本书为“十四五”国家重点图书出版规划项目“未来能源技术系列·新型电力系统”之一。本书共7章，介绍了电力领域的数字孪生技术和大数据技术及其发展方向与应用。第1章是电力物联网、现代能源系统及其数字化概述；第2章介绍了电力系统建模技术：第3章是在建模的基础上讨论了电力系统态势感知与优化调度；第4～6章为本书的核心部分，分别从数字孪生框架与数据利用方法论，数据信息化的理论、算法与案例，电力数字孪生系统的智能应用三个方面阐述了电力数字孪生系统的理念与框架、功能设计与工程实践：第7章对电力数字孪生系统工程项目的现状与未来趋势进行了介绍与展望。 本书的绝大部分内容为原创性研究成果，可供从事能源领域、系统态势感知相关工作的人员，以及数据技术、数据科学领域的研究人员参考。

1 电力物联网、现代能源系统及其数字化概述
1.1 电力系统发展
1.1.1 能源系统发展现状
1.1.2 电力物联网与综合能源网
1.1.3 综合能源网数字孪生系统
1.2 综合能源网的数字化、信息化工程背景
1.2.1 电力物联网与综合能源网工程项目
1.2.2 信息物理系统
1.3 数据科学进展
1.3.1 科学认知论的第四范式演化过程
1.3.2 数据科学——高维统计分析、人工智能技术
1.4 传统模式和工具及其局限性
1.4.1 综合能源数字孪生系统的态势感知技术
1.4.2 综合能源系统用能行为特性分析及关键因素溯源
参考文献
2 电力系统及其运行模型
2.1 动态系统的数学模型
2.1.1 线性动态系统模型
2.1.2 非线性动态系统模型
2.2 发电机的常用模型
2.2.1 abc坐标系下的有名值方程
2.2.2 同步发电机的基本方程
2.2.3 同步发电机的实用模型
2.3 励磁系统的常规数学模型
2.3.1 发电机励磁系统的原理与分类
2.3.2 发电机励磁系统的数学模型
2.3.3 励磁系统的标幺值和建模所需要的数据
2.4 原动机和调速系统的数学模型
2.4.1 发电机调速系统简介
2.4.2 发电机调速系统连续数学模型
2.5 静态负荷模型及参数辨识
2.5.1 负荷模型分类
2.5.2 负荷模型的参数辨识方法
2.5.3 静态负荷模型的参数辨识
2.6 动态负荷模型的参数辨识
2.6.1 动态负荷机理型模型的参数辨识
2.6.2 动态负荷传递函数模型的参数辨识
2.7 电力电子元件的详细模型
2.7.1 STATcOM的并联变换器数学模型
2.7.2 sssc的串联变换器数学模型
2.7.3 光伏电池的模型
2.7.4 燃料电池
2.7.5 微型燃气轮机模型
2.8 电力系统动态等值的常用方法及优缺点
2.8.1 动态等值问题
2.8.2 同调等值法
2.8.3 模式等值法
2.8.4 估计等值法
参考文献
3 系统态势感知与优化运行
3.1 综合能源系统态势感知
3.1.1 综合能源系统态势感知研究
3.1.2 虚拟电厂分布式资源聚合
3.1.3 基于合作博弈方法的多虚拟电厂运行
3.2 配电侧电力系统优化调度
3.2.1 优化运行模型
3.2.2 求解算法
3.3 区域综合能源系统优化调度
3.3.1 分布式优化调度
3.3.2 多层级协同优化方法
参考文献
4 数字孪生技术
4.1 科学范式的演变及电力系统的发展
4.2 数字孪生技术的动机和目的
4.3 数字孪生在工程实际中的应用
4.4 电力数字孪生系统的特点和功能
4.4.1 数字孪生建模
4.4.2 电力系统实时态势感知
4.4.3 超实时虚拟测试
参考文献
5 电力系统信息化
5.1 数据驱动模式
5.2 电力系统大数据分析和高维统计信息
5.2.1 电力系统数据资源
5.2.2 高维统计信息
5.3 数据挖掘框架和工具
5.3.1 深度学习
5.3.2 随机矩阵理论
5.3.3 信息熵理论
5.4 基于随机矩阵的时空大数据分析
5.4.1 高维统计信息一矩阵指标
5.4.2 矩阵系综
5.4.3 M-P定律和圆环定律
5.4.4 随机矩阵理论的中心极限定理
5.4.5 LES及基于LES的假设检验
5.5 基于数据驱动的态势感知
5.5.1 基于随机矩阵方法的运行态势估计方法
5.5.2 基于深度学习的故障诊断及定位
5.5.3 计及不确定性因素的运行态势预测技术
参考文献
6 电力系统智能化
6.1 静态系统特性的数据模型
6.1.1 电力系统潮流——电力系统雅可比矩阵
6.1.2 潮流的数据模型
6.1.3 雅可比矩阵的数据模型
6.2 动态系统特性的数据模型
6.2.1 Simulink仿真系统的搭建
6.2.2 数据模型的搭建
6.3 负荷预测与异常检测
6.3.1 负荷与用户行为预测和评估
6.3.2 电力系统稳定性扰动早期发现
6.4 基于时空数据的设备全生命周期管理
6.4.1 电力设备全生命周期的阶段
6.4.2 状态检修中电气设备状态的综合判别
6.4.3 基于随机矩阵理论的配电网变压器健康状态在线评估
6.5 系统优化运行策略
6.5.1 “细胞-组织”组态
6.5.2 虚拟电厂
参考文献
7 PSDT的应用现状及未来发展趋势
7.1 工程现状
7.1.1 国家电网上海浦东供电公司数字孪生建设实践
7.1.2 智能电厂
7.1.3 智慧能源系统
7.2 未来趋势
参考文献
索引