书名：智慧能源系统——架构、控制与应用
书号：978-7-5239-0945-4
定价：45元
作者：徐宝萍
出版时间：2026-03-06
出版社：中国电力出版社
页码： 184    字数(千字)：256
开本：16开    版次：1    印次：1

品牌介绍

中国电力出版社成立于 1951 年，作为中国成立最早的中央科技出版社之一，曾隶属于水利电力部、能源部、电力工业部、国家电力公司，现为国家电网公司所属的科技出版社，在电气技术专业出版领域享有极高的声誉。该社作为以图书出版为主体，音像、电子出版物、期刊、网络出版共同发展的大型出版企业，以强大的出版资源和高素质的专业队伍，致力于向读者提供包括电力工程、电气工程、建筑工程、电子技术、信息技术、外语、大中专教材、家教等学科门类齐全的权威出版物，也竭力为广大师生提供精品教材，是教育部和北京市教委规划教材的出版基地之一。

编辑推荐

本书分别从能源与环境，燃烧过程中硫氧化物、氮氧化物、颗粒物、有机污染物、特殊污染物的生成与控制，以及二氧化碳捕集与利用等方面详细介绍了燃烧过程中污染物的生成机理及控制技术的基本原理和方法，理论结合实际，突出国内外最新进展和技术，旨在为有效控制燃烧污染物排放提供理论参考和技术借鉴。

产品特色

本书突出国内外最新进展和技术，并对相关内容进行了详尽的阐述，便于读者全面掌握该专业领域的基础理论知识和研究前沿。

作者介绍

本书可作为高等院校能源动力、电气工程、自动化、建筑环境与能源应用工程等相关专业的教材，也可供相关领域的科研与工程技术人员参考。

内容介绍

本书立足于国家“双碳”战略与新型电力系统建设背景，旨在构建一套融合能源、自动化与人工智能的跨学科知识体系。全书共9章，遵循“基础架构→核心控制→系统工程→前沿展望”的逻辑展开介绍。其中第1、2章宏观阐述智慧能源系统的内涵、架构与发展脉络；第3、4章深入剖析数字式控制器、传感器与执行器，并以典型设备为例讲解控制实现；第5、6章系统阐述经典PID控制到自适应、预测控制等先进策略，并完成从理论到实践的验证；第7、8章以典型的建筑能源系统为载体，详解系统控制与优化；第9章则聚焦电热储协同、光储直柔、故障诊断等前沿方向，展现理论与技术的融合创新。书中从硬件基础、控制原理到系统优化，由浅入深地介绍，脉络清晰；立足前沿，引入先进控制策略与人工智能融合；体现产教融合特点。 本书可作为高等院校能源动力、电气工程、自动化、建筑环境与能源应用工程等相关专业教材，也可供相关领域的科研与工程技术人员参考。
本书适用于 本书立足于国家“双碳”战略与新型电力系统建设背景，旨在构建一套融合能源、自动化与人工智能的跨学科知识体系。全书共9章，遵循“基础架构→核心控制→系统工程→前沿展望”的逻辑展开介绍。其中第1、2章宏观阐述智慧能源系统的内涵、架构与发展脉络；第3、4章深入剖析数字式控制器、传感器与执行器，并以典型设备为例讲解控制实现；第5、6章系统阐述经典PID控制到自适应、预测控制等先进策略，并完成从理论到实践的验证；第7、8章以典型的建筑能源系统为载体，详解系统控制与优化；第9章则聚焦电热储协同、光储直柔、故障诊断等前沿方向，展现理论与技术的融合创新。书中从硬件基础、控制原理到系统优化，由浅入深地介绍，脉络清晰；立足前沿，引入先进控制策略与人工智能融合；体现产教融合特点。 本书可作为高等院校能源动力、电气工程、自动化、建筑环境与能源应用工程等相关专业教材，也可供相关领域的科研与工程技术人员参考。

前言

我们正置身于一场由能源革命与数字革命交织驱动的深刻变革之中。“双碳”目标的宏伟蓝图与新型电力系统的构建需求，对能源领域的从业者提出了前所未有的挑战—我们必须具备融合能源系统、自动控制与信息技术的跨学科视野与能力。然而，现有教学体系中，此类知识往往分散于不同专业，缺乏有机整合。为此，我们撰写了这本《智慧能源系统—架构、控制与应用》，并荣幸地将其列入电力行业“十四五”规划教材。 本书的书名精准地揭示了我们的核心编写思路。“架构”是系统的骨骼，决定了其整体形态与能力边界；“控制”是系统的神经，是实现其精准调节与动态优化的核心技术手段；“应用”则是系统的血肉，是架构与控制技术在具体场景中价值的最终体现。我们深信，这“三位一体”的框架，是培养能够驾驭未来复杂能源系统的复合型人才的关键。 在内容设计上，我们力求在传承经典与引领创新之间找到平衡。我们充分学习并借鉴了江亿院士、王盛卫教授等前辈学者的经典教材之精华，同时，我们更加注重： （1）体系的完整性：打破专业壁垒，以“架构-控制-应用”为骨架，不再将自动化技术视为能源系统的外部附件，而是将其作为智慧能源系统内生的、不可或缺的组成部分进行系统性阐述； （2）知识的载体性：选择与人们工作生活联系最紧密的建筑能源系统作为核心教学案例，阐释智慧能源系统的通用架构、控制方法及其在应对实际工程问题中的价值，其原理与方法可迁移至区域能源、工业节能等诸多场景； （3）技术的时代性：在夯实经典控制、先进控制等基础理论的同时，探讨其与人工智能融合趋势，并引入“电热储协同”“光储直柔”“物理信息融合的故障诊断”等前沿内容，展现智慧能源系统的未来图景。 本书承蒙清华大学刘晓华教授悉心审阅全稿，并提出了诸多宝贵意见，特此致以衷心的感谢！本书的编写得到了国家自然科学基金（NO.52278106）的支持，特此致谢！ 本书承前启后，既是对前辈学者学术思想的传承，也是跨学科同仁在智慧能源领域探索与实践的结晶。主编徐宝萍老师以其十余年科研教学积淀，构建了全书的知识体系；参编刘敏主任则从企业一线视角，确保了案例分析的实践深度与工程价值。谨此，向所有支持本书编写的同仁以及为我们奠定学术基石的前辈学者，致以最诚挚的谢意。 鉴于智慧能源技术发展一日千里，书中疏漏与不足之处，恳请各位专家和读者不吝指正，共同推动本领域教材建设与人才培养工作的进步。 编 者 于华北电力大学 2025年11月

目录

前言
第1章 绪论 1
11 人工智能发展历程 3
111 早期人工智能研究 4
112 人工智能的第一次浪潮 4
113 人工智能的第二次浪潮 5
114 人工智能的第三次浪潮 5
12 能源系统的挑战与智慧化转型 6
121 “双碳”战略下的能源发展新格局 6
122 传统能源系统面临的挑战 7
123 能源系统与人工智能的深度融合 7
13 智慧能源系统的典型应用场景 8
131 智能建筑的发展历史 8
132 智能建筑的子系统 10
133 智能建筑的核心技术 12
134 智能建筑的相关标准 13
14 本书内容与结构 13
第2章 智慧能源系统内涵、发展与架构 15
21 智慧能源系统的内涵与功能 17
211 智慧能源系统的内涵 17
212 智慧能源系统的核心功能 17
22 智慧能源系统的发展历史 18
221 第一代：基于计算机的中央控制和监测面板 18
222 第二代：基于小型计算机并带有数据收集单元 19
223 第三代：基于微处理器并使用局域网（LAN） 20
224 第四代：与互联网/内联网兼容的开放式系统 20
23 智慧能源系统的架构 22
231 系统架构 22
232 编程平台和环境 23
233 管理和监测平台及界面 23
234 人工智能的三要素：算力、数据与算法 24
第3章 数字式控制器 27
31 计算机内部数据形式 29
32 微型计算机的结构和总线 30
33 微处理器、存储器及输入输出单元 31
331 微处理器结构 31
332 微处理器的运行和软件 32
333 存储器类型与容量 32
334 输入/输出单元 33
335 输入单元：采样 33
336 输入单元：模数转换 34
337 输出单元：数模转换 34
34 传感器和执行器 35
341 传感器的构成与分类 35
342 通用技术规格 35
343 执行器 36
第4章 恒温恒湿空调机的控制系统 37
41 恒温恒湿空调机及其控制要求 39
42 传感器类型及选择 40
421 温度传感器 40
422 湿度传感器 42
423 开关型输出传感器 42
424 传感器故障类型 42
425 传感器准确测量的实现 44
43 执行器的选择与接口电路 45
431 电加热器、加湿器的控制 45
432 风机、制冷压缩机的电机控制 47
433 电动水阀及其控制 50
44 基于单片机的控制器 51
441 单片机的引脚构成 51
442 单片机输入/输出的实现 53
443 控制器的接口电路 53
444 控制、保护和调节逻辑 55
45 控制调节过程 56
451 初始调节和室内状态的建立 56
452 温湿度状态的维持和恒温恒湿的实现 57
第5章 过程控制 59
51 开环及闭环控制 61
511 开环控制的特点 61
512 闭环控制回路 61
52 比例、积分、微分控制 63
521 比例控制 64
522 积分控制 66
523 微分控制 67
524 PID控制函数 68
53 PID参数整定 69
531 开环试验法 69
532 闭环试验法 71
54 直接数字控制 71
541 数字PID控制器 71
542 直接数字控制回路 72
543 先进PID应用 73
55 先进控制策略 73
551 自适应控制 73
552 预测控制 76
553 鲁棒与容错控制 76
554 先进控制与人工智能的融合 77
第6章 散热器试验台的控制 79
61 采暖散热器性能试验台 81
62 控制系统仿真分析方法 82
621 微分方程与传递函数 82
622 控制系统结构图的组成和绘制 82
63 比例调节器的调节特性 83
631 理想条件下的比例调节 83
632 考虑执行器热惯性的调节过程 87
633 考虑传感器滞后的系统响应 91
634 热力系统的简化建模与近似 92
64 PID调节器的调节特性与整定 93
641 积分调节特性 93
642 微分调节特性 96
643 PID控制器性能分析 97
644 PID参数现场整定 98
65 PID调节的实际工程问题 99
651 比例带与调节精度的权衡 99
652 积分饱和现象及克服方法 100
653 微分调节的噪声影响 101
654 数字控制的采样周期 101
655 控制系统的鲁棒性 103
66 从PID到智能控制 103
661 基于自适应PID的试验台变工况控制 103
662 实验台温度的预测控制 104
663 传感器故障下的鲁棒性分析与容错策略 104
第7章 空调系统的控制和优化 105
71 空调过程的典型控制回路 107
711 典型的空气侧系统 107
712 控制方式 107
713 控制变量 110
72 定风量系统的控制 112
721 基本控制 112
722 改进的串级控制 113
723 送风温度串级与序列分段控制 113
73 变风量系统的控制 114
731 变风量AHU的控制 114
732 变风量末端及室温控制 115
74 新风量控制与优化 116
741 节能器控制及其性能 117
742 按需控制通风（DCV） 117
743 融合DCV控制的AHU序列分段控制 118
75 空气侧系统的在线优化控制 120
751 静压设定值在线优化重设 120
752 送风温度设定值在线优化重设 121
第8章 中央制冷系统控制及优化 123
81 制冷基本原理及系统构成 125
811 制冷基本工作原理 125
812 制冷机的制冷能力控制 126
813 冷却系统 126
814 冷冻水系统 126
82 制冷机性能及系统优化 129
821 制冷机能耗特性 129
822 系统优化控制概况 130
83 冷却系统控制优化 131
831 风冷系统的优化 131
832 水冷系统的优化 132
833 海水冷却系统的优化 133
84 冷冻水系统控制优化 133
841 变流量系统 133
842 定流量系统 134
85 制冷机时序控制 135
851 基于回水温度的时序控制 135
852 基于旁通管流量的时序控制 136
853 基于功耗测量的时序控制 137
854 基于冷负荷的时序控制 137
855 制冷机控制的其他要点 138
86 冷冻水泵控制 138
861 基于冷水机/水泵联锁的水泵时序控制 138
862 二次环路定速泵的时序控制 139
863 二次环路变速泵的转速控制 140
第9章 智慧能源系统的前沿应用 141
91 电热储协同调控 143
911 新型电力系统特征 143
912 供热系统综合仿真模型 145
913 情景一：热泵供热系统柔性调控 147
914 情景二：长输供热系统优化 152
915 前景展望 155
92 光储直柔技术 156
921 系统构建要素 156
922 相关支持政策 159
923 典型工程案例 160
924 建筑电网友好交互的发展趋势 161
93 故障在线诊断方法 162
931 数据物理融合的双层模型框架 163
932 典型故障及特征参数筛选 164
933 贝叶斯网络分层框架 164
934 冷机多工况模拟分析 164
935 贝叶斯网络故障识别准确率 166
936 研究展望 167
94 多场景应用展望 167
941 无中心群智能技术 168
942 大模型与综合能源系统智能化运行 168
943 数据中心电算热多元协同 169
参考文献 170