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目次
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本書系統地介紹電力系統網絡分析的計算機計算方法的基本原理和實現技術。 全書共2篇12章。基礎篇共6章，介紹電力網絡分析的基本原理，包括電力網絡分析的一般方法，電力系統網絡矩陣，電力網絡計算中的稀疏技術，網絡方程的修正解法，網絡變換、化簡和等值，大規模電力網絡的分塊計算。應用篇共6章，介紹電力系統網絡分析中的潮流計算和故障分析，包括潮流計算的數學模型及基本解法，潮流方程的特殊解法，潮流計算中的特殊問題，潮流計算問題的擴展，對稱分量法和相序網絡，電力系統故障分析的計算機方法。 本書側重介紹電力網絡分析中的基礎性和共性問題，將矩陣分析、圖論描述和物理概念解釋相結合，注意聯系電網實際，敘述深入淺出，并附有例題和習題，便于讀者自學。 本書可以作為電力系統及其自動化專業研究生教材，也可供電力專業科技人員、高等院校教師和高年級學生參考。
作者簡介
張伯明，山西霍縣人，1948年出生。1985年在清華大學電機工程系獲博士學位，并留校任教，1990年晉升為副教授，1993年晉升為教授，1994年為博士生指導教師。1987-l988年在英國Strathclyde大學做訪問學者，1994年在瑞士聯邦工業大學做訪問科學家。長期從事電力系統分析和電網調度自動化的教學和科研工作，在電網控制中心能量管理系統等領域取得多項達到國際先進水平的科研成果。曾于1990年在東北電網率先實現實時狀態估計等EMS高級應用軟件，之后將他領導開發的EMS/DTS一體化系統在全國60多個電網推廣應用。近期又成功開發電網在線安全穩定分析、預警和決策支持系統等新應用，并投入電網實際運行。新近提出三維協調的新一代電網能量管理系統，解決了其中的關鍵技術問題并完成了示范工程。發表論文200多篇。曾獲國家級科技進步二等獎1項，省部級科技進步一等獎2項，光華科技基金一等獎1項。曾被國家教育委員會和國務院學位委員會表彰為“在工作中做出突出貢獻的中國博士學位獲得者”。現任IEEE和CSEE高級會員，CIGRE中國國家委員會執委，國際控制中心學術論壇執委。
目次
基礎篇 電力網絡分析基本原理
第1章 電力網絡分析的一般方法
1.1 網絡分析概述
1.1.1 網絡的概念
1.1.2 電力網絡分析的主要步驟
1.2 網絡的拓撲約束
1.2.1 圖的概念和一些基本定義
1.2.2 網絡分析中常用的關聯矩陣
1.2.3 關聯矩陣A, B, Q之間的關系
1.2.4 網絡拓撲約束--基爾霍夫定律的表達
1.2.5 道路-支路關聯矩陣
1.3 電力網絡支路特性的約束
1.3.1 一般支路及其退化
1.3.2 網絡支路方程和原始阻抗(導納)矩陣
1.4 網絡方程--網絡的數學模型
1.4.1 節點網絡方程
1.4.2 回路網絡方程
1.4.3 割集網絡方程
1.4.4 基于道路的回路網絡方程
1.5 關聯矢量與支路的數學描述
1.5.1 關聯矢量和一般無源支路的數學描述
1.5.2 廣義關聯矢量和變壓器/移相器支路的數學描述
1.6 小結
習題
第2章 電力系統網絡矩陣
2.1 節點導納矩陣
2.1.1 節點導納矩陣的性質及物理意義
2.1.2 節點導納矩陣的建立
2.1.3 節點導納矩陣的修改
2.2 節點阻抗矩陣
2.2.1 節點阻抗矩陣的性質及物理意義
2.2.2 用支路追加法建立節點阻抗矩陣
2.2.3 連續回代法形成節點阻抗矩陣
2.2.4 基于連續回代法的稀疏阻抗矩陣法
2.2.5 網絡變更時節點阻抗矩陣的修正
2.3 節點導納矩陣和節點阻抗矩陣之間的關系
2.4 節點法和回路法之間的關系
2.5 小結
習題
第3章 電力網絡計算中的稀疏技術
3.1 概述
3.2 稀疏技術
3.2.1 稀疏矢量和稀疏矩陣的存儲
3.2.2 稀疏矩陣的因子分解
3.2.3 利用稀疏矩陣因子表求解稀疏線性代數方程組
3.3 稀疏矩陣技術的圖論描述
3.3.1 基本定義和術語
3.3.2 因子分解過程的圖論描述
3.3.3 前代回代過程的圖論描述
3.3.4 不對稱稀疏矩陣的處理
3.3.5 計算代價的分析
3.4 稀疏矢量法
3.4.1 有關稀疏矢量法的幾個定義
3.4.2 稀疏矢量法中的幾個性質和定理
3.4.3 道路集的形成
3.4.4 計算代價的分析
3.5 節點優化編號
3.5.1 稀疏矩陣中節點優化編號方法
3.5.2 提高稀疏矢量法計算效率的節點優化編號方法
3.6 小結
習題
第4章 網絡方程的修正解法
4.1 補償法網絡方程的修正解
4.1.1 矩陣求逆輔助定理
4.1.2 補償法網絡方程的修正計算
4.1.3 補償法在電網計算中的應用
4.1.4 補償法的物理解釋
4.2 因子表的修正算法
4.2.1 因子表的秩1修正算法
4.2.2 系數矩陣階次變化時因子表的修正
4.2.3 因子表的局部再分解
4.2.4 塊稀疏矩陣的因子表修正算法
4.3 小結
習題
第5章 網絡變換、化簡和等值
5.1 星形接法變成網形接法以及負荷移置
5.2 網絡化簡
5.2.1 用導納矩陣表示的形式
5.2.2 用阻抗矩陣表示的形式
5.2.3 網絡的自適應化簡
5.3 電力系統外部網絡的靜態等值
5.3.1 外部網絡靜態等值的原理
5.3.2 外部網絡靜態等值的實用化
5.4 諾頓等值、戴維南等值及其推廣
5.4.1 諾頓等值和戴維南等值
5.4.2 網絡變化時等值參數的修正
5.5 小結
習題
第6章 大規模電力網絡的分塊計算
6.1 網絡的分塊解法
6.1.1 節點分裂法
6.1.2 支路切割法
6.1.3 統一的網絡分塊解法
6.2 大規模電網的分解協調計算和并行計算
6.2.1 網絡分塊解法的并行計算特性分析
6.3 廣義支路切割法的一般形式
6.3.1 一般形式廣義支路切割法的列式
6.3.2 討論幾種情況
6.3.3 并行算法的實現
6.4 大規模電網分塊計算的實際應用
6.5 小結
習題
應用篇 潮流計算與故障分析
第7章 潮流計算的數學模型及基本解法
7.1 潮流計算問題的數學模型
7.1.1 潮流方程
7.1.2 潮流方程的討論和節點類型的劃分
7.2 以高斯迭代法為基礎的潮流計算方法
7.2.1 高斯迭代法
7.2.2 關于高斯法的討論
7.3 牛頓-拉夫遜法潮流計算
7.3.1 牛頓-拉夫遜法的一般描述
7.3.2 直角坐標的牛頓-拉夫遜法
7.3.3 極坐標的牛頓-拉夫遜法
7.3.4 雅可比矩陣的討論
7.4 小結
習題
第8章 潮流方程的特殊解法
8.1 直流潮流
8.1.1 直流潮流算法列式
8.1.2 直流潮流的理論基礎
8.2 潮流計算的快速分解法
8.2.1 快速分解法的修正方程及迭代格式
8.2.2 快速分解法的理論基礎
8.2.3 快速分解法的計算流程
8.3 潮流計算中的靈敏度分析和分布因子
8.3.1 靈敏度分析的基本方法
8.3.2 潮流靈敏度矩陣
8.3.3 分布因子
8.4 小結
習題
第9章 潮流計算中的特殊問題
9.1 負荷的電壓靜態特性
9.2 節點類型的相互轉換和多Vθ節點問題
9.2.1 PV節點轉換成PQ節點
9.2.2 PQ節點轉換成PV節點
9.2.3 多Vθ節點時的潮流計算
9.3 中樞點電壓及聯絡線功率的控制
9.3.1 中樞點電壓的控制
9.3.2 聯絡線功率的控制
9.4 潮流方程解的存在性、多值性以及病態潮流解法
9.4.1 潮流方程解的存在性和多值性
9.4.2 病態潮流及其解法
9.5 潮流方程中的二次型
9.6 連續潮流計算
9.6.1 連續潮流計算的基本原理
9.6.2 連續潮流計算的主要技術
9.7 小結
習題
第10章 潮流計算問題的擴展
10.1 概述
10.1.1 變量的劃分
10.1.2 潮流方程
10.1.3 約束方程
10.2 潮流計算問題的擴展
10.2.1 常規潮流
10.2.2 約束潮流
10.2.3 動態潮流
10.2.4 隨機潮流
10.2.5 最優潮流
10.2.6 開斷潮流
10.3 最優潮流及其求解方法
10.3.1 最優潮流算法的分類
10.3.2 簡化梯度法最優潮流
10.3.3 牛頓法最優潮流
10.3.4 有功無功交叉逼近最優潮流算法
10.3.5 基于內點法的最優潮流算法
10.3.6 關于最優潮流的經濟目標函數
10.4 開斷潮流及其求解方法
10.4.1 補償法支路開斷時的潮流計算
10.4.2 發電機開斷的潮流計算
10.5 潮流跟蹤算法
10.5.1 電力市場環境下的潮流跟蹤問題
10.5.2 比例分配原則
10.5.3 潮流跟蹤算法
10.5.4 無環流網絡的節點排序
10.6 小結
習題
第11章 對稱分量法和相序網絡
11.1 對稱分量法
11.1.1 三相對稱元件的單相模型表示
11.1.2 故障系統分析的對稱分量法
11.1.3 相分量法和對稱分量法的比較
11.2 電力系統元件的序參數和序網
11.2.1 同步發電機和負荷的序參數
11.2.2 輸電線元件的序參數
11.2.3 變壓器元件的序參數
11.2.4 電力系統的零序網絡及零序節點導納矩陣
11.3 故障電路的對稱分量模型
11.3.1 橫向故障電路的相分量模型
11.3.2 橫向故障電路的序分量模型
11.3.3 縱向故障電路的相分量和序分量模型
11.4 小結
習題
第12章 電力系統故障分析的計算機方法
12.1 電力系統故障分析常規方法的原理
12.1.1 將電網等值到故障端口計算故障電流
12.1.2 應用對稱分量法時的表現形式
12.1.3 故障分析常規方法的討論
12.2 規范化的計算機故障分析計算方法
12.2.1 基本思想
12.2.2 一條輸電線元件發生短路故障的情況
12.2.3 一條輸電線元件發生短路加線路跳開故障時的分析
12.2.4 故障影響一組元件的情況
12.3 小結
習題
附錄A 分塊矩陣求逆與矩陣求逆引理
A1 分塊矩陣求逆公式
A2 矩陣求逆引理的證明
附錄B IEEE 14母線和30母線標準試驗系統數據
參考文獻
第1章 電力網絡分析的一般方法
1.1 網絡分析概述
1.1.1 網絡的概念
1.1.2 電力網絡分析的主要步驟
1.2 網絡的拓撲約束
1.2.1 圖的概念和一些基本定義
1.2.2 網絡分析中常用的關聯矩陣
1.2.3 關聯矩陣A, B, Q之間的關系
1.2.4 網絡拓撲約束--基爾霍夫定律的表達
1.2.5 道路-支路關聯矩陣
1.3 電力網絡支路特性的約束
1.3.1 一般支路及其退化
1.3.2 網絡支路方程和原始阻抗(導納)矩陣
1.4 網絡方程--網絡的數學模型
1.4.1 節點網絡方程
1.4.2 回路網絡方程
1.4.3 割集網絡方程
1.4.4 基于道路的回路網絡方程
1.5 關聯矢量與支路的數學描述
1.5.1 關聯矢量和一般無源支路的數學描述
1.5.2 廣義關聯矢量和變壓器/移相器支路的數學描述
1.6 小結
習題
第2章 電力系統網絡矩陣
2.1 節點導納矩陣
2.1.1 節點導納矩陣的性質及物理意義
2.1.2 節點導納矩陣的建立
2.1.3 節點導納矩陣的修改
2.2 節點阻抗矩陣
2.2.1 節點阻抗矩陣的性質及物理意義
2.2.2 用支路追加法建立節點阻抗矩陣
2.2.3 連續回代法形成節點阻抗矩陣
2.2.4 基于連續回代法的稀疏阻抗矩陣法
2.2.5 網絡變更時節點阻抗矩陣的修正
2.3 節點導納矩陣和節點阻抗矩陣之間的關系
2.4 節點法和回路法之間的關系
2.5 小結
習題
第3章 電力網絡計算中的稀疏技術
3.1 概述
3.2 稀疏技術
3.2.1 稀疏矢量和稀疏矩陣的存儲
3.2.2 稀疏矩陣的因子分解
3.2.3 利用稀疏矩陣因子表求解稀疏線性代數方程組
3.3 稀疏矩陣技術的圖論描述
3.3.1 基本定義和術語
3.3.2 因子分解過程的圖論描述
3.3.3 前代回代過程的圖論描述
3.3.4 不對稱稀疏矩陣的處理
3.3.5 計算代價的分析
3.4 稀疏矢量法
3.4.1 有關稀疏矢量法的幾個定義
3.4.2 稀疏矢量法中的幾個性質和定理
3.4.3 道路集的形成
3.4.4 計算代價的分析
3.5 節點優化編號
3.5.1 稀疏矩陣中節點優化編號方法
3.5.2 提高稀疏矢量法計算效率的節點優化編號方法
3.6 小結
習題
第4章 網絡方程的修正解法
4.1 補償法網絡方程的修正解
4.1.1 矩陣求逆輔助定理
4.1.2 補償法網絡方程的修正計算
4.1.3 補償法在電網計算中的應用
4.1.4 補償法的物理解釋
4.2 因子表的修正算法
4.2.1 因子表的秩1修正算法
4.2.2 系數矩陣階次變化時因子表的修正
4.2.3 因子表的局部再分解
4.2.4 塊稀疏矩陣的因子表修正算法
4.3 小結
習題
第5章 網絡變換、化簡和等值
5.1 星形接法變成網形接法以及負荷移置
5.2 網絡化簡
5.2.1 用導納矩陣表示的形式
5.2.2 用阻抗矩陣表示的形式
5.2.3 網絡的自適應化簡
5.3 電力系統外部網絡的靜態等值
5.3.1 外部網絡靜態等值的原理
5.3.2 外部網絡靜態等值的實用化
5.4 諾頓等值、戴維南等值及其推廣
5.4.1 諾頓等值和戴維南等值
5.4.2 網絡變化時等值參數的修正
5.5 小結
習題
第6章 大規模電力網絡的分塊計算
6.1 網絡的分塊解法
6.1.1 節點分裂法
6.1.2 支路切割法
6.1.3 統一的網絡分塊解法
6.2 大規模電網的分解協調計算和并行計算
6.2.1 網絡分塊解法的并行計算特性分析
6.3 廣義支路切割法的一般形式
6.3.1 一般形式廣義支路切割法的列式
6.3.2 討論幾種情況
6.3.3 并行算法的實現
6.4 大規模電網分塊計算的實際應用
6.5 小結
習題
應用篇 潮流計算與故障分析
第7章 潮流計算的數學模型及基本解法
7.1 潮流計算問題的數學模型
7.1.1 潮流方程
7.1.2 潮流方程的討論和節點類型的劃分
7.2 以高斯迭代法為基礎的潮流計算方法
7.2.1 高斯迭代法
7.2.2 關于高斯法的討論
7.3 牛頓-拉夫遜法潮流計算
7.3.1 牛頓-拉夫遜法的一般描述
7.3.2 直角坐標的牛頓-拉夫遜法
7.3.3 極坐標的牛頓-拉夫遜法
7.3.4 雅可比矩陣的討論
7.4 小結
習題
第8章 潮流方程的特殊解法
8.1 直流潮流
8.1.1 直流潮流算法列式
8.1.2 直流潮流的理論基礎
8.2 潮流計算的快速分解法
8.2.1 快速分解法的修正方程及迭代格式
8.2.2 快速分解法的理論基礎
8.2.3 快速分解法的計算流程
8.3 潮流計算中的靈敏度分析和分布因子
8.3.1 靈敏度分析的基本方法
8.3.2 潮流靈敏度矩陣
8.3.3 分布因子
8.4 小結
習題
第9章 潮流計算中的特殊問題
9.1 負荷的電壓靜態特性
9.2 節點類型的相互轉換和多Vθ節點問題
9.2.1 PV節點轉換成PQ節點
9.2.2 PQ節點轉換成PV節點
9.2.3 多Vθ節點時的潮流計算
9.3 中樞點電壓及聯絡線功率的控制
9.3.1 中樞點電壓的控制
9.3.2 聯絡線功率的控制
9.4 潮流方程解的存在性、多值性以及病態潮流解法
9.4.1 潮流方程解的存在性和多值性
9.4.2 病態潮流及其解法
9.5 潮流方程中的二次型
9.6 連續潮流計算
9.6.1 連續潮流計算的基本原理
9.6.2 連續潮流計算的主要技術
9.7 小結
習題
第10章 潮流計算問題的擴展
10.1 概述
10.1.1 變量的劃分
10.1.2 潮流方程
10.1.3 約束方程
10.2 潮流計算問題的擴展
10.2.1 常規潮流
10.2.2 約束潮流
10.2.3 動態潮流
10.2.4 隨機潮流
10.2.5 最優潮流
10.2.6 開斷潮流
10.3 最優潮流及其求解方法
10.3.1 最優潮流算法的分類
10.3.2 簡化梯度法最優潮流
10.3.3 牛頓法最優潮流
10.3.4 有功無功交叉逼近最優潮流算法
10.3.5 基于內點法的最優潮流算法
10.3.6 關于最優潮流的經濟目標函數
10.4 開斷潮流及其求解方法
10.4.1 補償法支路開斷時的潮流計算
10.4.2 發電機開斷的潮流計算
10.5 潮流跟蹤算法
10.5.1 電力市場環境下的潮流跟蹤問題
10.5.2 比例分配原則
10.5.3 潮流跟蹤算法
10.5.4 無環流網絡的節點排序
10.6 小結
習題
第11章 對稱分量法和相序網絡
11.1 對稱分量法
11.1.1 三相對稱元件的單相模型表示
11.1.2 故障系統分析的對稱分量法
11.1.3 相分量法和對稱分量法的比較
11.2 電力系統元件的序參數和序網
11.2.1 同步發電機和負荷的序參數
11.2.2 輸電線元件的序參數
11.2.3 變壓器元件的序參數
11.2.4 電力系統的零序網絡及零序節點導納矩陣
11.3 故障電路的對稱分量模型
11.3.1 橫向故障電路的相分量模型
11.3.2 橫向故障電路的序分量模型
11.3.3 縱向故障電路的相分量和序分量模型
11.4 小結
習題
第12章 電力系統故障分析的計算機方法
12.1 電力系統故障分析常規方法的原理
12.1.1 將電網等值到故障端口計算故障電流
12.1.2 應用對稱分量法時的表現形式
12.1.3 故障分析常規方法的討論
12.2 規范化的計算機故障分析計算方法
12.2.1 基本思想
12.2.2 一條輸電線元件發生短路故障的情況
12.2.3 一條輸電線元件發生短路加線路跳開故障時的分析
12.2.4 故障影響一組元件的情況
12.3 小結
習題
附錄A 分塊矩陣求逆與矩陣求逆引理
A1 分塊矩陣求逆公式
A2 矩陣求逆引理的證明
附錄B IEEE 14母線和30母線標準試驗系統數據
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