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出版者:CRC Pr I Llc

作者:De La Rosa, Francisco

出品人:

页数:208

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 116.33

装帧:HRD

isbn号码:9780849330162

丛书系列:

图书标签:

• 电力系统
• 谐波
• 电力质量
• 电力电子
• 电力系统分析
• 电能转换
• 电力系统稳定性
• 滤波
• 建模与仿真
• 电力设备

《电力系统稳态分析与控制》 第一章：电力系统概述与基本概念 本章旨在为读者建立对现代电力系统的全面认知框架。我们将从电力系统在现代社会中的核心作用入手，详细阐述其组成要素——发电、输电、变电、配电和用电环节的相互关系与功能定位。重点探讨电力系统的基本运行要求，包括可靠性、经济性、安全性和环境友好性，并引入几个关键的系统参数，如电压、频率、功率潮流和短路容量。 深入解析电力系统的基本模型，从最基础的单机无穷大系统（SMI）模型开始，逐步过渡到包含多台同步电机和无限大电网的简化模型。本章详尽介绍标幺值系统（Per Unit System）的建立、重要性及其在电力系统分析中的应用，阐述如何通过统一的基准值简化复杂的阻抗和功率计算，提高计算效率和准确性。此外，还将介绍电力系统拓扑结构和节点分析的基础方法，为后续的潮流计算奠定理论基础。 第二章：电力系统潮流计算 潮流计算是电力系统分析的基石，是确定系统在给定运行条件下（发电机出力、负荷需求、网络结构）的稳态电压、功率分布等参数的核心工具。本章将全面覆盖主流的潮流计算方法。 首先，介绍导纳矩阵（Y-Bus Matrix）的构建原理及其在网络分析中的核心地位。随后，详细阐述牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson Method）在非线性潮流方程求解中的应用，包括其收敛特性、收敛速度的提升策略，以及如何处理敏感性和奇异性问题。同时，也将对雅可比矩阵的构建和迭代过程进行深入剖析。 针对大型电力系统，本章会探讨快速收敛的近似方法，如高斯-赛德尔法（Gauss-Seidel Method），并分析其在特定场景下的适用性和局限性。此外，还将引入潮流计算在系统规划、运行优化和故障分析中的具体应用案例，例如确定最优的无功补偿点和评估电压越限的可能性。本章的重点在于提供一个稳健且可操作的潮流求解框架。 第三章：同步电机和发电机组建模 本章专注于电力系统中核心的能量转换设备——同步发电机的深入建模。理解发电机的动态和暂态特性是分析电力系统稳定性的前提。 详细描述同步发电机的基本原理，包括其电磁感应过程和气隙磁场分布。重点解析同步电机暂态和次暂态模型，引入电枢反应、漏磁和励磁系统对发电机内部电动势（暂态电动势$E'_q$、$E'_d$）的影响。章节将运用dq旋转坐标系理论，建立发电机在非平衡状态下的数学模型，包括绕组的暂态和次暂态电抗、时间常数及其对系统响应速度的决定作用。 同时，本章会探讨同步发电机的静力特性（P-δ 曲线）和暂态特性。分析发电机励磁系统（包括自动电压调节器 AVR）对稳定运行的控制作用，并介绍不同类型的励磁模型及其在系统暂态分析中的参数选择依据。 第四章：电力系统无功功率与电压控制 无功功率在维持电力系统电压水平和确保设备正常运行方面起着至关重要的作用。本章系统阐述无功功率在系统中的流动规律及其控制技术。 详细分析了有功功率与无功功率的解耦特性，以及电压与无功功率之间的强耦合关系。阐述无功源的特性，包括同步发电机、静止无功发生器（SVG）、并联电容器、串联电抗器以及各种形式的静止无功补偿装置（SVC）。 本章的核心是电压控制策略。系统介绍电压控制的层级结构，从一次调压（AVR）到二次调压（系统级控制）。重点分析如何通过调整发电机的励磁、改变抽头比（OLTC）和投切无功补偿设备，来实现对特定母线电压的精确控制和系统整体电压稳定裕度的提升。此外，还将讨论电压稳定裕度的评估方法，以及在负荷密集区域如何优化无功资源的配置。 第五章：电力系统暂态稳定分析 暂态稳定是电力系统安全运行的生命线，研究系统在遭遇突发性、大幅度扰动（如短路、线路跳闸）后恢复同步运行的能力。本章是全书技术深度较高的部分。 首先，引入暂态稳定分析的基础理论，包括功率角摆动的能量平衡原理，特别是能量函数法（如等面积准则 EAC）在单机无穷大系统中的应用及其局限性。 随后，深入探讨多机系统下的暂态稳定分析方法。重点介绍时域仿真法，即通过求解发电机非线性微分代数方程组（DAE）来精确预测系统响应。详细讲解微分方程的建立，包括发电机模型、阻尼转矩的引入，以及控制系统的动态影响。 本章还会分析影响暂态稳定性的关键因素，如故障类型、故障位置、系统运行初始状态（初始功率角）、以及所采用的保护和切除策略。最后，介绍提高暂态稳定性的主要技术手段，例如串联电容器补偿、快速励磁控制和低频减载（Under-frequency Load Shedding）策略的原理与设计。 第六章：电力系统频率稳定与调频控制 频率是衡量电力系统运行质量的核心指标，它直接反映了有功功率的平衡状态。本章专注于系统频率的动态特性和有功功率的调控技术。 详细分析负荷变化的冲击对系统频率的影响，引入负荷特性模型（如指数模型）和旋转惯性对频率初期的支撑作用。重点阐述调频控制系统的工作原理，包括一次调频（Governor Free Operation）、二次调频（AGC）和三次调频。 着重分析自动发电控制（AGC）系统的结构、控制目标和实现方式，包括如何通过AGC信号实现对各发电厂的有功功率指令分配，以消除系统频率偏差和维持预定功率交换。此外，探讨惯量响应（Inertia Response）在应对功率不平衡事件中的重要性，以及如何通过增加旋转备用和快速启动的机组来增强系统对扰动的抵抗能力。 第七章：电力系统继电保护与故障分析 本章聚焦于系统故障的识别、隔离和系统恢复，这是保障电力系统安全稳定运行的最后一道防线。 系统介绍电力系统中最常见的故障类型，包括单相接地、两相短路、三相短路等，并阐述对称分量法在分析不对称故障中的应用。详细讲解故障阻抗的确定和故障电流的计算，为保护装置的选择提供基础。 继电保护系统部分将详述电流保护、距离保护（阻抗继电器）和纵差保护等基本保护原理。特别强调远动通信在保护动作中的作用，以及保护的可靠性、速动性和选择性要求。本章还会探讨接地系统对故障电流和保护选择的影响，以及微机保护技术在现代电网中的发展和应用。 第八章：电力系统暂态过程的数值求解与仿真 本章侧重于将前述的数学模型转化为可执行的数值计算方法，特别是针对复杂的非线性动态方程组的求解。 详细介绍常微分方程组（ODE）的数值积分方法，如欧拉法、龙格-库塔法（Runge-Kutta Methods）等，并分析其在电力系统暂态仿真中的适用性和精度限制。重点讲解如何使用隐式积分法（如后向欧拉法）来保证求解大型、刚性（Stiff）系统的稳定性和收敛性。 此外，本章将探讨如何高效地处理微分代数方程（DAE）组，特别是在包含复杂励磁、调速器和电磁暂态元件时。介绍在仿真软件环境中，如何建立一个包含所有关键动态元件（发电机、负荷、输电线路模型）的完整仿真框架，并进行敏感性分析和参数辨识，以验证模型与实际工况的一致性。

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