電力系統動態：建模、穩定與控制（簡體書）

本書共分為三部分，第1部分為電力系統建模與控制，介紹了同步發電機和感應電動機；傳統發電廠主要部件的建模；風力發電；短路電流計算；有功功率和頻率控制；電壓和無功功率控制等方面內容。第2部分為電力系統穩定與保護，介紹了電力系統穩定性；小擾動功角穩定性和機電振盪阻尼；暫態穩定性；電壓穩定性；電力系統繼電保護等方面內容。第3部分為電網停電和恢復過程，介紹了電網主要停電事故的分析、分類及預防；大停電之後的恢復過程；電力系統暫態過程的計算機仿真等方面內容。
本書非常適合作為電氣工程專業本科生與研究生閱讀，也可作為電力系統運行與控制領域工程師、製造商以及科研人員的參考書。

電力系統建模、控制以及穩定性領域的經典著作

目 錄
譯者序
原書前言
致謝
撰稿人

第1章 概述 1

第2章 同步發電機和感應電動機 5
2.1 同步發電機的理論與模型 5
2.1.1 設計與運行原理 5
2.1.2 同步發電機的機電模型：動力學方程 8
2.1.3 同步發電機的電磁模型 11
2.1.4 同步發電機參數 40
2.1.5 磁路飽和 49
2.1.6 動態模型 54
2.1.7 無功容量範圍 68
2.1.8 勵磁系統介紹與建模 70
2.2 感應電動機的理論與建模 86
2.2.1 設計與運行問題 87
2.2.2 感應電機的一般方程 88
2.2.3 感應電機的穩態運行 94
2.2.4 感應電機的機電模型 98
2.2.5 感應電機的電磁模型 99
參考文獻 102

第3章 傳統發電廠主要部件的建模 105
3.1 引言 105
3.2 渦輪機類型 106
3.2.1 蒸汽輪機 106
3.2.2 燃氣輪機 107
3.2.3 水輪機 107
3.3 熱電廠 110
3.3.1 概論 110
3.3.2 鍋爐和蒸汽室模型 111
3.3.3 蒸汽系統結構 114
3.3.4 蒸汽系統通用模型 116
3.3.5 汽輪機調節系統 117
3.4 聯合循環電廠 122
3.4.1 概論 122
3.4.2 聯合循環電廠的設計 123
3.4.3 聯合循環電廠模型框圖 124
3.5 核電廠 129
3.6 水力發電廠 130
3.6.1 概論 130
3.6.2 水力發電機系統和控制系統的模型 132
3.6.3 水輪機調速器控制系統 134
參考文獻 137

第4章 風力發電 139
4.1 引言 139
4.2 風力發電的特點 140
4.3 技術發展現狀 143
4.3.1 發電機相關概念綜述 143
4.3.2 風機相關概念綜述 152
4.3.3 功率控制相關概念綜述 154
4.4 風力發電機建模 156
4.4.1 恒速風機模型 156
4.4.2 雙饋感應風力發電機建模 159
4.4.3 全功率變流器風機 170
4.5 故障穿越能力 174
4.5.1 概述 174
4.5.2 故障穿越的槳距角控制 175
參考文獻 176

第5章 短路電流計算 178
5.1 概述 178
5.1.1 短路的主要類型 178
5.1.2 短路的後果 179
5.2 短路電流特徵 179
5.3 短路電流計算方法 182
5.3.1 基本假設 182
5.3.2 等效電壓源法 183
5.3.3 對稱分量法 185
5.4 短路電流分量計算 203
5.4.1 初始對稱短路電流 203
5.4.2 ip短路電流峰值 207
5.4.3 短路電流的直流分量 209
5.4.4 對稱短路的斷路電流Ib 209
5.4.5 穩態短路電流IK 210
5.4.6 實際應用 213
參考文獻 224

第6章 有功功率和頻率控制 225
6.1 概述 225
6.2 實際頻率偏差 227
6.2.1 小擾動和偏差 227
6.2.2 大擾動和偏差 227
6.3 “有功功率和頻率控制”或“負荷頻率控制”的典型標準和政策 228
6.3.1 前歐洲輸電協調聯盟(UCTE)負荷頻率控制 228
6.3.2 NERC(美國)標準 229
6.3.3 其他國家的標準 230
6.4 系統建模、慣性、下垂、調節和動態頻率響應 230
6.4.1 系統動態和負載阻尼的框圖 230
6.4.2 調速器下垂特性對調節的影響 230
6.4.3 通過調整原動機功率來增加負載 231
6.4.4 多台發電機的並聯運行 231
6.4.5 孤島區域的建模和響應 233
6.5 調速器建模 234
6.5.1 具有下垂的簡易調速器模型的響應 235
6.5.2 水輪機調速器建模 235
6.5.3 變參數水輪機調速器性能 238
6.5.4 熱調速器模型 243
6.5.5 西部電力協調委員會(WECC)中新型熱調速器模型的發展 246
6.6 自動發電控制(AGC)原理與建模 257
6.6.1 單區域(孤立)系統中的AGC 257
6.6.2 在兩區域中，聯絡線控制和頻率偏移中的AGC 258
6.6.3 多區域系統中的AGC 260
6.7 其他與負荷頻率控制相關的課題 263
6.7.1 旋轉備用容備 263
6.7.2 孤島條件下的低頻減載和運行 264
參考文獻 265

第7章 電壓和無功功率控制 267
7.1 有功、無功功率與電壓的關係 269
7.1.1 短線 269
7.1.2 電力線參數分佈 271
7.1.3 靈敏度係數 272
7.2 電壓和無功功率控制設備 272
7.2.1 無功功率補償裝置 273
7.2.2 電壓和無功功率連續控制裝置 274
7.2.3 有載調壓變壓器 276
7.2.4 變壓器調節 291
7.3 電網電壓和無功功率控制方法 294
7.3.1 概述 294
7.3.2 無功功率的人工控制 296
7.3.3 電壓無功率自動控制 297
7.4 電網電壓的分層調整 314
7.4.1 層次結構 314
7.4.2 二次電壓調節(SVR)控制區域 330
7.4.3 二次調壓下的潮流計算 333
7.5 羅馬尼亞二次電壓調節實施情況研究 333
7.5.1 研究系統的特點 333
7.5.2 SVR區域選擇 334
7.6 國外電壓分級控制案例 339
7.6.1 法國電力系統電壓分級控制 339
7.6.2 意大利電網電壓分級控制系統 344
7.6.3 巴西電網電壓分級控制 350
參考文獻 355

第8章 電力系統穩定性概述 359
8.1 簡介 359
8.2 電力系統穩定性分類 359
8.2.1 功角穩定性 361
8.2.2 電壓穩定性 365
8.2.3 頻率穩定性 369
8.3 電壓穩定性和功角穩定性的關係 370
8.4 安全對電力系統穩定的重要性 371
8.4.1 電力系統狀態 372
8.4.2 潮流安全界限 373
8.4.3 滿足電力系統安全約束的服務 374
8.4.4 動態安全評估 374
參考文獻 375

第9章 小干擾功角穩定性和機電阻尼振盪 377
9.1 簡介 377
9.2 特徵矩陣 378
9.2.1 線性化方程 378
9.2.2 特徵矩陣的建立 379
9.3 常用簡化方法 381
9.3.1 慣性係數和同步功率係數 381
9.3.2 機電振盪 384
9.3.3 算例 389
9.4 影響機電振盪阻尼的主要因素 396
9.4.1 簡介 396
9.4.2 單機無窮大系統：簡化分析 397
9.4.3 單機無窮大系統：更精確的分析 400
9.4.4 影響機電振盪阻尼的主要因素總結 432
9.5 阻尼改善 432
9.5.1 簡介 432
9.5.2 基於極點配置的模態綜合分析 436
9.5.3 PSS對勵磁控制的影響 438
9.5.4 PSS增益限制 444
9.6 典型的區域間或低頻機電暫態振盪情況 447
參考文獻 450

第10章 暫態穩定性 452
10.1 概述 452
10.2 暫態穩定評估的直接方法 453
10.2.1 等面積法則 453
10.2.2 擴展等面積法則 459
10.2.3 SIME(單機等效)法 460
10.2.4 基於Lyapunov理論的直接法 464
10.3 暫態穩定評估的積分法 477
10.3.1 概述 477
10.3.2 Runge?Kutta法 480
10.3.3 隱式梯形積分法 481
10.3.4 混合Adams-BDF方法 482
10.4 動態等值 484
10.4.1 概論 484
10.4.2 系統的數學簡化描述 486
10.4.3 評估系統元件的重要性 490
10.4.4 一致性估計 491
10.4.5 等值標準 497
10.4.6 慣性中心和等效參數 499
10.5 大型電力系統的暫態穩定性評估 502
10.5.1 大型電力系統的特點 502
10.5.2 初始狀態 503
10.5.3 暫態穩定性研究的標準條件 503
10.5.4 通過結構分析減少待研條件數 506
10.5.5 使用簡化模型和直接法 507
10.6 算例 507
參考文獻 512

第11章 電壓穩定性 518
11.1 概述 518
11.2 系統特性和負載建模 519
11.2.1 系統特性 519
11.2.2 負載建模 520
11.3 電壓穩定性的靜態方面 526
11.3.1 穩態解的存在性 526
11.3.2 運行點和區域 528
11.4 電壓不穩定機制：電網、負載和控制裝置之間的相互作用 531
11.4.1 電網和負載的相互作用 531
11.4.2 有載分接開關的影響 533
11.4.3 產生的無功功率限制的影響 538
11.4.4 最低電壓標準 540
11.5 電壓穩定性評估方法 541
11.5.1 電壓崩潰標準概述 541
11.5.2 靈敏度分析方法：局部指標 547
11.5.3 負載裕度作為全域指標 549
11.5.4 分岔理論的一些方面 552
11.5.5 最小奇異值法：VSI全球指數 557
11.5.6 簡化雅可比矩陣的模態分析 559
11.6 電壓不穩定對策 563
11.6.1 一些問題 563
11.6.2 甩負荷：應急措施 564
11.6.3 並聯電容器切換 565
11.6.4 通過FACTS器件延長電壓穩定極限 566
11.6.5 防止負載分接開關失穩的措施 569
11.7 應用 570
參考文獻 577

第12章 電力系統繼電保護 580
12.1 簡介 580
12.1.1 引言 580
12.1.2 繼電保護的任務 580
12.1.3 繼電保護的性質和要求 581
12.1.4 從系統監控到斷路器跳閘 582
12.1.5 主要運行要求 582
12.1.6 現代保護的優勢 584
12.2 IEC 61850簡介 586
12.3 詳細的保護鏈 587
12.3.1 銅線與串行鏈路 587
12.3.2 監督 589
12.3.3 保護測量值 589
12.3.4 傳感器獲取的數據 590
12.3.5 保護數據處理 592
12.3.6 發送給執行器的數據 593
12.3.7 過程接口 593
12.3.8 斷路器 593
12.3.9 電源 594
12.4 輸電和配電系統結構 594
12.5 與保護有關的三相系統的特性 595
12.5.1 對稱性 595
12.5.2 三相不平衡 596
12.5.3 對稱元件 598
12.6 根據受保護的設備分類的保護功能 599
12.6.1 基於本地測量量定值的保護 599
12.6.2 故障方向檢測保護 602
12.6.3 阻抗保護 605
12.6.4 電流差動保護 606
12.6.5 保護相關功能 610
12.7 從單一保護功能到系統保護 610
12.7.1 單功能和多功能繼電器 610
12.7.2 自適應保護 611
12.7.3 分布式保護 612
12.7.4 廣域保護 612
12.7.5 通用指南 613
12.7.6 安全性和可靠性 615
12.7.7 總結 616
12.8 結論 616
附錄A 保護功能的識別 617
A.1 一般說明 617
A.2 識別清單 617
參考文獻 620

第13章 電網主要停電事故的分析、分類及預防 622
13.1 引言 622
13.2 之前一些停電事故的描述 625
13.2.1 2003年8月14日美國東北部及加拿大停電事故 625
13.2.2 2003年9月28日意大利停電事故 636
13.2.3 2003年9月23日丹麥東部及瑞典南部停電事故 643
13.2.4 2003年1月12日克羅地亞停電事故 644
13.2.5 2005年5月25日莫斯科停電事故 644
13.2.6 2004年7月12日希臘停電事故 647
13.2.7 1996年7月2日美國西北部停電事故 648
13.2.8 1996年8月10日美國西北部停電事故 649
13.2.9