制中的作用。 讲解基于PMU数据的广域测量和实时状态估计技术。 7.4 大数据与人工智能在电力系统中的应用 探讨大数据技术在电力系统中的应用场景，如海量运行数据分析、故障诊断、设备状态监测。 介绍人工智能（机器学习、深度学习）在电力系统中的应用，如负荷预测、故障定位、优化调度、发电预测。 分析AI技术如何帮助解决电力系统复杂性和不确定性带来的挑战。 第八章 新能源接入与电网协调 8.1 分布式电源与微电网 介绍分布式电源（如屋顶光伏、小型风电、储能）的特点及其对电网的影响。 深入分析微电网的结构、运行模式（孤岛运行、并网运行）和控制策略。 探讨微电网与主电网的协调互动，以及在电网可靠性和经济性方面的作用。 8.2 可再生能源的并网技术 分析风力发电和太阳能发电的特性（间歇性、波动性、随机性）及其并网挑战。 介绍风力发电机的变流器控制技术，以及如何改善其电网支撑能力。 讲解太阳能发电的 MPPT 控制、并网逆变器功能。 分析可再生能源并网对系统电压、频率稳定性的影响，以及相应的解决措施。 8.3 储能技术与应用 介绍不同类型的储能技术（如锂离子电池、抽水蓄能、飞轮储能）及其工作原理。 分析储能在削峰填谷、调频调压、提高电能质量、增强电网韧性方面的作用。 探讨储能在可再生能源消纳中的关键作用。 8.4 考虑新能源的电网规划与运行 介绍考虑大规模可再生能源接入的电网规划方法，包括网络拓扑优化、输电能力评估。 分析新能源发电对传统电力系统运行模式的改变，以及新的运行控制策略。 探讨虚拟同步机（VSG）、柔性交流输电系统（FACTS）等技术在支持高比例新能源接入中的作用。 第九章 电力系统未来发展趋势与研究方向 9.1 数字化与智能化电力系统 展望电力系统向全面数字化、智能化转型的方向。 探讨数字孪生、边缘计算、区块链等新兴技术在电力系统中的应用潜力。 分析智能电网的演进，如能量互联网、泛在电力物联网。 9.2 绿色低碳电力系统 讨论如何构建以新能源为主体的新型电力系统，实现碳达峰、碳中和目标。 分析氢能、碳捕集等技术的应用前景。 探讨电力系统在能源结构转型中的关键作用。 9.3 电力市场化改革与电力系统运行 分析电力市场化改革对电力系统运行模式的影响，如日前市场、实时市场、辅助服务市场。 探讨电力交易机制的设计和优化。 分析市场环境下，调度运行的经济性和可靠性如何平衡。 9.4 电力电子技术与柔性交流输电 介绍大功率电力电子器件（IGBT、SiC、GaN）的发展及其在电力系统中的应用。 深入分析柔性交流输电系统（FACTS）和高压直流输电（HVDC）在提高电网输送能力、灵活性和稳定性方面的作用。 展望基于电力电子的“全控”电力系统。 9.5 国际前沿研究与挑战 梳理当前电力系统领域国际上的主要研究热点和前沿课题。 讨论电力系统运行与控制面临的共性挑战，如网络安全、标准制定、技术融合。 鼓励读者关注最新学术文献和行业动态，不断提升专业能力。 本书通过对电力系统基础理论、核心技术、运行分析、前沿发展等方面的全面梳理，力求为读者提供一个系统、深入、前瞻性的学习路径。无论您是初入电力领域的新人，还是希望在专业领域不断深造的工程师，本书都将是您宝贵的学习伙伴。

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精通篇的学习，则让我有一种“拨开云雾见月明”的畅快感。它涵盖了电气工程领域更深层次、更前沿的理论和技术，把我从一个“知道怎么做”的状态，提升到了“理解为什么这么做”的境界。例如，关于电力电子技术的部分，书中对逆变器、变流器等关键设备的工作原理进行了深入的剖析，并结合了大量的仿真分析和实际案例，让我对这些复杂系统的控制策略有了更透彻的理解。这种深入到原理层面的讲解，对于我今后进行更高级的系统设计和优化，起到了至关重要的作用。 另外，精通篇还涉及到了电力系统的稳定性分析、电磁兼容性设计、以及一些新兴技术在电气工程中的应用，比如智能电网、新能源并网等。这些内容不仅让我拓宽了知识面，也让我看到了电气工程领域未来的发展趋势。书中对这些前沿技术的介绍，并不是简单地罗列概念，而是深入浅出地阐述其背后的科学原理和技术挑战，并提供了进一步学习的参考方向。可以说，精通篇是把我带入电气工程专家殿堂的“敲门砖”。

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这套手册的编排结构也非常人性化。首先，基础篇、提高篇、精通篇的划分，非常符合一个学习者从入门到精深的认知规律。这种结构上的清晰性，使得我在不同阶段能够找到最适合自己当前水平的内容，避免了盲目学习带来的困惑。其次，在每个篇章内部，内容的组织也非常合理。例如，同一主题下的不同知识点，会按照一定的逻辑顺序进行展开，保证了知识的连贯性和系统性。 我特别喜欢书中对案例分析的运用。无论是在基础篇的原理讲解，还是在提高篇、精通篇的复杂系统分析，书中都会穿插大量的真实工程案例。这些案例分析，让我能够将书本上的理论知识与实际工程应用紧密地联系起来，直观地感受到知识的价值。通过对这些案例的深入学习，我不仅学到了解决特定问题的具体方法，更重要的是，我学到了处理类似问题的通用思路和策略。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版设计和纸张质量也给我留下了深刻的印象。内页采用了防反光的哑光纸，即使在强光下阅读，眼睛也不会感到疲劳。而且，书本的装订非常牢固，翻页顺畅，完全不用担心书页会脱落。更重要的是，书中使用的字体大小适中，行间距也恰到好处，使得阅读体验非常舒适。 在细节方面，作者还非常细心地为读者提供了丰富的参考文献和进一步学习的资源链接。这对于像我这样希望深入研究某个领域的人来说，是非常宝贵的。它为我打开了更广阔的学习空间，让我能够沿着作者的思路，去探索更深层次的知识。总而言之，这套书从内容到形式，都体现了作者的专业性和匠心独运。

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阅读这套《电气工程师自学成才手册》的另一个让我惊喜的方面，是它非常注重培养读者的工程思维和解决问题的能力。它不仅仅是知识的堆砌，更像是在传授一种思维方式。在讲解每一个知识点的时候，作者都会引导我们去思考这个知识点在实际工程中有什么应用，它解决了什么问题，或者带来了什么挑战。 我记得在学习关于电磁兼容性（EMC）的内容时，书中不仅仅列出了各种干扰源和耦合机制，更重要的是，它引导我们去思考如何从设计源头上去规避这些问题，如何在实际项目中进行EMC测试和认证。这种“由表及里，由浅入深”的讲解方式，让我不仅仅是学会了“是什么”，更是学会了“怎么做”和“为什么这么做”。它教会我用一种更系统、更全面的视角去看待电气工程中的各种问题。

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作为一名自学者，我最害怕的就是遇到“消化不良”的情况，也就是书本上的内容写得过于晦涩难懂，或者缺乏必要的解释，导致我只能死记硬背，而无法真正理解。幸运的是，《电气工程师自学成才手册》完全避免了这个问题。它的语言风格非常朴实，用词准确，同时又兼具通俗易懂的特点。对于一些专业术语，书中都会给出清晰的定义和解释，并且常常会将其与生活中的实例联系起来，让我能够快速建立起直观的认识。 举个例子，在讲解傅里叶变换的时候，我之前看过一些资料，都觉得非常抽象。但是在这本书里，作者用了一个非常生动的比喻，将一个复杂的信号分解成不同频率的正弦波的叠加，就像把一首交响乐分解成各个乐器的声音。这样的比喻让我一下子就抓住了傅里叶变换的核心思想，并且能够理解它在信号分析中的重要作用。这种寓教于乐的方式，让学习过程变得轻松有趣。

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我一直认为，学习一门技术，光有理论是不够的，还需要大量的实践来巩固和验证。而这套《电气工程师自学成才手册》在这方面做得非常出色。在每一章节的结尾，都设置了大量的例题和习题，而且题目的难度和类型非常丰富，从基础概念的巩固，到复杂问题的分析，应有尽有。我每天都会留出专门的时间来做这些题目，通过解答这些问题，我不仅能检验自己对知识的掌握程度，还能发现自己理解上的盲点，及时进行查漏补缺。 更难得的是，书中在给出题目解答时，往往会提供多种解题思路和方法，并且会分析不同方法的优缺点。这种“授人以渔”式的讲解，让我学到的不仅仅是具体的解题技巧，更是解决问题的思维方式和方法论。这对于我今后独立分析和解决新的、未知的工程问题，具有非常宝贵的指导意义。我感觉自己不仅仅是在做题，更是在学习如何成为一名优秀的工程师。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就充满了力量感，深蓝色的背景搭配着银色的电气符号，给人一种严谨而又充满科技感的视觉冲击。刚拿到手的时候，我已经被它沉甸甸的分量所吸引，这预示着其内容的丰富程度。我是一名初入电气工程领域的职场新人，当初选择自学，很大程度上是因为觉得现有的很多课程和书籍要么过于理论化，要么过于碎片化，很难形成一个系统的知识体系。而这套《电气工程师自学成才手册》给我带来了惊喜。 基础篇的讲解，真的就像一个经验丰富的老师傅，循循善诱地把你带进电气工程的世界。它并没有上来就抛出复杂的公式和定理，而是从最基本、最核心的概念入手，比如电路的基本定律、元器件的特性，用非常直观易懂的语言进行阐述。我特别欣赏它在讲解时举出的那些贴近实际应用的例子，比如解释电阻时，会类比水管中水的阻力，解释电容时，会类比蓄水池的储水能力。这些类比让抽象的概念变得生动形象，一下子就解决了困惑我很久的“看不懂”的问题。而且，书中对每一个概念的定义都力求严谨，同时又不会过于学术化，很容易让没有深厚理论基础的读者理解和接受。

评分☆☆☆☆☆

在阅读提高篇的过程中，我感觉自己像是经历了一次“脱胎换骨”的升级。它在基础篇构建的扎实根基上，开始深入到一些更复杂、更实际的电气系统和问题。例如，关于电力系统的运行原理，书中就给出了非常详尽的分析，从发电、输电到配电的各个环节，都做了详细的阐述，并且结合了大量的图示和表格，让整个流程一目了然。我印象特别深刻的是关于电机的部分，它不仅介绍了不同类型电机的结构和工作原理，还深入探讨了电机在实际应用中的选型、运行控制以及常见故障的排除方法。这一点对于像我这样需要将理论知识应用于实践的工程师来说，简直是雪中送炭。 而且，提高篇还涉及到了很多电气设计方面的内容，比如各种电气符号的规范使用、电气图纸的绘制要点、以及基本的电气安全规范等等。这些内容在很多其他书籍中可能分散或缺失，但在这套手册中，被系统地整合起来，形成了一个完整的知识链条。通过学习这部分内容，我感觉自己对电气工程的理解不再停留在点状的知识，而是能够看到一个更加宏观和全面的图景，这对于提升解决实际工程问题的能力非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

对我这样一个希望成为一名优秀的电气工程师的人来说，这套《电气工程师自学成才手册》不仅仅是一本教材，更像是一位良师益友。它填补了我知识体系中的很多空白，也为我指明了未来学习和发展的方向。我尤其欣赏书中对工程伦理和职业规范的提及。虽然这些内容可能不是技术性的，但在实际工作中，它们同样至关重要。 书中在讲解某些技术时，也会提及相关的行业标准和法规要求，这让我意识到，作为一名工程师，不仅仅要掌握技术，更要遵守规则，承担责任。这种全方位的培养，让我感觉自己不仅仅是在学习一项技能，更是在塑造一个合格的工程师形象。这套书的价值，远远超出了我的预期。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对细节非常敏感的人，在学习过程中，我特别看重书籍的条理性和逻辑性。这套《电气工程师自学成才手册》在这方面绝对是教科书级别的。从基础篇到精通篇，知识体系的构建非常清晰，层层递进，循序渐进。每一个章节都围绕着一个核心主题展开，内容组织严谨，逻辑流畅。章节之间、段落之间都有明确的过渡和关联，读起来不会感到突兀或跳跃。 我尤其喜欢书中大量的图表和流程图。这些可视化元素把复杂的概念和过程变得直观易懂，大大减轻了我的阅读负担。比如，在讲解电力系统接线图时，书中提供的标准接线图和不同设备的符号表示，让我能够快速理解复杂的电气连接。又比如，在分析某个故障排除流程时，详细的流程图能够帮助我一步步地定位问题，找到解决方案。这种对细节的极致追求，让整套书的阅读体验非常流畅和高效。