Electric Machinery and Power System Fundamentals pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw Hill Higher Education

作者:Stephen J. Chapman

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-06-01

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780071226202

丛书系列:

图书标签:

• 电力系统
• 电机
• 电力电子
• 电气工程
• 电力机理
• 电力设备
• 电能转换
• 电路分析
• 控制系统
• 电磁场

《电力系统动力学与稳定控制》 本书深入探讨电力系统的动态行为、扰动响应以及维持系统稳定运行的关键控制策略。我们将从理论基础出发，层层递进，构建对复杂电力系统行为的全面理解。 第一部分：电力系统基本概念与模型 在深入研究动力学之前，有必要回顾和巩固电力系统的基本构成要素及其数学模型。本部分将详细阐述： 电力系统组成回顾： 发电机、输电线路、变压器、负荷等主要组件的功能、特性及其互联方式。重点关注发电机作为能量转换和输送源头的核心作用，以及输电网络如何将能量高效地传递到用户端。 同步发电机模型： 详细介绍同步发电机的电磁暂态过程和机电暂态过程。我们将分析其在不同运行工况下的等值电路模型，包括励磁系统、调速器系统以及转子动力学。重点会放在建立能够准确描述发电机在系统扰动下电压、电流、功率输出以及转速变化的数学模型。 输电网络模型： 探讨输电线路的参数（电阻、电感、电容）对系统动态特性的影响。我们将介绍集总参数模型和分布参数模型，以及在不同尺度分析中模型的选择与简化。 负荷模型： 负荷的动态特性对系统稳定至关重要。我们将分析不同类型的负荷模型，包括恒定功率负荷、恒定电流负荷、恒定阻抗负荷以及混合负荷模型，并讨论它们在扰动下的响应特点。 系统方程的建立： 介绍如何基于上述组件模型，利用基尔霍夫定律、牛顿-拉夫逊法等数学工具，建立描述整个电力系统运行状态的非线性代数方程和微分方程组。这为后续的动力学分析奠定了基础。 第二部分：电力系统暂态稳定性分析 暂态稳定性是指电力系统在发生大型扰动（如短路、发电机甩负荷）后，能够维持同步运行的能力。本部分将聚焦于这一关键问题： 扰动类型与影响： 详细分析不同类型扰动（接地故障、相间短路、线路跳闸、发电机脱网等）对系统电压、频率、功率流以及发电机转速的影响。 稳定判据： 介绍几种主要的稳定判据，包括： 等面积准则 (Equal Area Criterion, EAC)： 这是分析单机无限大系统暂态稳定性的经典方法。我们将详细推导其原理，解释加速面积和减速面积的概念，以及如何利用能量函数来判断系统的稳定性。 相量法与潮流分析： 结合稳态潮流计算，分析扰动前后的功率-角度特性，推断系统是否会在扰动后越出同步. 数值仿真方法： 介绍使用计算机对系统微分-代数方程组进行求解，以模拟系统在扰动后的动态响应。我们将探讨不同数值积分方法的优缺点及其在稳定性分析中的应用。 影响暂态稳定性的因素： 深入分析发电机参数（转子惯量、阻尼系数）、励磁系统、调速器系统、系统结构（线路联络、母线连接）、故障类型与持续时间等因素对暂态稳定性的影响。 稳定裕度分析： 讨论如何量化系统的稳定裕度，以及如何通过改进系统设计或运行策略来提高稳定裕度。 第三部分：电力系统振荡与阻尼控制 除了大型扰动导致的失步，电力系统还可能出现各种形式的低频振荡，这些振荡虽然不一定导致系统崩溃，但会严重影响电能质量和系统运行可靠性。本部分将深入研究振荡的产生机理和控制方法： 振荡类型与机理： 局部模式振荡： 分析发生于系统局部区域的振荡，例如集中在某几个发电机组之间的振荡。 区域模式振荡： 探讨在更大范围内，系统不同区域之间产生的振荡。 基频振荡 (Electromechanical Oscillations)： 重点关注频率在0.1Hz到2Hz之间的机电振荡，这是最常见的低频振荡形式，与转子机械惯性和电磁力矩的相互作用有关。 高频振荡： 简要介绍与电磁暂态过程相关的高频振荡。 振荡的危害： 阐述振荡对电力系统可能造成的负面影响，如： 电能质量下降： 电压和频率波动，影响敏感设备的正常运行。 输电线路过载： 振荡能量在网络中传递，可能导致线路过载。 系统稳定性恶化： 振荡的存在会降低系统的抗扰能力，更容易在扰动下失步。 设备损坏： 长期振荡可能导致发电机、变压器等设备疲劳损坏。 阻尼控制原理： 介绍如何通过引入附加阻尼来抑制振荡。 励磁系统阻尼： 详细分析P、I、D等不同类型的励磁控制器如何通过调节发电机输出功率来产生阻尼转矩。重点介绍高级励磁控制器（如AVR-PSS）的设计原理和参数整定。 调速器系统阻尼： 讨论调速器系统在抑制功率振荡中的作用。 统一潮流控制器 (UPFC) 和静止同步补偿器 (STATCOM) 等柔性交流输电系统 (FACTS) 器件的应用： 分析这些先进设备如何通过快速调节电压和相位来提供有效的阻尼控制，改善系统动态性能。 电力系统稳定器 (Power System Stabilizer, PSS) 的设计与应用： PSS是抑制低频振荡最常用的装置。我们将详细介绍PSS的结构、工作原理、设计方法（包括模态分析法）以及其在不同系统工况下的性能表现。 振荡的监测与诊断： 介绍利用实时测量数据和离线分析技术来识别和诊断振荡模式、频率和幅值的方法。 第四部分：电力系统频率稳定性与调频控制 频率是电力系统运行的基本指标，保持频率的稳定是保障系统安全可靠运行的必要条件。本部分将侧重于频率的动态响应和控制： 频率偏差的产生： 分析负荷变化、发电机出力波动等因素如何导致系统频率偏差。 一次调频 (Primary Frequency Control)： 介绍调速器在频率偏差发生后立即进行的自动调节，其作用是迅速抵消大部分的频率偏差，并使频率恢复到允许范围。 二次调频 (Secondary Frequency Control)： 探讨区域调度中心通过集中控制实现的调频功能，其目的是使系统频率精确恢复到标称值，并重新分配各发电机组的负荷。我们将详细介绍自动发电控制 (Automatic Generation Control, AGC) 系统的结构、工作原理和控制策略。 三次调频 (Tertiary Frequency Control)： 简要介绍更长周期的调频，例如日负荷变化、计划性检修等因素的应对。 频率稳定性的影响因素： 分析发电机惯量、调速器性能、负荷频率特性、AGC系统响应速度等因素对频率稳定性的影响。 新能源接入对频率稳定性的挑战： 讨论风电、光伏等波动性新能源对频率稳定性的影响，以及应对策略，如提高系统惯量、发展储能技术、优化预测和调度等。 第五部分：电力系统电压稳定性与电压控制 电压是衡量电力质量的重要指标，电压的过高或过低都会对电力设备的正常运行和系统的可靠性造成威胁。本部分将深入研究电压的动态行为和控制措施： 电压偏差的产生与影响： 分析负荷变化、输电线路潮流、无功功率不足等因素如何导致电压跌落或升高。探讨电压偏差对负荷、发电机、电机设备运行的影响。 电压稳定性的概念： 静电压稳定性： 系统在稳态条件下维持电压的能力。 动态电压稳定性： 系统在扰动后恢复到正常电压水平的能力。 电压控制手段： 发电机无功功率补偿： 详细介绍励磁系统如何通过调节发电机端电压来提供无功功率，维持电压。 并联电容器与串联电抗器： 分析这些无功功率补偿装置在改善电压特性中的作用。 静止无功发生器 (STATCOM) 和统一潮流控制器 (UPFC) 等FACTS器件： 深入研究这些先进设备如何实现快速、灵活的无功功率补偿，有效控制电压。 有载调压变压器： 介绍其在局部电压调节中的作用。 电压调整策略： 探讨在不同运行工况下，如何优化无功功率分配，实现最优电压控制。 电压稳定性分析方法： 介绍利用潮流计算、灵敏度分析以及动态仿真等方法来评估系统的电压稳定性。 第六部分：电力系统安全稳定运行与风险评估 本部分将综合前述知识，从整体角度审视电力系统的安全稳定运行，并介绍风险评估的方法： 安全运行的基本要求： 概述电力系统在正常运行、故障运行和事故运行等不同状态下应满足的关键运行指标，包括电压、频率、线路潮流、设备过载等。 电力系统风险评估： 风险识别： 识别可能导致系统不安全的潜在因素，包括设备故障、自然灾害、人为失误、网络攻击等。 风险分析： 评估风险发生的概率和一旦发生造成的后果，例如使用蒙特卡洛模拟、故障树分析 (FTA) 等方法。 风险评价： 对风险进行量化，并与可接受的风险水平进行比较。 紧急控制措施： 介绍在突发事故情况下，为防止系统崩溃而采取的紧急控制措施，如： 低频减负荷 (Under Frequency Load Shedding, UFLS)： 解释其原理和在频率失控时的作用。 紧急减负荷与紧急发电： 直流闭锁等保护措施。 电网互联与稳定： 分析区域性电网互联对提高系统可靠性、抵御局部扰动的影响，以及互联可能带来的连锁故障风险。 先进的监测与控制技术： 介绍状态估计、广域测量系统 (WAMS)、智能电网等新技术在提升系统安全稳定运行水平中的应用。 本书通过详实的理论推导、深入的机理分析和丰富的实例，旨在培养读者对电力系统动力学行为的深刻洞察力，以及设计和实施有效稳定控制策略的能力。无论是电力系统设计者、运行人员，还是相关专业的学生，都能从中获得宝贵的知识和技能，为保障现代电力系统的安全、可靠和高效运行贡献力量。

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