隨著可再生能源並網不斷增加，光伏、風電的利用日益增多，這給電網電壓控制和無功功率補償帶來了新的挑戰。本書重點介紹了風電、光伏的大規模滲透對電力繫統動態電壓穩定性的影響，以及使用魯棒控制技術提高穩定裕度的效果，從而減少對電力繫統性能的負面影響。本書內容包括電力繫統電壓穩定性與設備模型，線性化和模態分析，利用風力發電機和柔性交流輸電繫統（FACTS）設備進行動態電壓失穩分析，動態負荷下的電壓穩定控制，動態輸電能力增強控制，增強故障穿越能力的控制，互連電力繫統中雙饋異步發電機（DFIG）的低電壓穿越（等

●譯者序 原書序 本書物理量符號 本書縮略語 第 １章 引言 １ １１ 總則 １ １２ 背景 １ １３ 不同國家的可再生能源並網 情況 ６ １４ 大型風力發電機和光伏發並網概述 ７ １５ 風力發電機和光伏 控制概述 ８ １６ 風力發電機和光伏 的魯棒控制 ９ １７ 本書的貢獻 １０ １８ 本書綜覽概述 １１ 參考文獻 １２ 第 ２章 電力繫統電壓穩定性與 設備模型 １６ ２１ 簡介 １６ ２２ 電力繫統穩定性和電壓 穩定性 １７ ２３ 電壓和功角失穩 １８ ２４ 風力發電和電力繫統 穩定性 １８ ２５ 電壓失穩及其時間過程 １９ ２６ 電壓穩定性 ２２７ 電壓穩定性和非線性 ２０ ２８ 電壓失穩的主要原因 ２１ ２９ 提高電壓穩定性的方法 ２２ ２９１ 電壓穩定性和勵磁 控制 ２２ ２９２ 電壓穩定性和 ＦＡＣＴＳ 設備 ２３ ２１０ 電力繫統設備建模 ２４ ２１０１ 同步發電機建模 ２５ ２１０２ 勵磁繫統建模 ２６ ２１０３ 電力繫統穩定器 ２７ ２１０４ 過勵磁器 ２７ ２１０５ 負荷建模 ２８ ２１０６ 異步電動機建模 ２９ ２１０７ 有載分接開關建模 ３０ ２１０８ 風力發電機建模 ３０ ２１０９ 負荷潮流表示 ３２ ２１０１０ 風力發電機的動態 模型 ３３ ２１０１１ 轉子模型 ３３ ２１０１２ 軸繫模型 ３４ ２１０１３ 異步發電機模型 ３５ ２１０１４ ＤＦＩＧ建模 ３６ ２１０１５ 風力發電機聚合模型 ３６ ２１０１６ 光伏 建模 ３７ ２１０１７ ＦＡＣＴＳ設備 建模 ３９ ２１０１８ ＳＴＡＴＣＯＭ模型 ３９ ２１０１９ ＳＶＣ建模 ４２ ２１０２０ 晶閘管控制的串聯 電容器 ４３ ２１０２１ 儲能裝置 ４４ ２１０２２ 電網潮流模型 ４４ ２１０２３ 電力繫統建模 ４５ ２１１ 本章小結 ４５ 參考文獻 ４６ 第 ３章 線性化和模態分析 ４８ ３１ 簡介 ４８ ３２ 傳統線性化 ４８ ３２１ 擾動線性化 ５１ ３３ 設計的線性化 ５１ ３３１ 中值定理 ５２ ３３２ 公式重構方法 ５３ ３３３ 設計的技術在簡單繫統 中的應用 ５５ ３４ 電力繫統模態分析 ５９ ３５ 特征值靈敏度 ６１ ３６ 參與矩陣 ６１ ３７ 留數 ６２ ３８ 母線參與因子、特征值和 電壓穩定性 ６２ ３９ 本章小結 ６３ 參考文獻 ６４ 第 ４章 利用風力發電機和 ＦＡＣＴＳ 設備進行動態電壓 失穩分析 ６５ ４１ 簡介 ６５４２ 案例研究 ６８ ４２１ 高輸入負荷區 ６９ ４２２ ＤＦＩＧ型風電場和若干 同步發電機 ６９ ４２３ 不同 ＦＡＣＴＳ設備之間 的交互 ７２ ４２４ 帶有串聯補償的少量 大容量輸電線路 ７２ ４２５ 中間具有並聯補償的 縱向繫統 ７３ ４２６ 不同補償裝置的 比較 ７４ ４２７ 靠近負荷中心的傳統 發電 ７４ ４２８ 大型 ＦＳＷＴ並網的 影響 ７５ ４２９ 使用 ＳＴＡＴＣＯＭ進行的 ＦＳＷＴ並網 ７７ ４３ 本章小結 ７８ 參考文獻 ７９ 第 ５章 動態負荷下的電壓穩定 控制 ８１ ５１ 簡介 ８１ ５２ 電力繫統穩定性和勵磁 控制 ８３ ５３ 電力繫統模型 ８４ ５４ 測試繫統和控制任務 ８６ ５５ 線性化和不確定性建模 ８８ ５６ 極小化極大 ＬＱＧ控制 ８９ ５７ 控制器設計和性能評估 ９０ ５７１ 意外事故Ⅰ：一條輸 電線路中斷 ９２ ５７２ 意外事故Ⅱ：三相 短路 ９３ ５７３ 意外事故Ⅲ：負荷突變 ９４ ５８ 本章小結 ９６ 參考文獻 ９６ 第 ６章 動態輸電能力增強 控制 ９９ ６１ 簡介 ９９ ６２ 電力繫統模型 １０２ ６３ 計算輸電能力的目的 １０３ ６４ 輸電能力的因素 １０４ ６４１ 溫升極限 １０４ ６４２ 電壓極限 １０４ ６４３ 穩定性極限 １０５ ６５ 動態 ＡＴＣ評估算法 １０５ ６６ 案例研究 １０５ ６６１ 案例Ⅰ：發電機無功 功率限值 １０６ ６６２ 案例Ⅱ：動態負荷的 影響 １０６ ６６３ 案例Ⅲ：故障切除時 間的影響 １０６ ６６４ 案例Ⅳ：靜態和動態 補償的影響 １０７ ６６５ 案例Ⅴ：動態補償裝置 比較 １０８ ６６６ 風力發電機並網對 ＡＴＣ 的影響 １０８ ６６７ 由 ＦＳＩＧ恢復 ＡＴＣ的 補償 １１０ ６７ 分散式魯棒控制 １１０ ６８ 測試繫統的控制器設計 １１２ ６８１ 子繫統①和② １１３ ６８２ 子繫統③ １１４ ６９ 控制器性能評估 １１５ ６９１ 一條輸電線路中斷 １１５ ６９２ 三相短路 １１５６９３ 對比所設計的 ＳＴＡＴＣＯＭ 控制器與基於 ＰＩ的 ＳＴＡＴ ＣＯＭ控制器 １１６ ６１０ 本章小結 １１９ 參考文獻 １２０ 第 ７章 增強故障穿越能力的 控制 １２２ ７１ 簡介 １２２ ７２ 風電場接入電網的規範 要求 １２６ ７２１ 故障穿越 １２７ ７２２ 功率 －頻率變化 １２７ ７２３ 頻率控制 １２７ ７２４ 無功功率調節能力 １２７ ７２５ 電壓控制 １２７ ７３ 風力機的故障穿越方案 １２７ ７４ 臨界切除時間和臨界 電壓 １２９ ７５ 具有非結構化不確定性的 魯棒 ＳＴＡＴＣＯＭ控制 １３０ ７５１ 測試繫統 １３１ ７５２ 線性化和不確定性 建模 １３２ ７５３ 極小化極大 ＬＱＧＳＴＡＴＣＯＭ 控制器 １３３ ７５４ 案例研究 １３５ ７５５ 控制設計算法和性能 評估 １３８ ７６ 同步 ＳＴＡＴＣＯＭ和槳距角 控制 １４０ ７６１ 控制器性能評估 １４４ ７７ 具有結構不確定性的風電 場 ＳＴＡＴＣＯＭ控制器 １４８ ７７１ 測試繫統和控制 工作 １４９７７２ ＳＴＡＴＣＯＭ控制 策略 １５０ ７７３ 線性化和不確定性 建模 １５１ ７７４ ＳＴＡＴＣＯＭ控制器 設計 １５３ ７７５ 控制器設計算法 １５４ ７７６ 控制器性能評估 １５５ ７７７ 低電壓期間的 穩定性 １５５ ７７８ 風力發電機對風速 變化的響應 １５７ ７８ 分散式 ＳＴＡＴＣＯＭ／ＥＳＳ 控制器 １５９ ７８１ 測試繫統和控制 工作 １６０ ７８２ 問題描述 １６２ ７８３ 使用秩約束 ＬＭＩ的分 散式控制器設計 １６３ ７８４ 控制器設計算法 １６７ ７８５ 控制器性能評估 １６８ ７８６ 電壓的升高和暫態穩 定裕度 １６９ ７８７ 低電壓期間的有功和 無功輸出功率 １７１ ７８８ 與標準 ＬＶＲＴ要求的 比較 １７２ ７８９ 不同運行條件下的 性能 １７２ ７８１０ 添加超級電容器的 影響 １７２ ７９ 本章小結 １７５ 參考文獻 １７５ 第 ８章 互聯電力繫統中雙饋 異步發電機的低電壓穿越能力 １７９ ８１ 簡介 １７９ ８２ 電力繫統模型 １８０ ８３ 測試繫統和控制工作 １８２ ８４ 問題描述 １８６ ８５ 使用秩約束 ＬＭＩ的分散式 控制設計 １８９ ８６ 控制設計算法 １９０ ８７ 控制器性能評估 １９１ ８７１ 電壓的升高和暫態穩 定裕度 １９２ ８７２ 魯棒 ＬＱ和 ＰＩ控制器 的比較 １９２ ８７３ 在風電場附近的嚴重 低阻抗故障 １９４ ８７４ 對比低電壓穿越 標準 １９５ ８７５ 風力機對風速變化的 響應 １９５ ８７６ 不同運行條件下的 魯棒性 １９８ ８７７ 多個雙饋異步發電機控制 器之間的動態交互 １９８ ８７８ 不對稱故障 １９９ ８８ 結論 ２００ 參考文獻 ２０１ 第 ９章 光伏在配電網 中的交互 ２０４ ９１ 簡介 ２０４ ９２ 光伏繫統模型 ２０５ ９３ 案例研究 ２０８ ９３１ 小信號分析 ２１０ ９３２ 基於正規形理論的交 互指標 ２１１ ９３３ 時域仿真 ２１３９４ 用於非交互控制的問題 描述 ２１３ ９５ 光伏控制設計 ２１４ ９６ 控制設計算法和性能 評估 ２１６ ９６１ 三相故障 ２１８ ９６２ 連接的負荷突然 變化 ２１８ ９６３ 參考點變化 ２２０ ９６４ 光照急劇變化 ２２０ ９７ 結論 ２２２ 參考文獻 ２２２ 第 １０章 結論 ２２４ １０１ 未來研究方向 ２２６ 第 １１章 附錄 ２２７ １１１ 附錄Ⅰ：具有大型異步 電動機的單機無窮大容 量母線繫統的潮流和動 態數據 ２２７ １１２ 附錄Ⅱ：異步電動機方程到 通用坐標繫的變換 ２２７ １１３ 附錄Ⅲ：用於勵磁控制 設計的 的表達式 ２２８１１４ 附錄Ⅳ：３機 ２區測試繫 統的潮流和動態數據 ２３０ １１５ 附錄Ⅴ：單一風電場無 窮大容量母線測試繫統 潮流和動態數據 ２３２ １１６ 附錄Ⅵ：具有非結構不 確定性表示的 ＳＴＡＴＣＯＭ控 制器的 表達式 ２３３ １１７ 附錄Ⅶ：同步 ＳＴＡＴＣＯＭ 和槳距角控制的 和 ψ 表達式設計 ２３４ １１８ 附錄Ⅷ：具有結構不確定 性表示的 ＳＴＡＴＣＯＭ控制 設計的 和 ψ表達式 ２３７ １１９ 附錄Ⅸ：分散式 ＳＴＡＴＣＯＭ／ ＥＳＳ控制設計的 和 ψ 表達式 ２４２ １１１０ 附錄Ⅹ：１６機 ５區測試 繫統的潮流和動態 數據 ２４８ １１１１ 附錄Ⅺ：１０機新英格蘭繫 統的潮流和動態數據 ２５３

隨著可再生能源並網不斷增加，光伏、風電的利用日益增多，這給電網電壓控制和無功功率補償帶來了新的挑戰。本書重點介紹了風電、光伏的大規模滲透對電力繫統動態電壓穩定性的影響，以及使用魯棒控制技術提高穩定裕度的效果，從而減少對電力繫統性能的負面影響。本書內容包括電力繫統電壓穩定性與設備模型，線性化和模態分析，利用風力發電機和柔性交流輸電繫統（ＦＡＣＴＳ）設備進行動態電壓失穩分析，動態負荷下的電壓穩定控制，動態輸電能力增強控制，增強故障穿越能力的控制，互聯電力繫統中雙饋異步發電機（ＤＦＩＧ）的低電壓穿越（ＬＶＲＴ）能力，光伏在配電網中的交互等，涵蓋了提高輸配電繫統電壓穩定裕度所涉及的內容。本書可作為電力繫統工程技術人員的參考書，也適合作為相關專業的研究人員、管理人員以及高校研究生的參考資料。

原  書  序    電壓穩定性是電力繫統關注的重點，最近許多由於電壓失穩造成的停電事故也證實了這一點。輸電繫統中，由於可再生能源發電繫統［主要是風力發電繫統（ＷＴＧＳ）以及光伏發電（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ，Ｐ］的接入，電壓失穩的問題可能變得更加突出。異步發電機（ＩＧ）以恆無功模式運行，而以單位功率因數運行。除非可再生能源發電機的工作方式發生變化，否則需要額外的無功補償裝置以保持良好的電壓穩定裕度。配電繫統中，隨著分布式電源滲透率的提高，發電機和異步電動機負荷距離過近引起了新的動態現像— ——電壓振蕩。在配電網中安裝無功補償裝置並配置適當的控制器可以減輕分布式發電的大部分不利的動態影響。本書全面涵蓋了提高輸配電繫統電壓穩定裕度所涉及的內容。大多數情況下，將更優選的可再生能源接入至現有輸電繫統中等