電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài) 穩(wěn)定性與控制（原書第2版）

譯者序 原書前言 符號匯總
縮略語
第1部分電力系統(tǒng)導(dǎo)論
第1章引言2
1.1動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與控制2
1-2電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的分類 4
1-3兩對重要的物理量：無功功率與電壓和有功功率與頻率 6
1.4電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性7
1.5電力系統(tǒng)的安全性 8
1.6簡單的歷史回顧10
第2章電力系統(tǒng)元件12
2.1引言12
2.1.1供電的可靠性12
2.1.2優(yōu)質(zhì)電能的供給12
2.1.3經(jīng)濟(jì)發(fā)電和輸電13
2.1.4環(huán)境問題13
2.2電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)13
2. 2-1發(fā)電14
2.2.2輸電15
2.2.3配電15
2.2.4負(fù)荷需求16
2.3發(fā)電機(jī)組16
2.3.1同步發(fā)電機(jī)17
2.3.2勵(lì)磁機(jī)和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器 17
2.3.3渦輪機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)21
2.4變電站29
2.5輸配電網(wǎng)絡(luò)29
2.5.1架空線路和地下電纜30
2.5.2變壓器30
2.5.3并聯(lián)和串聯(lián)元件35
2.5.4FACTS 裝置36
2.6保護(hù)45
2.6.1輸電線路保護(hù)45
2.6.2變壓器保護(hù)47
2.6.3母線保護(hù)48
2.6.4發(fā)電機(jī)組保護(hù)48
2.7廣域測量系統(tǒng)48
2. 7. 1基于 GPS 信號的 WAMS 和 WAMPAC 49
2.7.2相量50
2.7.3相量測量單元51
2. 7.4WAMS 和 WAMPAC 的結(jié)構(gòu)52
第3章電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 54
3.1輸電線路54
3.1.1輸電線路方程與*形等效電路 55
3.1.2輸電線路的性能55
3.1.3電纜線路60
3.2變壓器60
3.2.1等效電路60
3.2.2非標(biāo)稱電壓比62
3.3同步發(fā)電機(jī)63
3.3.1圓柱形轉(zhuǎn)子電機(jī)64
3.3.2凸極電機(jī)70
3.3.3作為功率源的同步發(fā)電機(jī)75
3.3.4圓柱形轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)的無功功率能力曲線77
3.3.5電壓-無功功率能力特性9(Q) 80
3.3.6考慮網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗85
3.4電力系統(tǒng)負(fù)荷88
3.4.1照明與加熱設(shè)備89
3.4.2感應(yīng)電動(dòng)機(jī)90
3.4.3負(fù)荷的靜態(tài)特性93
3.4.4負(fù)荷模型95
3.5網(wǎng)絡(luò)方程97
3.6輸電網(wǎng)中的潮流 101
3.6.1潮流的控制 101
3.6.2潮流計(jì)算 104
第2部分電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)導(dǎo)論
第4章 電磁暫態(tài)過程108
4.1 基本原理 108
4.2 同步發(fā)電機(jī)上的三相短路 110
4.2.1 發(fā)電機(jī)空載且忽略繞組電阻時(shí)的三相短路 110
4.2.2 將繞組的電阻效應(yīng)考慮進(jìn)來 113
4.2.3 電樞磁通路徑與等效電抗 115
4.2.4 發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢與等效電路 119
4.2.5 初始狀態(tài)為空載時(shí)的發(fā)電機(jī)短路電流 125
4.2.6 帶載發(fā)電機(jī)的短路電流 127
4.2.7次暫態(tài)轉(zhuǎn)矩 128
4.3 相間短路 130
4.3.1 忽略繞組電阻時(shí)的短路電流和磁通 130
4.3.2 次暫態(tài)凸極效應(yīng)的影響 134
4.3.3 正序和負(fù)序電抗 136
4.3.4 繞組電阻的影響 137
4.3.5次暫態(tài)轉(zhuǎn)矩 138
4.4 發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)140
4.4.1 電流與轉(zhuǎn)矩 140
4.5網(wǎng)絡(luò)中的短路及其清除 142
第5章小擾動(dòng)機(jī)電動(dòng)態(tài)過程145
5.1搖擺方程 145
5.2阻尼功率 148
5.2.1 大轉(zhuǎn)速偏差下的阻尼功率 151
5.3平衡點(diǎn)151
5.4不控系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 153
5.4. 1 失步功率 153
5.4.2 暫態(tài)功率-功角特性154
5.4.3 轉(zhuǎn)子搖擺和等面積法則 160
5.4.4 阻尼繞組的影響 161
5.4.5 轉(zhuǎn)子磁鏈變化的影響 162
5.4.6 圍繞平衡點(diǎn)的轉(zhuǎn)子搖擺分析 166
5.4.7單機(jī)-無窮大系統(tǒng)的力學(xué)模擬 169
5.5 受控系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 170
5.5.1 受控發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)功率-功角特性170
5.5.2 受控發(fā)電機(jī)的暫態(tài)功率-功角特性174
5.5.3 轉(zhuǎn)子磁鏈變化的影響 176
5.5.4 AVR作用于阻尼繞組的影響 178
5.5.5對負(fù)阻尼分量的補(bǔ)償 179
第6章 大擾動(dòng)機(jī)電動(dòng)態(tài)過程180
6.1 暫態(tài)穩(wěn)定性180
6.1.1 故障清除不改變等效網(wǎng)絡(luò)阻抗時(shí)的穩(wěn)定性分析 180
6.1.2 有自動(dòng)重合閘與無自動(dòng)重合閘的短路清除 185
6.1.3功率振蕩187
6.1.4 磁通衰減的影響 187
6.1.5AVR 的影響188
6.2多機(jī)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子搖擺 191
6.3用于穩(wěn)定性評估的直接法 194
6.3.1 數(shù)學(xué)背景 194
6.3. 2 能量型 Lyapunov 函數(shù) 196
6.3.3暫態(tài)穩(wěn)定區(qū)域198
6.3.4等面積法則 199
6.3.5用于多機(jī)系統(tǒng)的Lyapunov直接法 201
6.4同期過程206
6.5異步運(yùn)行與再同步209
6.5.1 辻渡到異步運(yùn)行的辻程 210
6.5.2 異步運(yùn)行211
6.5.3再同步的可能性 211
6.6失步保護(hù)系統(tǒng)213
6.6.1功率振蕩時(shí)的阻抗軌跡 214
6.6.2功率振蕩閉鎖 216
6.6.3 同步發(fā)電機(jī)的滑極保護(hù) 217
6.6.4電網(wǎng)中的失步跳閘 219
6.6.5大停電的例子 221
6.7傳動(dòng)軸系中的扭轉(zhuǎn)振蕩221
6.7. 1 汽輪機(jī)-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的自然扭振頻率222
6.7.2系統(tǒng)故障的效應(yīng) 227
6.7.3次同步諧振 229
第7章風(fēng)力發(fā)電232
7.1風(fēng)力機(jī)232
7.1. 1 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)235
7.2感應(yīng)電機(jī)等效電路 239
7.3接入電網(wǎng)的感應(yīng)發(fā)電機(jī)242
7.4通過外部轉(zhuǎn)子電阻略微增大轉(zhuǎn)速變化范圍的感應(yīng)發(fā)電機(jī)245
7.5轉(zhuǎn)速變化范圍顯著增大的感應(yīng)發(fā)電機(jī)：DFIG 246
7.5.1 注入電壓與轉(zhuǎn)子電流同相時(shí)的運(yùn)行特性248
7.5.2 注入電壓與轉(zhuǎn)子電流非同相時(shí)的運(yùn)行特性 250
7.5.3作為同步發(fā)電機(jī)的DFIG 250
7.5.4 DFIG的控制策略 252
7.6全功率換流器系統(tǒng)：大范圍變速控制253
7.6. 1 機(jī)側(cè)逆變器254
7.6.2 網(wǎng)側(cè)逆變器255
7.7變速風(fēng)力機(jī)的峰值功率跟蹤256
7.8海上風(fēng)電場的接入256
7.9感應(yīng)發(fā)電機(jī)的故障行為257
7.9. 1 定速感應(yīng)發(fā)電機(jī) 257
7.9.2 變速感應(yīng)發(fā)電機(jī) 258
7.10風(fēng)電機(jī)組對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響258
第8章電壓穩(wěn)定性260
8.1 網(wǎng)絡(luò)可行性260
8.1. 1 理想剛性負(fù)荷261
8.1.2 負(fù)荷特性的影響 263
8.2穩(wěn)定性判據(jù)265
8.2.1 d）Q/d9 判據(jù) 265
8.2.2 dE/dV判據(jù) 267
8.2.3 dQG/dJ判據(jù) 268
8.3臨界負(fù)荷水平與電壓崩潰269
8. 3. 1 負(fù)荷增加的效應(yīng) 270
8.3.2 網(wǎng)絡(luò)故障的影響 273
8.3.3 負(fù)荷特性曲線形狀的影響 274
8.3.4電壓控制的影響 275
8.4靜態(tài)分析276
8.4.1 電壓穩(wěn)定性與潮流的關(guān)系 276
8.4.2電壓穩(wěn)定指標(biāo) 278
8.5動(dòng)態(tài)分析279
8.5.1 電壓崩潰的動(dòng)態(tài)辻程 279
8.5.2 電力系統(tǒng)大停電事故實(shí)例 281
8.5.3 電壓崩潰的計(jì)算機(jī)仿真 284
8.6 電壓崩潰的預(yù)防284
8.7 發(fā)電機(jī)帶容性負(fù)荷時(shí)的自勵(lì)磁 286
8. 7. 1 RLC電路中的參數(shù)諧振 286
8.7.2勵(lì)磁繞組開路時(shí)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)磁 286
8.7.3 勵(lì)磁繞組閉合時(shí)的發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁 289
8.7.4自勵(lì)磁的實(shí)際可能性 290
第9章 頻率穩(wěn)定和控制291
9.1自動(dòng)發(fā)電控制291
9.1. 1發(fā)電出力特性曲線 292
9.1.2一 次控制294
9.1.3二次控制296
9.1.4三次控制300
9.1.5作為多級控制的AGC 300
9.1.6抗頻率不穩(wěn)定的防御計(jì)劃 301
9.1.7頻率控制的質(zhì)量評估 302
9.2階段I ：發(fā)電機(jī)群中的轉(zhuǎn)子搖擺 304
9.3階段$ ：頻率下降 306
9.4 階段&： 一次控制 308
9.4.1旋轉(zhuǎn)備用的重要性 309
9.4.2頻率崩潰311
9.4.3低頻切負(fù)荷 313
9.5 階段'：二次控制 313
9.5.1孤島系統(tǒng)313
9.5.2互聯(lián)系統(tǒng)與聯(lián)絡(luò)線功率振蕩 316
9.6 聯(lián)絡(luò)線上的FACTS裝置322
9.6.1多機(jī)系統(tǒng)的增量模型322
9.6. 2基于Lyapunov方法的狀態(tài)變量控制 326
9.6.3仿真結(jié)果實(shí)例 329
9.6.4AGC與聯(lián)絡(luò)線中串聯(lián)型FACTS裝置的協(xié)調(diào)331
第10章 提高穩(wěn)定性的措施 332
10.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器332
10.1. 1 應(yīng)用于勵(lì)磁系統(tǒng)的PSS 332
10.1.2 應(yīng)用于渦輪機(jī)調(diào)速器的PSS 335
10.2快關(guān)汽門336
10.3制動(dòng)電阻339
10.4切機(jī)340
10.4.1 預(yù)防性切機(jī)341
10.4.2 恢復(fù)性切機(jī)342
10.5并聯(lián) FACTS 裝置 342
10.5.1 功率-功角特性曲線 343
10.5.2狀態(tài)變量控制345
10.5.3 基于就地測量量的控制347
10.5.4 可控并聯(lián)元件實(shí)例350
10.5.5 多機(jī)系統(tǒng)的推廣352
10.5.6 仿真結(jié)果示例358
10.6 串聯(lián)補(bǔ)償器360
10.6.1狀態(tài)變量控制361
10.6.2 基于等面積法則的解釋363
10.6.3 基于電流二次方的控制策略364
10.6.4 基于其他就地測量量的控制365
10.6.5 仿真結(jié)果366
10.7統(tǒng)一潮流控制器367
10.7.1 功率-功角特性曲線367
10.7.2 狀態(tài)變量控制369
10.7.3 基于就地測量量的控制370
10.7.4 仿真結(jié)果示例371
第3部分電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)高級專題
第11章 電力系統(tǒng)高級建模 374
11- 1同步發(fā)電機(jī)374
11.1.1假設(shè)匯總374
11.1.2 定子坐標(biāo)系下的磁鏈方程375
11.1.3 轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的磁鏈方程376
11.1.4電壓方程380
11.1.5 基于電路量的發(fā)電機(jī)電抗383
11.1.6同步發(fā)電機(jī)方程386
11.1.7同步發(fā)電機(jī)模型392
11.1.8飽和效應(yīng) 395
11.2勵(lì)磁系統(tǒng)399
11.2. 1 傳感器與比較器的模型400
11.2.2勵(lì)磁機(jī)和調(diào)節(jié)器400
11.2.3電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS) 406
11-3渦輪機(jī)與渦輪機(jī)調(diào)速器406
11.3.1汽輪機(jī)模型407
11.3.2水輪機(jī)411
11.3.3風(fēng)力機(jī)416
11.4動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型420
11.5FACTS 裝置422
11.5.1 并聯(lián) FACTS 裝置 422
11.5.2 串聯(lián) FACTS 裝置 423
第12章 多機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 424
12.1數(shù)學(xué)背景424
12.1.1 特征值和特征向量424
12.1.2 實(shí)方陣的對角化428
12.1.3 矩陣微分方程的求解432
12.1.4 模態(tài)分析與靈敏度分析439
12.1.5具有輸入的狀態(tài)方程的模態(tài)形式442
12.1.6非線性系統(tǒng)442
12.2不控系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性443
12.2.1狀態(tài)空間方程444
12.2.2 簡化的靜態(tài)穩(wěn)定條件446
12.2.3包括負(fù)荷的電壓特性450
12.2.4網(wǎng)絡(luò)傳輸能力451
12.3受控系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性451
12.3.1發(fā)電機(jī)和網(wǎng)絡(luò)451
12.3.2 將勵(lì)磁系統(tǒng)模型及電壓控制列入方程455
12.3.3系統(tǒng)的線性狀態(tài)方程456
12.3.4實(shí)例458
第13章 電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真 462
13.1數(shù)值積分法463
13.2分割解法467
13.2.1 部分矩陣求逆 469
13.2.2矩陣分解472
13.2.3牛頓法473
13.2.4 避免迭代的方法和網(wǎng)絡(luò)求解的多種方法476
13.3統(tǒng)一解法478
13.4求解方法的比較479
第14章 電力系統(tǒng)模型簡化——等效方法 481
14.1等效的類型481
14.2網(wǎng)絡(luò)變換482
14.2.1消去節(jié)點(diǎn)法482
14. 2. 2 采用Dimo法的節(jié)點(diǎn)聚合 485
14.2.3 采用Zhukov法的節(jié)點(diǎn)聚合 486
14.2.4 同調(diào)性488
14.3發(fā)電機(jī)組的聚合490
14.4 外部子系統(tǒng)的等效模型490
14.5同調(diào)辨識491
14.6同調(diào)等效的特性495
14.6.1Zhukov法的電氣解釋 495
14.6.2增量等效模型497
14.6.3精確同調(diào)性的模態(tài)解釋499
14.6.4等效模型的特征值和特征向量503
14.6.5等效模型的平衡點(diǎn)508
附錄512
參考文獻(xiàn)528