電力系統(tǒng)動態(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)導論
第1章引言2
1.1動態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與控制2
1-2電力系統(tǒng)動態(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)質電能的供給12
2.1.3經濟發(fā)電和輸電13
2.1.4環(huán)境問題13
2.2電力系統(tǒng)結構13
2. 2-1發(fā)電14
2.2.2輸電15
2.2.3配電15
2.2.4負荷需求16
2.3發(fā)電機組16
2.3.1同步發(fā)電機17
2.3.2勵磁機和自動電壓調節(jié)器 17
2.3.3渦輪機及其調速系統(tǒng)21
2.4變電站29
2.5輸配電網絡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45
2.6.1輸電線路保護45
2.6.2變壓器保護47
2.6.3母線保護48
2.6.4發(fā)電機組保護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 的結構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非標稱電壓比62
3.3同步發(fā)電機63
3.3.1圓柱形轉子電機64
3.3.2凸極電機70
3.3.3作為功率源的同步發(fā)電機75
3.3.4圓柱形轉子發(fā)電機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考慮網絡的等效阻抗85
3.4電力系統(tǒng)負荷88
3.4.1照明與加熱設備89
3.4.2感應電動機90
3.4.3負荷的靜態(tài)特性93
3.4.4負荷模型95
3.5網絡方程97
3.6輸電網中的潮流 101
3.6.1潮流的控制 101
3.6.2潮流計算 104
第2部分電力系統(tǒng)動態(tài)導論
第4章 電磁暫態(tài)過程108
4.1 基本原理 108
4.2 同步發(fā)電機上的三相短路 110
4.2.1 發(fā)電機空載且忽略繞組電阻時的三相短路 110
4.2.2 將繞組的電阻效應考慮進來 113
4.2.3 電樞磁通路徑與等效電抗 115
4.2.4 發(fā)電機電動勢與等效電路 119
4.2.5 初始狀態(tài)為空載時的發(fā)電機短路電流 125
4.2.6 帶載發(fā)電機的短路電流 127
4.2.7次暫態(tài)轉矩 128
4.3 相間短路 130
4.3.1 忽略繞組電阻時的短路電流和磁通 130
4.3.2 次暫態(tài)凸極效應的影響 134
4.3.3 正序和負序電抗 136
4.3.4 繞組電阻的影響 137
4.3.5次暫態(tài)轉矩 138
4.4 發(fā)電機同期并網140
4.4.1 電流與轉矩 140
4.5網絡中的短路及其清除 142
第5章小擾動機電動態(tài)過程145
5.1搖擺方程 145
5.2阻尼功率 148
5.2.1 大轉速偏差下的阻尼功率 151
5.3平衡點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 轉子磁鏈變化的影響 162
5.4.6 圍繞平衡點的轉子搖擺分析 166
5.4.7單機-無窮大系統(tǒng)的力學模擬 169
5.5 受控系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 170
5.5.1 受控發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)功率-功角特性170
5.5.2 受控發(fā)電機的暫態(tài)功率-功角特性174
5.5.3 轉子磁鏈變化的影響 176
5.5.4 AVR作用于阻尼繞組的影響 178
5.5.5對負阻尼分量的補償 179
第6章 大擾動機電動態(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絡阻抗時的穩(wěn)定性分析 180
6.1.2 有自動重合閘與無自動重合閘的短路清除 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多機系統(tǒng)中的轉子搖擺 191
6.3用于穩(wěn)定性評估的直接法 194
6.3.1 數學背景 194
6.3. 2 能量型 Lyapunov 函數 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用于多機系統(tǒng)的Lyapunov直接法 201
6.4同期過程206
6.5異步運行與再同步209
6.5.1 辻渡到異步運行的辻程 210
6.5.2 異步運行211
6.5.3再同步的可能性 211
6.6失步保護系統(tǒng)213
6.6.1功率振蕩時的阻抗軌跡 214
6.6.2功率振蕩閉鎖 216
6.6.3 同步發(fā)電機的滑極保護 217
6.6.4電網中的失步跳閘 219
6.6.5大停電的例子 221
6.7傳動軸系中的扭轉振蕩221
6.7. 1 汽輪機-發(fā)電機轉子的自然扭振頻率222
6.7.2系統(tǒng)故障的效應 227
6.7.3次同步諧振 229
第7章風力發(fā)電232
7.1風力機232
7.1. 1 發(fā)電機系統(tǒng)235
7.2感應電機等效電路 239
7.3接入電網的感應發(fā)電機242
7.4通過外部轉子電阻略微增大轉速變化范圍的感應發(fā)電機245
7.5轉速變化范圍顯著增大的感應發(fā)電機：DFIG 246
7.5.1 注入電壓與轉子電流同相時的運行特性248
7.5.2 注入電壓與轉子電流非同相時的運行特性 250
7.5.3作為同步發(fā)電機的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 機側逆變器254
7.6.2 網側逆變器255
7.7變速風力機的峰值功率跟蹤256
7.8海上風電場的接入256
7.9感應發(fā)電機的故障行為257
7.9. 1 定速感應發(fā)電機 257
7.9.2 變速感應發(fā)電機 258
7.10風電機組對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響258
第8章電壓穩(wěn)定性260
8.1 網絡可行性260
8.1. 1 理想剛性負荷261
8.1.2 負荷特性的影響 263
8.2穩(wěn)定性判據265
8.2.1 d）Q/d9 判據 265
8.2.2 dE/dV判據 267
8.2.3 dQG/dJ判據 268
8.3臨界負荷水平與電壓崩潰269
8. 3. 1 負荷增加的效應 270
8.3.2 網絡故障的影響 273
8.3.3 負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)定性與潮流的關系 276
8.4.2電壓穩(wěn)定指標 278
8.5動態(tài)分析279
8.5.1 電壓崩潰的動態(tài)辻程 279
8.5.2 電力系統(tǒng)大停電事故實例 281
8.5.3 電壓崩潰的計算機仿真 284
8.6 電壓崩潰的預防284
8.7 發(fā)電機帶容性負荷時的自勵磁 286
8. 7. 1 RLC電路中的參數諧振 286
8.7.2勵磁繞組開路時發(fā)電機的自勵磁 286
8.7.3 勵磁繞組閉合時的發(fā)電機自勵磁 289
8.7.4自勵磁的實際可能性 290
第9章 頻率穩(wěn)定和控制291
9.1自動發(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)定的防御計劃 301
9.1.7頻率控制的質量評估 302
9.2階段I ：發(fā)電機群中的轉子搖擺 304
9.3階段$ ：頻率下降 306
9.4 階段&： 一次控制 308
9.4.1旋轉備用的重要性 309
9.4.2頻率崩潰311
9.4.3低頻切負荷 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)絡線功率振蕩 316
9.6 聯(lián)絡線上的FACTS裝置322
9.6.1多機系統(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仿真結果實例 329
9.6.4AGC與聯(lián)絡線中串聯(lián)型FACTS裝置的協(xié)調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 應用于勵磁系統(tǒng)的PSS 332
10.1.2 應用于渦輪機調速器的PSS 335
10.2快關汽門336
10.3制動電阻339
10.4切機340
10.4.1 預防性切機341
10.4.2 恢復性切機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)元件實例350
10.5.5 多機系統(tǒng)的推廣352
10.5.6 仿真結果示例358
10.6 串聯(lián)補償器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 仿真結果示例371
第3部分電力系統(tǒng)動態(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374
11.1.1假設匯總374
11.1.2 定子坐標系下的磁鏈方程375
11.1.3 轉子坐標系下的磁鏈方程376
11.1.4電壓方程380
11.1.5 基于電路量的發(fā)電機電抗383
11.1.6同步發(fā)電機方程386
11.1.7同步發(fā)電機模型392
11.1.8飽和效應 395
11.2勵磁系統(tǒng)399
11.2. 1 傳感器與比較器的模型400
11.2.2勵磁機和調節(jié)器400
11.2.3電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS) 406
11-3渦輪機與渦輪機調速器406
11.3.1汽輪機模型407
11.3.2水輪機411
11.3.3風力機416
11.4動態(tài)負荷模型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 多機系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 424
12.1數學背景424
12.1.1 特征值和特征向量424
12.1.2 實方陣的對角化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包括負荷的電壓特性450
12.2.4網絡傳輸能力451
12.3受控系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性451
12.3.1發(fā)電機和網絡451
12.3.2 將勵磁系統(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實例458
第13章 電力系統(tǒng)動態(tài)仿真 462
13.1數值積分法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絡求解的多種方法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網絡變換482
14.2.1消去節(jié)點法482
14. 2. 2 采用Dimo法的節(jié)點聚合 485
14.2.3 采用Zhukov法的節(jié)點聚合 486
14.2.4 同調性488
14.3發(fā)電機組的聚合490
14.4 外部子系統(tǒng)的等效模型490
14.5同調辨識491
14.6同調等效的特性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508
附錄512
參考文獻528