●譯者序
原書前言
符號彙總
縮略語
第1部分電力繫統導論
第1章引言2
1.1動態繫統的穩定性與控制2
1.2電力繫統動態的分類4
1.3兩對重要的物理量：無功功率與電壓和有功功率與頻率6
1.4電力繫統的穩定性7
1.5電力繫統的安全性8
1.6簡單的歷史回顧10
第2章電件12
2.1引言12
2.1.1供電的可靠性12
2.1.2優質電能的供給12
2.1.3經濟發電和輸電13
2.1.4環境問題13
2.2電力繫統結構13
2.2.1發電14
2.2.2輸電15
2.2.3配電15
2.2.4負荷需求16
2.3發電機組16
2.3.1同步發電機17
2.3.2勵磁機和自動電壓調節器17
2.3.3渦輪機及其調速繫統21
2.4變電站29
2.5輸配電網絡29
2.5.1架空線路和地下電纜30
2.5.2變壓器30
2.5.3並聯件35
2.5.4FACTS裝置36
2.6保護45
2.6.1輸電線路保護45
2.6.2變壓器保護47
2.6.3母線保護48
2.6.4發電機組保護48
2.7廣域測量繫統48
2.7.1基於GPS信號的WAMS和WAMPAC49
2.7.2相量50
2.7.3相量51
2.7.4WAMS和WAMPAC的結構52
第3章電力繫統穩態分析54
3.1輸電線路54
3.1.1輸電線路方程與*形等效電路55
3.1.2輸電線路的性能55
3.1.3電纜線路60
3.2變壓器60
3.2.1等效電路60
3.2.2非標稱電壓比62
3.3同步發電機63
3.3.1圓柱形轉子電機64
3.3.2凸極電機70
3.3.3作為功率源的同步發電機75
3.3.4圓柱形轉子發電機的無功功率能力曲線77
3.3.5電壓-無功功率能力特性9(Q)80
3.3.6考慮網絡的等效阻抗85
3.4電力繫統負荷88
3.4.1照明與加熱設備89
3.4.2感應電動機90
3.4.3負荷的靜態特性93
3.4.4負荷模型95
3.5網絡方程97
3.6輸電網中的潮流101
3.6.1潮流的控制101
3.6.2潮流計算104
第2部分電力繫統動態導論
第4章電磁暫態過程108
4.1基本原理108
4.2同步發電機上的三相短路110
4.2.1發電機空載且忽略繞組電阻時的三相短路110
4.2.2將繞組的電阻效應考慮進來113
4.2.3電樞磁通路徑與等效電抗115
4.2.4發電機電動勢與等效電路119
4.2.5初始狀態為空載時的發電機短路電流125
4.2.6帶載發電機的短路電流127
4.2.7次暫態轉矩128
4.3相間短路130
4.3.1忽略繞組電阻時的短路電流和磁通130
4.3.2次暫態凸極效應的影響134
4.3.3正序和負序電抗136
4.3.4繞組電阻的影響137
4.3.5次暫態轉矩138
4.4發電機同期並網140
4.4.1電流與轉矩140
4.5網絡中的短路及其清除142
第5章小擾動機電動態過程145
5.1搖擺方程145
5.2阻尼功率148
5.2.1大轉速偏差下的阻尼功率151
5.3平衡點151
5.4不控繫統的靜態穩定性153
5.4.1失步功率153
5.4.2暫態功率-功角特性154
5.4.3轉子搖擺和等面積法則160
5.4.4阻尼繞組的影響161
5.4.5轉子磁鏈變化的影響162
5.4.6圍繞平衡點的轉子搖擺分析166
5.4.7單機-無窮大繫統的力學模擬169
5.5受控繫統的靜態穩定性170
5.5.1受控發電機的穩態功率-功角特性170
5.5.2受控發電機的暫態功率-功角特性174
5.5.3轉子磁鏈變化的影響176
5.5.4AVR作用於阻尼繞組的影響178
5.5.5對負阻尼分量的補償179
第6章大擾動機電動態過程180
6.1暫態穩定性180
6.1.1故障清除不改變等效網絡阻抗時的穩定性分析180
6.1.2有自動重合閘與無自動重合閘的短路清除185
6.1.3功率振蕩187
6.1.4磁通衰減的影響187
6.1.5AVR的影響188
6.2多機繫統中的轉子搖擺191
6.3用於穩定性評估的直接法194
6.3.1數學背景194
6.3.2能量型Lyapunov函數196
6.3.3暫態穩定區域198
6.3.4等面積法則199
6.3.5用於多機繫統的Lyapunov直接法201
6.4同期過程206
6.5異步運行與再同步209
6.5.1辻渡到異步運行的辻程210
6.5.2異步運行211
6.5.3再同步的可能性211
6.6失步保護繫統213
6.6.1功率振蕩時的阻抗軌跡214
6.6.2功率振蕩閉鎖216
6.6.3同步發電機的滑極保護217
6.6.4電網中的失步跳閘219
6.6.5大停電的例子221
6.7傳動軸繫中的扭轉振蕩221
6.7.1汽輪機-發電機轉子的自然扭振頻率222
6.7.2繫統故障的效應227
6.7.3次同步諧振229
第7章風力發電232
7.1風力機232
7.1.1發電機繫統235
7.2感應電機等效電路239
7.3接入電網的感應發電機242
7.4通過外部轉子電阻略微增大轉速變化範圍的感應發電機245
7.5轉速變化範圍顯著增大的感應發電機：DFIG246
7.5.1注入電壓與轉子電流同相時的運行特性248
7.5.2注入電壓與轉子電流非同相時的運行特性250
7.5.3作為同步發電機的DFIG250
7.5.4DFIG的控制策略252
7.6全功率換流器繫統：大範圍變速控制253
7.6.1機側逆變器254
7.6.2網側逆變器255
7.7變速風力機的峰值功率跟蹤256
7.8海上風電場的接入256
7.9感應發電機的故障行為257
7.9.1定速感應發電機257
7.9.2變速感應發電機258
7.10風電機組對電力繫統穩定性的影響258
第8章電壓穩定性260
8.1網絡可行性260
8.1.1理想剛性負荷261
8.1.2負荷特性的影響263
8.2穩定性判據265
8.2.1d△Q/dV判據265
8.2.2dE/dV判據267
8.2.3dQG/dQL判據268
8.3臨界負荷水平與電壓崩潰269
8.3.1負荷增加的效應270
8.3.2網絡故障的影響273
8.3.3負荷特性曲線形狀的影響274
8.3.4電壓控制的影響275
8.4靜態分析276
8.4.1電壓穩定性與潮流的關繫276
8.4.2電壓穩定指標278
8.5動態分析279
8.5.1電壓崩潰的動態辻程279
8.5.2電力繫統大停電事故實例281
8.5.3電壓崩潰的計算機仿真284
8.6電壓崩潰的預防284
8.7發電機帶容性負荷時的自勵磁286
8.7.1RLC電路中的參數諧振286
8.7.2勵磁繞組開路時發電機的自勵磁286
8.7.3勵磁繞組閉合時的發電機自勵磁289
8.7.4自勵磁的實際可能性290
第9章頻率穩定和控制291
9.1自動發電控制291
9.1.1發電出力特性曲線292
9.1.2一次控制294
9.1.3二次控制296
9.1.4三次控制300
9.1.5作為多級控制的AGC300
9.1.6抗頻率不穩定的防御計劃301
9.1.7頻率控制的質量評估302
9.2階段Ⅰ：發電機群中的轉子搖擺304
9.3階段Ⅱ：頻率下降306
9.4階段Ⅲ：一次控制308
9.4.1旋轉備用的重要性309
9.4.2頻率崩潰311
9.4.3低頻切負荷313
9.5階段Ⅳ：二次控制313
9.5.1孤島繫統313
9.5.2互聯繫統與聯絡線功率振蕩316
9.6聯絡線上的FACTS裝置322
9.6.1多機繫統的增量模型322
9.6.2基於Lyapunov方法的狀態變量控制326
9.6.3仿真結果實例329
9.6.4AGC與聯絡線中串聯型FACTS裝置的協調331
第10章提高穩定性的措施332
10.1電力繫統穩定器332
10.1.1應用於勵磁繫統的PSS332
10.1.2應用於渦輪機調速器的PSS335
10.2快關汽門336
10.3制動電阻339
10.4切機340
10.4.1預防性切機341
10.4.2恢復性切機342
10.5並聯FACTS裝置342
10.5.1功率-功角特性曲線343
10.5.2狀態變量控制345
10.5.3基於就地測量量的控制347
10.5.4可件實例350
10.5.5多機繫統的推廣352
10.5.6仿真結果示例358
10.6串聯補償器360
10.6.1狀態變量控制361
10.6.2基於等面積法則的解釋363
10.6.3基於電流二次方的控制策略364
10.6.4基於其他就地測量量的控制365
10.6.5仿真結果366
10.7統一潮流控制器367
10.7.1功率-功角特性曲線367
10.7.2狀態變量控制369
10.7.3基於就地測量量的控制370
10.7.4仿真結果示例371
第3部分電力繫統動態高級專題
第11章電力繫統高級建模374
11.1同步發電機374
11.1.1假設彙總374
11.1.2定子坐標繫下的磁鏈方程375
11.1.3轉子坐標繫下的磁鏈方程376
11.1.4電壓方程380
11.1.5基於電路量的發電機電抗383
11.1.6同步發電機方程386
11.1.7同步發電機模型392
11.1.8飽和效應395
11.2勵磁繫統399
11.2.1傳感器與比較器的模型400
11.2.2勵磁機和調節器400
11.2.3電力繫統穩定器(PSS)406
11.3渦輪機與渦輪機調速器406
11.3.1汽輪機模型407
11.3.2水輪機411
11.3.3風力機416
11.4動態負荷模型420
11.5FACTS裝置422
11.5.1並聯FACTS裝置422
11.5.2串聯FACTS裝置423
第12章多機繫統的靜態穩定性424
12.1數學背景424
12.1.1特征值和特征向量424
12.1.2實方陣的對角化428
12.1.3矩陣微分方程的求解432
12.1.4模態分析與靈敏度分析439
12.1.5具有輸入的狀態方程的模態形式442
12.1.6非線性繫統442
12.2不控繫統的靜態穩定性443
12.2.1狀態空間方程444
12.2.2簡化的靜態穩定條件446
12.2.3包括負荷的電壓特性450
12.2.4網絡傳輸能力451
12.3受控繫統的靜態穩定性451
12.3.1發電機和網絡451
12.3.2將勵磁繫統模型及電壓控制列入方程455
12.3.3繫統的線性狀態方程456
12.3.4實例458
第13章電力繫統動態仿真462
13.1數值積分法463
13.2分割解法467
13.2.1部分矩陣求逆469
13.2.2矩陣分解472
13.2.3牛頓法473
13.2.4避免迭代的方法和網絡求解的多種方法476
13.3統一解法478
13.4求解方法的比較479
第14章電力繫統模型簡化——等效方法481
14.1等效的類型481
14.2網絡變換482
14.2.1消去節點法482
14.2.2采用Dimo法的節點聚合485
14.2.3采用Zhukov法的節點聚合486
14.2.4同調性488
14.3發電機組的聚合490
14.4外部子繫統的等效模型490
14.5同調辨識491
14.6同調等效的特性495
14.6.1Zhukov法的電氣解釋495
14.6.2增量等效模型497
14.6.3準確同調性的模態解釋499
14.6.4等效模型的特征值和特征向量503
14.6.5等效模型的平衡點508
附錄512
參考文獻528

本書全面講解了現代電力繫統的動態行為和控制問題，內容包括電力繫統規劃、設計、運行和控制中特別關注的靜態穩定性、暫態穩定性、電壓穩定性、頻率穩定性、次同步振蕩穩定性、動態等效和發電機自勵磁等重要主題。本書的突出優勢是注重物理原理、內容全面、分析深入、解釋透徹。本書可作為電力繫統專業碩士和博士研究生“電力繫統暫態分析”課程的教材。同時，本書也特別適合於從事電力繫統研究、規劃、設計、運行和控制的專業人員閱讀。