Introduction to FACTS Controllers

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出版者:
作者:Sen, Kalyan K./ Sen, Mey Ling
出品人:
页数:521
译者:
出版时间:2009-9
价格:969.00元
装帧:
isbn号码:9780470478752
丛书系列:
图书标签:
  • FACTS
  • 电力系统
  • 电力电子
  • HVDC
  • 柔性交流输电系统
  • 电力控制
  • 电力系统分析
  • 电力设备
  • 可控串联电抗器
  • 静态无功补偿器
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具体描述

Demystifies FACTS controllers, offering solutions to power control and power flow problems Flexible alternating current transmission systems (FACTS) controllers represent one of the most important technological advances in recent years, both enhancing controllability and increasing power transfer capacity of electric power transmission networks. This timely publication serves as an applications manual, offering readers clear instructions on how to model, design, build, evaluate, and install FACTS controllers. Authors Kalyan Sen and Mey Ling Sen share their two decades of experience in FACTS controller research and implementation, including their own pioneering FACTS design breakthroughs. Readers gain a solid foundation in all aspects of FACTS controllers, including: Basic underlying theories Step-by-step evolution of FACTS controller development Guidelines for selecting the right FACTS controller Sample computer simulations in EMTP programming language Key differences in modeling such FACTS controllers as the voltage regulating transformer, phase angle regulator, and unified power flow controller Modeling techniques and control implementations for the three basic VSC-based FACTS controllers—STATCOM, SSSC, and UPFC In addition, the book describes a new type of FACTS controller, the Sen Transformer, which is based on technology developed by the authors. An appendix presents all the sample models that are discussed in the book, and the accompanying FTP site offers many more downloadable sample models as well as the full-color photographs that appear throughout the book. This book is essential reading for practitioners and students of power engineering around the world, offering viable solutions to the increasing problems of grid congestion and power flow limitations in electric power transmission systems.

电网潮流控制与电力系统稳定性增强 本书将深入探讨现代电力系统中至关重要的两个方面:电网潮流控制与电力系统稳定性增强。随着全球能源需求的持续增长以及可再生能源的广泛接入,传统电力系统的运行模式面临着前所未有的挑战。如何高效、安全、稳定地运行这些日益复杂的电网,成为了电力工程师和研究人员亟待解决的核心问题。 电网潮流控制:优化电力传输的利器 电网潮流控制是电力系统运行和规划的关键技术之一,其核心目标是主动、精确地控制电力在输电网络中的流动方向和数量。传统的电力系统在潮流控制方面存在显著的局限性,往往依赖于发电机出力和线路阻抗的被动调整,这使得电力系统在面对负荷波动、故障扰动以及风能、太阳能等间歇性电源接入时,容易出现潮流越限、电压不稳定、甚至系统崩溃等问题。 本书将聚焦于各种先进的电网潮流控制技术,包括但不限于: 柔性交流输电系统 (FACTS) 技术: 尽管本书的书名是Introduction to FACTS Controllers,但我们将跳出仅介绍 FACTS 控制器的局限,而是从更宏观的视角审视 FACTS 技术在电网潮流控制中的原理、应用及其发展。我们将深入分析 FACTS 设备,如静止无功补偿器 (SVC)、统一潮流控制器 (UPFC)、动态电压恢复器 (DVR)、静止同步补偿器 (STATCOM) 等,如何通过调节线路的感抗、电压相位差以及提供无功功率来灵活地控制电网潮流。我们将详细阐述这些设备的工作机制,探讨其在提高输电能力、改善电压稳定性、减少系统损耗方面的优势,并分析其在不同应用场景下的可行性。 高压直流输电 (HVDC) 技术: 作为一种重要的远距离、大容量输电方式,HVDC 在潮流控制方面具有得天独厚的优势。本书将探讨 HVDC 技术如何通过控制直流输电线路的功率传输,实现对交流系统潮流的有效干预,尤其是在跨区域互联以及连接不同频率电网方面的重要作用。 其他先进控制策略: 除了传统的 FACTS 设备和 HVDC,本书还将介绍一些新兴的潮流控制技术,如基于电力电子器件的混合FACTS 设备,以及利用人工智能和大数据技术实现的智能潮流预测与控制方法。这些技术将为实现更精细化、更智能化的电网运行提供新的解决方案。 电力系统稳定性增强:保障电网安全运行的基石 电力系统稳定性是指电力系统在受到扰动后,能够恢复到正常运行状态的能力。稳定性问题直接关系到电网的可靠供电和用户的用电安全。随着电力系统规模的扩大、结构的复杂化以及新能源的快速发展,电力系统的稳定性正面临着越来越严峻的挑战。 本书将深入研究电力系统稳定性增强的各个方面,重点关注: 动态稳定性: 探讨电力系统在发生大范围扰动(如线路故障、机组跳闸)后,系统电压、频率和转子角度等参数的动态变化,以及如何通过有效的控制手段来抑制振荡、避免失步。我们将详细分析影响动态稳定性的关键因素,并介绍各种抑制暂态振荡和低频振荡的控制策略,包括励磁系统控制、调速器控制以及更加先进的电力系统稳定器 (PSS) 的原理和应用。 电压稳定性: 关注电力系统在负荷快速增加或无功功率不足的情况下,电压下降甚至发生电压崩溃的现象。本书将深入分析电压不稳定的机理,并探讨各种提高电压稳定性的措施,包括合理的无功功率补偿、最优的电压控制策略,以及 FACTS 设备在提高电压裕度方面的作用。 小扰动稳定性: 分析电力系统在受到小幅扰动后,各项参数是否能够快速恢复到稳态。本书将介绍小扰动稳定性分析的方法,并探讨如何通过优化系统参数和控制策略来改善系统的阻尼特性,提高小扰动稳定性。 新能源接入的影响与应对: 随着风电、光伏等新能源发电比例的提高,其固有的间歇性和波动性对电力系统的稳定性带来了新的挑战。本书将重点分析新能源接入对系统稳定性的影响,并介绍如何通过采用储能技术、发展先进的功率预测与控制技术,以及优化系统结构来应对这些挑战。 跨越学科的融合,面向未来的实践 本书旨在融合电力系统稳态运行、动态运行以及电力电子技术等多个领域的知识。通过理论分析、仿真计算和实际工程案例相结合的方式,读者将能够深刻理解电网潮流控制和电力系统稳定性增强之间的内在联系,以及 FACTS 和其他先进技术在解决实际工程问题中的重要作用。 无论是电力系统规划设计、运行调度,还是电力电子设备研发,本书都将为相关领域的专业人士提供宝贵的参考价值,帮助他们掌握应对未来电力系统复杂性的关键技术,为构建更可靠、更经济、更绿色的电力系统贡献力量。

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读后感

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用户评价

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这本书给我的最大感受是“未雨绸缪”。它几乎涵盖了从基础概念到高阶系统稳定性分析的完整知识链条,但其高光时刻在于对“约束条件下的优化”的处理。作者非常强调在工程实践中,资源(计算能力、传感器精度、执行器带宽)是有限的,任何理论上完美的解决方案都必须服从于这些物理约束。因此,书中大量篇幅用于讲解如何在这些约束下,设计出性能接近最优的次优解。这种务实的态度,使得本书的理论推导成果并非空中楼阁。我尤其欣赏它在探讨动态性能指标时,不仅仅关注了稳态误差,还对暂态过程中的过冲、振荡频率等指标进行了详尽的量化分析,并提供了直接与设计参数挂钩的工程准则。这本书更像是一份行动指南,指导工程师如何在真实、充满限制的世界里,设计出最可靠、最高效的电力控制系统,而不是停留在纸面上的完美模型。

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我花了近一个月的时间才勉强读完这本书的初稿,坦白说,这简直是一次智力上的马拉松。这本书的叙事节奏非常缓慢,每一个章节都像是一个精心雕琢的微观世界,作者仿佛是一位耐心至上的导师,生怕读者漏掉任何一个细微的差别。举例来说,在讨论某一类特定拓扑结构时,书中会详细对比三种不同工作模式下的能量流向,并用详尽的波形图来佐证,即便是最细微的电流纹波变化,也逃不过作者的法眼。这种对细节的偏执,使得本书的论证过程异常坚实,几乎找不到可以挑剔的逻辑漏洞。但这种详尽也带来了阅读上的挑战,有时为了理解一个关键的限制条件,我不得不来回翻阅好几页,将前面建立的模型与当前讨论的情景进行交叉印证。这本书的价值在于其深度而非广度,它没有试图去覆盖所有已知的控制方法,而是聚焦于深入剖析少数几种核心方法的物理本质和工程约束。对于那些追求“知其所以然”的资深研究人员来说,这本书提供的深度解析是其他泛泛而谈的教材望尘莫及的。

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这本厚重的著作,封面设计简洁,黑底白字,透着一股严谨的学术气息。刚翻开目录时,就被其涵盖的广度所震撼。它似乎将电力电子学中的一个特定领域,以一种近乎百科全书式的详尽程度进行了梳理。阅读过程中,我发现作者在理论推导上极为扎实,每一个公式的引入都有其严密的逻辑铺垫,很少出现那种为了追求篇幅而堆砌概念的情况。书中对于基础理论的阐述,例如谐波分析和相量法,即使是对电力系统有一定了解的工程师来说,也提供了新的、更深入的视角。特别值得称赞的是,作者并没有止步于纯粹的数学模型,而是花费了大量篇幅去探讨实际应用中的非理想因素,比如器件的开关损耗、控制器的时滞效应等,这些细节的处理,极大地提升了本书的实用价值。对于希望从理论走向实践的读者,这本书无疑是一份难得的宝藏,它不仅仅是知识的集合,更像是一本精密的工程手册,指导着你如何将抽象的理论转化为稳定可靠的系统。不过,对于初学者而言,可能需要提前具备扎实的电力电子学背景,否则初期的章节会带来一定的阅读门槛。

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从设计者的角度来看,这本书最大的贡献在于其对系统级集成的深刻洞察。许多教材都将硬件设计和软件控制割裂开来讨论,但在这本书中,这两者被无缝地编织在一起。作者在阐述控制算法时,总是会同步考虑目标硬件平台的能力和限制,例如,如何根据微处理器的运算速度来选择最优的离散化方法,或者如何在有限的ADC采样精度下优化状态观测器的设计。这种“软硬兼施”的写法,极大地帮助读者建立起一个完整的系统观。特别是书中关于保护机制和故障诊断的部分,非常贴近实际工业应用的需求,它不仅仅是罗列出几种保护方案,而是深入分析了在各种电网扰动下,不同保护逻辑的触发时序和响应速度的权衡。我个人认为,这本书的价值不仅仅在于传授知识,更在于培养一种系统思维——那种在设计初期就预见到未来潜在风险并提前布局的能力。对于需要进行全系统仿真的工程师来说,书中的参数设置和模型简化建议具有极高的参考价值。

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这本书的学术语境非常清晰,它似乎是为那些已经跨越了初级阶段,开始关注前沿研究方向的读者准备的。书中对最新研究成果的引用非常及时和精准,它不仅仅是罗列文献,而是对这些新方法的理论基础和局限性进行了批判性的吸收和整合。例如,在探讨自适应控制策略时,作者没有简单地介绍最新的智能算法,而是先回顾了经典鲁棒控制的不足,再引出为何需要更灵活的在线优化方法,这种历史脉络的梳理,使得读者能够理解技术迭代的内在驱动力。行文风格上,它带有一种典型的欧洲严谨学派的影子,语言精确,很少使用模糊的形容词,一切都建立在可验证的数学基础上。虽然阅读过程需要高度集中注意力,因为它几乎没有轻松的“闲聊”部分,但正是这种高度聚焦的专业性,让它在众多同类书籍中脱颖而出,成为一本可以被反复研读、每次都能带来新体会的参考书。

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