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出版者:高等教育

作者:施围，郭洁编著

出品人:

页数:122

译者:

出版时间:2006-9

价格:27.7

装帧:

isbn号码:9787040201437

丛书系列:

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现代电力系统动态稳定分析与控制 本书简介 本专著深入探讨了现代电力系统在复杂运行条件下所面临的关键挑战——动态稳定性的机理、分析方法及先进的控制策略。随着全球能源结构的转型，可再生能源（如风能、太阳能）的大规模并网，以及电力电子技术在电网中的广泛应用，使得传统电力系统的惯量支撑减弱，系统的固有频率特性发生显著变化，对维持电网的安全稳定运行构成了前所未有的考验。本书旨在为电力系统工程师、科研人员和高年级本科生/研究生提供一套全面、深入且具有工程实践指导意义的理论和技术体系。 第一部分：电力系统动态不稳定的理论基础与模型构建 本部分首先回顾了电力系统分析的经典理论，重点聚焦于建立精确描述系统暂态和次暂态动态行为的数学模型。 第一章：电力系统动态行为的本质 系统元件的动态特性建模： 详细阐述了同步发电机（经典模型、二阶模型、详细模型）在电磁暂态过程中的非线性微分方程组的推导。重点分析了励磁系统、调速器（Governor）对系统动态响应的影响机制，特别是不同类型励磁系统（如静止式、旋转式、功率电子型）的动态特性差异。 负荷模型的精确化： 讨论了不同类型负荷（恒阻抗、恒功率、混合模型）在动态过程中的行为差异。鉴于现代电网中大量柔性直流输电（HVDC）和柔性交流输电（FACTS）设备的存在，本书也专门探讨了这些功率电子接口对等效负荷模型稳定性的影响。 输电线路与网络拓扑的动态影响： 分析了长输电线路的分布参数效应，以及在故障条件下网络拓扑变化（如线路跳闸、开关操作）对系统动态刚度的影响。 第二章：小扰动稳定性分析：特征值方法与模态分析 小扰动稳定性是评估电网长期运行安全性的基础。本章侧重于线性化分析技术。 系统状态空间线性化： 详细介绍了在特定工作点对非线性系统进行线性化处理的过程，建立状态空间矩阵（A矩阵）。讨论了状态变量的选择对线性模型准确性的影响。 特征值分析与阻尼特性： 深入解析了系统特征值（固有频率）的物理意义。解释了特征值在复平面上的位置如何决定系统的阻尼比和衰减速度。重点分析了低频振荡模态（区域间模式和区域内模式）的识别与抑制机理。 模态分解与参与因子分析： 阐述了如何利用模态分解技术识别出对系统动态响应起主导作用的振荡模式。参与因子分析则用于确定哪些发电机组、励磁系统或控制回路是特定振荡模式的主要贡献者，为后续的控制设计提供靶向依据。 阻尼不足的识别与成因： 探讨了同步发电机组缺乏足够通风阻尼、自动电压调节器（AVR）谐振、以及电网拓扑结构变化导致的关键振荡频率。 第三部分：大扰动稳定性与暂态稳定分析 大扰动下的暂态稳定是电力系统安全运行的底线要求。本部分聚焦于系统在突发故障或严重失稳事件后的恢复能力。 第三章：暂态稳定评估与能量函数法 等面积定则（Equal Area Criterion）的扩展： 回顾了经典的单机无穷大系统等面积定则，并将其扩展至多机系统。讨论了其在实际工程应用中的局限性，特别是对包含复杂励磁控制系统的多机系统。 暂态稳定极限的计算： 介绍了基于微分校正法（Transient Stability Margin Calculation）和直接法（Direct Lyapunov Method）来确定临界切除时间（Critical Clearing Time, CCT）。 拉普诺夫函数（Lyapunov Function）在暂态稳定中的应用： 重点介绍如何构建合适的能量函数（如势能函数、修正的势能函数）来判断系统的全局稳定性，无需求解复杂的微分方程组。讨论了能量函数法的优势与构建复杂性。 第四章：次同步共振（SSR）与高频动态行为 随着风力发电和串联电容器的普及，系统中的次同步频率现象日益突出。 SSR的机理分析： 详细分析了次同步振荡的产生机制，即发电机组的励磁系统或风电机组的变流器控制与电网串联补偿电容器之间形成的反馈回路。 高频振荡与电力电子设备的相互作用： 探讨了高频开关操作、HVDC系统控制环路与电网阻抗之间的谐振问题，这对保护设备的正常动作和系统暂态稳定构成了新的挑战。 第三部分：先进的动态稳定控制技术 本部分是全书的重点，面向工程实践，系统地介绍抑制和消除系统动态不稳定的现代控制手段。 第五章：系统的稳定器设计与应用 自动电压调节器（AVR）的优化： 探讨了如何利用AVR设计出具有更强阻尼能力的控制器，特别是针对系统低频振荡的二次补偿设计。 电力系统稳定器（PSS）的设计原理： 详细阐述了PSS的基本原理，包括信号的提取（如功角、频率、功率）和信号的补偿。重点介绍基于极点配置（Pole Placement）和最优控制理论的PSS设计方法。 机械功率稳定器（MPS）与励磁阻尼器： 讨论了在发电机轴上直接提供阻尼扭矩的控制方案，以及如何利用励磁系统的高频通道来抑制次同步振荡。 第六章：基于灵活交流输电系统（FACTS）的稳定控制 FACTS设备是现代电网稳定控制的重要工具。 SVC与STATCOM在阻尼控制中的应用： 分析了静态无功补偿器（SVC）和STATCOM（静态同步补偿器）如何通过快速调节无功功率输出来增强系统动态刚度，并设计相应的辅助控制通道（如功率振荡阻尼功能POD）。 TCSC（串联电容可控补偿器）的抑制机理： 专门讨论了TCSC如何通过调节等效线路阻抗来抑制中低频的功率振荡，并分析其在不同补偿度下的动态特性。 第七章：广域测量系统（WAMS）与现代防御体系 本书最后介绍了如何利用先进的监测技术构建主动式的动态稳定防御体系。 PMU（相量测量单元）与WAMS的架构： 介绍了PMU的原理及其在同步测量系统中的作用。阐述了WAMS如何提供高时间分辨率的系统动态信息。 基于WAMS的动态安全预警与控制： 探讨了如何利用实时的模态识别结果，结合预警指数（如振荡能量指数），提前对可能发生的失稳事件进行预警。并介绍了集成化的、基于状态反馈的广域稳定控制（Wide Area Control, WAC）策略，实现对多个发电机组或FACTS设备的协调控制，以最优化地抑制系统振荡。 结论与展望 本书总结了动态稳定分析的现状，并对未来电力系统（特别是在高比例可再生能源接入背景下）在小扰动稳定、暂态稳定以及高频动态稳定性方面可能面临的新挑战，展望了智能控制算法（如强化学习、自适应控制）在未来电网稳定控制中的应用前景。

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这本书的参考文献列表非常详尽，涵盖了许多经典和前沿的研究成果。这表明作者在撰写本书时进行了大量的文献研究，并对相关的学术动态有深入的了解。通过查阅这些参考文献，读者可以进一步深入了解某个特定主题，或者获取更详细的计算方法和实验数据。这种严谨的学术态度，使得本书成为了一部具有较高学术价值和实践指导意义的参考书。对于希望在电力系统过电压领域进行深入研究的读者而言，这本书无疑是一个宝贵的起点。

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这本书的理论深度令人印象深刻。作者并没有满足于罗列各种计算公式，而是深入探讨了这些公式的推导过程和背后的物理原理。例如，在讲解雷电过电压时，书中不仅介绍了全波冲击电压和截断雷击的特性，还详细阐述了雷电感应和雷电直击两种主要过电压的形成机理。通过对电磁场理论的运用，作者清晰地展示了电压波在输电线路中传播、反射和衰减的过程。特别值得一提的是，书中关于高压电缆系统过电压的分析，详细介绍了电缆的特性阻抗、分布电容等参数对过电压的影响，以及铠装层和屏蔽层在抑制过电压方面的作用。这些内容对于从事电缆工程的设计和运行人员来说，具有极高的参考价值。

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这本书的封面设计简洁大气，采用了经典的电力系统蓝与白色调，给人一种专业、严谨的感觉。书名“电力系统过电压计算”直观地传达了本书的核心主题，让读者一眼就能明白其内容。我在拿到这本书之前，对于电力系统中过电压的形成机制、影响因素以及相应的计算方法一直感到有些模糊。阅读了这本书后，我发现它不仅仅是一本计算手册，更是一部深入浅出的理论科普作品。作者从最基础的电磁暂态现象入手，层层递进地讲解了过电压产生的各种原因，包括雷电过电压、操作过电压、感应过电压等等。书中对每一种过电压的物理过程都进行了详尽的描述，并辅以清晰的原理图和波形示意图，使得即使是初学者也能很容易地理解。

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本书在语言表达上非常严谨，但又不失易读性。作者使用了大量的专业术语，但通常会在首次出现时给出清晰的定义和解释。对于一些比较抽象的概念，作者会辅以形象的比喻和类比，帮助读者更好地理解。例如，在讲解高压电缆的集肤效应时，作者将其类比为电流在导体内分布不均，随着频率升高，电流会更倾向于在导体表面流动。这种细致入微的讲解方式，使得本书能够吸引更广泛的读者群体，不仅仅局限于资深的电力工程师，也适合对电力系统感兴趣的学生和技术人员。

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我在阅读过程中，也发现了一些可以改进的地方。例如，在某些章节中，如果能增加一些图表来更直观地展示计算过程中的中间结果，可能会更有助于理解。另外，虽然书中提到了EMTP等仿真软件，但如果能提供更具体的操作指南，或者推荐一些开源的仿真工具，可能会对一些初学者更加友好。不过，总体而言，这些都只是些许不足，本书的核心内容和价值并没有因此受到影响。它仍然是我在电力系统过电压计算方面最推崇的一本参考书。

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本书的排版设计也非常精良。字体清晰，行间距适宜，公式的编排也十分规范，阅读起来十分舒适。章节划分清晰，逻辑关系明确，目录和索引的设置也十分完善，方便读者快速查找所需信息。每一章节的开头都会有一个简要的概述，结尾也会有一个总结，这有助于读者把握本章的重点和主旨。书中插图的质量也很高，线条清晰，信息量大，为理解复杂的计算过程提供了重要的视觉辅助。

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书中提供的算例非常丰富且贴近实际工程应用。例如，在计算架空输电线路的雷电过电压时，书中不仅给出了典型的雷击参数，还考虑了线路的走向、杆塔结构、绝缘子的配置等多种因素。计算过程中，作者详细列出了每一步的计算过程，包括波阻抗的计算、波传播时间的确定、反射系数的选取等。此外，书中还包含了一些关于变压器绕组过电压、电抗器合闸过电压以及高压电动机操作过电压的计算实例。这些生动的案例不仅帮助我巩固了理论知识，更让我对如何在实际工程中应用这些计算方法有了更清晰的认识。

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我特别欣赏书中关于抑制和防护过电压的章节。除了计算过电压的产生和大小，如何有效降低过电压对设备的影响同样重要。书中详细介绍了各种过电压防护措施，包括安装避雷器、使用阻尼电阻、优化绝缘配合、改进电缆屏蔽设计等。作者对这些措施的作用机理和适用范围进行了深入的探讨，并结合实际工程案例，分析了不同防护措施的经济性和有效性。例如，关于变压器中性点接地方式对操作过电压的影响，以及如何通过合理接地来降低过电压的幅值，书中都有详细的分析和计算。这些内容为电力工程师在实际工作中制定合理的过电压防护方案提供了宝贵的指导。

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本书对电力系统安全稳定运行的意义进行了深入阐述。过电压是影响电力系统设备绝缘寿命和系统稳定运行的重要因素之一。作者在书中详细分析了不同类型的过电压对变压器、发电机、断路器、绝缘子等关键设备可能造成的损害，并强调了准确计算过电压的重要性，这直接关系到电力设备的设计选型、绝缘配合以及系统保护策略的制定。书中对瞬态过电压的频谱特性以及其对不同频率响应特性的设备的影响也进行了分析，这对于理解设备绝缘的耐受能力至关重要。

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这本书在内容组织上非常合理。首先，它从基础理论讲起，回顾了必要的电磁学知识和电路理论，为后续的过电压计算打下了坚实的基础。接着，它系统地介绍了不同类型过电压的计算方法，包括解析法、图解法和数值模拟法。在解析法部分，书中详细讲解了行波理论，并将其应用于输电线路和变压器的过电压计算。在数值模拟法部分，作者重点介绍了EMTP（Electromagnetic Transients Program）等常用仿真软件的应用，并提供了实际的算例，指导读者如何建立模型、设置参数并解读仿真结果。这种循序渐进的学习路径，使得读者能够逐步掌握复杂的计算技术。

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