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本書是作者及其研究團隊多年來在信息能源系統(tǒng)研究領(lǐng)域理論成果及工程經(jīng)驗的集成。在碳達峰、碳中和背景下，本書試圖總結(jié)信息能源系統(tǒng)的研究工作，深度剖析了信息和能源深度耦合的信息能源系統(tǒng)的主流研究方向、核心技術(shù)和未來發(fā)展，建立起適用于實際復(fù)雜系統(tǒng)及應(yīng)用場景的基礎(chǔ)理論和工程分析方法。本書對信息能源系統(tǒng)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理、機理建模、能量流計算、協(xié)同控制及優(yōu)化運行等問題具有指導(dǎo)、借鑒作用。
本書內(nèi)容全面、實用性強，既可作為高等院校控制工程、能源動力工程、電氣工程、計算機等相關(guān)專業(yè)的研究生與本科生的實踐應(yīng)用性讀物，也可作為相關(guān)領(lǐng)域科研工作者和工程技術(shù)人員的理論參考書。

近年來，以風(fēng)光等可再生能源為主要供能形式，建設(shè)信息能源系統(tǒng)，實現(xiàn)碳達峰，碳中和重大戰(zhàn)略目標成為業(yè)界重要共識�？倳浽�2021年主持中央財經(jīng)委員會第九次會議時指出要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。多國政要、專家也認為以分布式技術(shù)為特征的信息能源系統(tǒng)是驅(qū)動第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)，新能源并網(wǎng)和多能互聯(lián)互通兩項技術(shù)入選國際期刊《麻省理工科技評論》21世紀全球100項突破性技術(shù)榜單�？梢姡畔⒛茉聪到y(tǒng)吸引了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。
雖然越來越多的關(guān)于信息能源系統(tǒng)的研究論文見之于國內(nèi)外期刊，但是尚未見到有系統(tǒng)性和工程化的著作問世。作者所在課題組較早地展開了信息能源系統(tǒng)的理論和應(yīng)用技術(shù)的研究，在信息能源系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)建模、控制方法、優(yōu)化運行等方面進行了系統(tǒng)的研究。本書是作者所在課題組在此方面取得成果的總結(jié)，共分為9章，內(nèi)容主要包括信息能源系統(tǒng)與智慧能源概述、信息能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、信息能源系統(tǒng)機理建模、能量流的計算與統(tǒng)一標度、信息能源系統(tǒng)的狀態(tài)感知與靜態(tài)穩(wěn)定性分析、信息能源系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)安全分析及防御策略、信息能源系統(tǒng)立體協(xié)同調(diào)控、多主體博弈條件下信息能源系統(tǒng)協(xié)同和信息能源系統(tǒng)耦合優(yōu)化等。全書物理概念闡述清楚，圖文并茂，條理清晰，系統(tǒng)性強，理論與實踐緊密結(jié)合。
本書由王睿、胡旭光、孫秋野共同撰寫，其中，第3、4、6、7、8章由王睿撰寫，第2、5、9章由胡旭光撰寫，第1章由孫秋野撰寫，學(xué)生王一帆、任程澤、隋政麒、任一平、姚葭、翟美娜、胡杰、劉廣亮、王丹璐參與了本書內(nèi)容的校訂工作，全書最后由王睿統(tǒng)稿。特此向一直以來支持與關(guān)心作者研究工作的所有單位和個人表示衷心的感謝，同時感謝出版界同仁為本書出版付出的辛勤勞動。
另外，本書在編寫過程中參考了很多相關(guān)書籍，在此對這些書籍的作者謹表謝意。由于作者水平有限，書中難免存在不妥之處，請讀者原諒，并提出寶貴意見。

序
前言
信息能源系統(tǒng)與智慧能源概述/
11引言/
12能源系統(tǒng)與國家戰(zhàn)略/
121國際能源發(fā)展戰(zhàn)略/
122國內(nèi)能源發(fā)展戰(zhàn)略/
123雙碳目標和實現(xiàn)路徑/
124雙碳與我們/
13信息系統(tǒng)與能源系統(tǒng)的耦合比特驅(qū)動的
瓦特變革/
14信息能源系統(tǒng)的感知建模與特性分析/
141信息能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)與機理特性/
142信息能源系統(tǒng)建模與運行仿真/
143信息能源系統(tǒng)能量流動與安全分析/
15信息能源系統(tǒng)的分布式協(xié)同控制/
151多主體主動致穩(wěn)控制/
152多層級能量互補控制/
153信息-物理交互的博弈控制/
16信息能源系統(tǒng)的分層優(yōu)化管理/
161基于集中式管理的優(yōu)化運行/
162基于分布式策略的優(yōu)化運行/
163基于人工智能的優(yōu)化運行/
164以碳中和、經(jīng)濟和安全等為目標的交易優(yōu)化
運行/
17本章總結(jié)/
信息能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理/
21引言/
211信息能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)特征/
212數(shù)據(jù)處理分類與基本方法/
22信息能源系統(tǒng)多場景數(shù)據(jù)生成/
221數(shù)據(jù)生成的需求與關(guān)鍵問題/
222基于多網(wǎng)絡(luò)混合協(xié)作的多場景數(shù)據(jù)生成
方法/
223算例分析/
23信息能源系統(tǒng)缺損數(shù)據(jù)補償/
231缺損數(shù)據(jù)補償?shù)男枨笈c關(guān)鍵問題/
232基于時空關(guān)聯(lián)變化的實時數(shù)據(jù)補償方法/
233算例分析/
24信息能源系統(tǒng)非侵入式檢測/
241非侵入式檢測方法的需求與關(guān)鍵問題/
242發(fā)-用-儲-耦合設(shè)備一體化區(qū)域的非侵入式檢測
方法/
243算例分析/
25本章總結(jié)/
信息能源系統(tǒng)機理建模/
31引言/
32自能源系統(tǒng)節(jié)點靜態(tài)模型的建立/
321電力網(wǎng)子系統(tǒng)模型/
322熱力網(wǎng)子系統(tǒng)模型/
323天然氣網(wǎng)子系統(tǒng)模型/
324自能源整體模型/
33自能源系統(tǒng)支路靜態(tài)模型的建立/
331電力流方程/
332熱力流方程/
333燃氣流方程/
34自能源系統(tǒng)碳排放流建模/
341電力系統(tǒng)碳排放流/
342熱力系統(tǒng)碳排放流/
35電-氣-熱動態(tài)方程建立/
351電力網(wǎng)子系統(tǒng)/
352天然氣網(wǎng)子系統(tǒng)/
353熱力網(wǎng)子系統(tǒng)/
354微型燃氣輪機模型/
355信息能源系統(tǒng)整體動態(tài)模型/
36自能源系統(tǒng)模型非線性降階/
361降階方法/
362仿真實驗/
37本章總結(jié)/
能量流的計算與統(tǒng)一標度/
41引言/
42信息能源系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型/
421電力網(wǎng)絡(luò)模型/
422熱力網(wǎng)絡(luò)模型/
423天然氣網(wǎng)絡(luò)模型/
424耦合節(jié)點模型/
425能量流動的統(tǒng)一模型/
426節(jié)點類型分類/
43信息能源系統(tǒng)的能量流計算/
431基于牛頓-拉夫遜法的能量流計算/
432牛頓-拉夫遜法的初值分析及收斂/
433基于能量統(tǒng)一模型的能量流計算/
434算例分析/
44信息能源系統(tǒng)的碳排放流計算/
441電力網(wǎng)絡(luò)碳排放流計算/
442天然氣網(wǎng)絡(luò)碳排放流計算/
443熱力網(wǎng)絡(luò)碳排放流計算/
444算例分析/
45信息能源系統(tǒng)的不確定性分析/
451隨機變量的數(shù)學(xué)模型/
452聯(lián)合概率-模糊能量流評估法/
453算例分析/
46信息能源系統(tǒng)的能量評估/
461能量評估/
462評估/
463碳評估/
464算例分析/
47本章總結(jié)/
信息能源系統(tǒng)的狀態(tài)感知與靜態(tài)穩(wěn)定性分析/
51引言/
52狀態(tài)感知/
521電力網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)感知/
522電-氣耦合網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)感知/
523電-氣-熱耦合網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)感知/
53靜態(tài)穩(wěn)定性分析/
531基于能量流方程的電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)/
532靜態(tài)電壓穩(wěn)定性判定矩陣建立/
533基于奇異值分解理論的靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度求解/
534算例分析/
54本章總結(jié)/
信息能源系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)安全分析及防御策略/
61引言/
62信息能源系統(tǒng)攻擊/防御博弈過程建模/
621電力系統(tǒng)狀態(tài)估計/
622惡意數(shù)據(jù)注入攻擊/
623電力系統(tǒng)全量測狀態(tài)估計/
624算例分析/
63基于蠕蟲傳播模型和FDI的雙層協(xié)同攻擊策略
研究/
631工控網(wǎng)絡(luò)蠕蟲病毒理論基礎(chǔ)/
632電力CPS的有向圖構(gòu)建/
633基于蠕蟲傳播模型的信息層攻擊/
634基于蠕蟲傳播模型和FDI的雙層協(xié)同攻擊
策略/
635算例分析/
64信息攻擊下的信息能源控制系統(tǒng)/
641拒絕服務(wù)攻擊/
642微電網(wǎng)的二級頻率控制/
643DoS攻擊下的微電網(wǎng)二級控制穩(wěn)定性分析/
644算例分析/
65信息能源系統(tǒng)的容錯控制/
651分布式發(fā)電非線性模型/
652基于反饋線性化和一致性算法的電壓分級
控制策略/
653算例分析/
66本章總結(jié)/
信息能源系統(tǒng)立體協(xié)同調(diào)控/
71引言/
72信息能源系統(tǒng)自-互-群立體協(xié)同調(diào)控體系/
721信息能源系統(tǒng)終端智能化/
722信息能源系統(tǒng)邊緣一體化/
723信息能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)化/
724信息能源系統(tǒng)自-互-群立體協(xié)同
調(diào)控體系/
73信息能源系統(tǒng)自能量單元內(nèi)部控制/
731信息能源系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器內(nèi)部控制器
設(shè)計/
732信息能源系統(tǒng)分布式能量單元下垂控制/
733信息能源系統(tǒng)多能能量單元內(nèi)部控制/
74信息能源系統(tǒng)能量單元間分布式協(xié)同控制/
741基于多智能體一致性的分

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