電力系統(tǒng)分析

前言

本書(shū)是為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)本科生編寫(xiě)的一門(mén)專業(yè)課教材，也是天津大學(xué)李林川教授主編的《電力系統(tǒng)基礎(chǔ)》一書(shū)的配套教材。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的本科生，在學(xué)習(xí)了“電路”、“電機(jī)學(xué)”、“電力系統(tǒng)基礎(chǔ)”課程后可繼續(xù)學(xué)習(xí)本書(shū)。本書(shū)重點(diǎn)講述電力系統(tǒng)分析涉及的元件模型和計(jì)算機(jī)分析方法，其中：第1章介紹電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型；第2章介紹電力系統(tǒng)潮流分析的數(shù)學(xué)模型及常用的計(jì)算機(jī)方法；第3章介紹電力系統(tǒng)有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配和最優(yōu)潮流的基本概念及計(jì)算方法；第4章引出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)分析中的同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型；第5章為同步電機(jī)三相短路電流的解析分析方法；第6章為電力系統(tǒng)短路及斷線故障的計(jì)算機(jī)分析方法；第7章介紹電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析中的元件模型，包括發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器模型及負(fù)荷模型；第8章介紹電力系統(tǒng)各種穩(wěn)定性的基本概念；第9章和第10章介紹電力系統(tǒng)小擾動(dòng)和暫態(tài)穩(wěn)定性的分析方法；第11章介紹提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施，其內(nèi)容包括安全穩(wěn)定控制技術(shù)的基本概念及實(shí)現(xiàn)方法。編者希望通過(guò)本書(shū)的學(xué)習(xí)，可以使讀者對(duì)電力系統(tǒng)的各種安全穩(wěn)定問(wèn)題及分析方法有一個(gè)比較全面的了解。本書(shū)由房大中任主編，第1～6章由房大中編寫(xiě)，第7～11章由賈宏杰編寫(xiě)。本書(shū)初稿承蒙余貽鑫教授審閱，提出了很多寶貴的意見(jiàn)和建議，在此深表感謝。同時(shí)感謝編者的研究生為本書(shū)所做的繪圖及文字校對(duì)工作。由于編者水平有限，書(shū)中不妥之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《電力系統(tǒng)分析》重點(diǎn)闡述電力系統(tǒng)分析涉及的元件模型和計(jì)算機(jī)分析方法。全書(shū)共分11章，包括電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型、電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算機(jī)分析方法、電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、同步電機(jī)三相短路暫態(tài)過(guò)程分析、電力系統(tǒng)故障的計(jì)算機(jī)算法、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的元件模型、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念、電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施。每章都提供了一些思考題，便于學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)。　　《電力系統(tǒng)分析》可作為高等院校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的本科生教材，也可供高職、高專相關(guān)專業(yè)師生參考，還可作為電力工程技術(shù)人員的參考資料和培訓(xùn)教材。

書(shū)籍目錄

前言第1章 電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型1.1 節(jié)點(diǎn)電壓方程與節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣1.1.1 節(jié)點(diǎn)電壓方程的建立1.1.2 節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣元素的物理意義1.1.3 節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣形成與修改的計(jì)算機(jī)方法1.1.4 節(jié)點(diǎn)方程的實(shí)數(shù)化求解方法1.2 節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣1.2.1 節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣表示的網(wǎng)絡(luò)方程1.2.2 節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的特點(diǎn)及其元素的物理意義1.2.3 節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣元素的求解方法1.2.4 節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣元素的實(shí)數(shù)化求解方法思考題第2章 電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算機(jī)分析方法2.1 潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型2.1.1 節(jié)點(diǎn)的功率方程2.1.2 潮流計(jì)算中節(jié)點(diǎn)的分類2.1.3 電力網(wǎng)絡(luò)的潮流方程2.2 牛頓-拉夫遜潮流算法2.2.1 牛頓迭代算法2.2.2 牛頓法的幾何解釋2.2.3 極坐標(biāo)牛頓潮流算法的雅可比矩陣2.2.4 直角坐標(biāo)牛頓潮流算法的雅可比矩陣2.2.5 初值的設(shè)置與元件通過(guò)功率和電流的計(jì)算2.2.6 牛頓潮流算法流程及評(píng)價(jià)2.3 快速解耦潮流算法2.3.1 快速解耦潮流算法的基本原理2.3.2 快速解耦潮流算法的評(píng)價(jià)2.4 直流潮流算法思考題第3章 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行3.1 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本概念3.2 火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配3.3 水火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配3.4 電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流3.4.1 最優(yōu)潮流的數(shù)學(xué)模型3.4.2 最優(yōu)潮流計(jì)算的降維梯度法3.4.3 解耦最優(yōu)潮流思考題第4章 同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型4.1 abc坐標(biāo)系的同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型4.1.1 理想同步電機(jī)4.1.2 abc坐標(biāo)系的同步電機(jī)方程4.2 dq0坐標(biāo)系的同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型4.2.1 派克變換4.2.2 dq0坐標(biāo)系的同步電機(jī)方程4.2.3 派克變換的物理解釋4.3 同步電機(jī)的標(biāo)幺值基本方程4.4 電機(jī)參數(shù)表示的同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型4.4.1 同步電機(jī)參數(shù)4.4.2 同步電機(jī)參數(shù)與其原始參數(shù)的關(guān)系4.4.3 電機(jī)參數(shù)表示的同步電機(jī)方程4.4.4 同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程4.5 同步電機(jī)的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型4.5.1 定子電壓方程簡(jiǎn)化模型4.5.2 轉(zhuǎn)子電壓磁鏈方程簡(jiǎn)化模型4.6 同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及相量圖4.6.1 用同步電抗表示的同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型4.6.2 用暫態(tài)電抗表示的同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型4.6.3 用次暫態(tài)電抗表示的同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型思考題第5章 同步電機(jī)三相短路暫態(tài)過(guò)程分析5.1 同步電機(jī)三相短路物理過(guò)程分析5.1.1 同步電機(jī)三相短路的特點(diǎn)及磁鏈?zhǔn)睾阍?.1.2 無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)空載三相短路的物理過(guò)程5.2 無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算5.2.1 不計(jì)衰減時(shí)同步電機(jī)空載短路電流計(jì)算5.2.2 不計(jì)衰減時(shí)同步電機(jī)負(fù)載狀態(tài)下的短路電流計(jì)算5.2.3 自由電流衰減的時(shí)間常數(shù)5.3 有阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算5.3.1 不計(jì)衰減定子轉(zhuǎn)子短路電流計(jì)算5.3.2 自由電流分量的衰減時(shí)間常數(shù)5.4 強(qiáng)行勵(lì)磁對(duì)同步電機(jī)短路暫態(tài)過(guò)程的影響思考題第6章 電力系統(tǒng)故障的計(jì)算機(jī)算法6.1 三相對(duì)稱短路故障計(jì)算6.2 簡(jiǎn)單不對(duì)稱故障計(jì)算6.2.1 序網(wǎng)絡(luò)端口電壓方程6.2.2 不對(duì)稱短路故障計(jì)算6.2.3 不對(duì)稱斷線故障計(jì)算6.3 復(fù)雜故障的計(jì)算6.3.1 不對(duì)稱故障的通用邊界條件6.3.2 多重故障計(jì)算思考題第7章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的元件模型7.1 概述7.2 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程7.2.1 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)7.2.2 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的標(biāo)幺值表示7.2.3 慣性時(shí)間常數(shù)及物理含義7.3 發(fā)電機(jī)功角及功率特性7.3.1 轉(zhuǎn)子位置角7.3.2 功角及簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)功率特性7.3.3 用其他電勢(shì)表示的發(fā)電機(jī)功率特性7.3.4 復(fù)雜系統(tǒng)的功率特性7.4 功率特性影響因素分析7.4.1 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響7.4.2 自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的影響7.5 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)7.5.1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的構(gòu)成7.5.2 主勵(lì)磁系統(tǒng)模型7.5.3 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型7.6 原動(dòng)機(jī)及調(diào)速器系統(tǒng)7.6.1 水輪機(jī)及調(diào)速器系統(tǒng)7.6.2 汽輪機(jī)及調(diào)速器系統(tǒng)7.6.3 原動(dòng)機(jī)及調(diào)速器系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型7.7 電力負(fù)荷模型7.7.1 靜態(tài)負(fù)荷模型7.7.2 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型7.7.3 其他負(fù)荷模型簡(jiǎn)介思考題第8章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念8.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概述8.2 小擾動(dòng)穩(wěn)定性的初步概念8.3 暫態(tài)穩(wěn)定性的初步概念8.4 負(fù)荷穩(wěn)定的初步概念8.5 電壓穩(wěn)定的初步概念思考題第9章 電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性9.1 小擾動(dòng)穩(wěn)定性基礎(chǔ)概念9.1.1 動(dòng)力系統(tǒng)模型9.1.2 運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的基本概念9.1.3 系統(tǒng)的線性化模型9.1.4 系統(tǒng)控制參數(shù)變動(dòng)的影響9.1.5 電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性分析步驟9.2 單機(jī)一無(wú)窮大系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性分析9.2.1 不計(jì)發(fā)電機(jī)阻尼時(shí)的穩(wěn)定性分析9.2.2 計(jì)及發(fā)電機(jī)阻尼時(shí)的穩(wěn)定性分析9.2.3 小擾動(dòng)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)和系統(tǒng)阻尼因子9.3 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定分岔分析9.3.1 系統(tǒng)模型9.3.2 系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性分析9.4 多機(jī)電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性分析9.4.1 系統(tǒng)模型9.4.2 系統(tǒng)初始點(diǎn)的小擾動(dòng)穩(wěn)定性分析9.4.3 系統(tǒng)負(fù)荷水平變動(dòng)對(duì)小擾動(dòng)穩(wěn)定性的影響9.4.4 發(fā)電機(jī)出力對(duì)系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性的影響9.4.5 綜合考慮負(fù)荷水平和調(diào)度方式變化對(duì)系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性的影響……第10章 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性第11章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.1.3 節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣形成與修改的計(jì)算機(jī)方法在研究電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣形成與修改的計(jì)算機(jī)方法之前，先要設(shè)計(jì)一種電力網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的輸入方法。假定構(gòu)成電力網(wǎng)絡(luò)的元件包括雙繞組變壓器、輸電線路及母線接地支路。對(duì)變壓器，假定三繞組變壓器已轉(zhuǎn)化為三個(gè)雙繞組變壓器的等值電路，且略去勵(lì)磁導(dǎo)納支路，若需考慮勵(lì)磁導(dǎo)納支路，則將該支路視為接到相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的母線接地支路處理。書(shū)中的母線接地支路可以表示母線上的接地電容和接地電感，亦可模擬短路故障等異常情況。本書(shū)介紹的電力網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的輸入方法以電力網(wǎng)絡(luò)元件為單位，如表1-1每一行所示，其中：第一和第三個(gè)字段為字符串型數(shù)據(jù)，表示元件的首節(jié)點(diǎn)名和尾節(jié)點(diǎn)名。第二和第四個(gè)字段為整數(shù)型數(shù)據(jù)，表示元件的首節(jié)點(diǎn)和尾節(jié)點(diǎn)編號(hào)，如果尾節(jié)點(diǎn)編號(hào)為0，表示該行數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的元件為接地支路元件。第五和第六個(gè)字段為實(shí)數(shù)型數(shù)據(jù)，若該行對(duì)應(yīng)變壓器元件，這兩個(gè)數(shù)據(jù)分別表示變壓器繞組的等值電阻和電抗；若該行對(duì)應(yīng)輸電線（或母線接地支路元件），這兩個(gè)數(shù)據(jù)分別表示該元件模型的串聯(lián)等值電阻和電抗。第七和第八個(gè)字段為實(shí)數(shù)型數(shù)據(jù)，分別表示輸電線π型等值電路一端的接地電納和變壓器的變比，若第八個(gè)字段的數(shù)據(jù)為空，表示該行對(duì)應(yīng)輸電線元件，否則為雙繞組變壓器元件。表1-1所示的輸入文件內(nèi)容為圖1-1（b）所示電力網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)。需要注意的是，雙繞組變壓器的變比統(tǒng)一規(guī)定為首節(jié)點(diǎn)至尾節(jié)點(diǎn)的變比，為1︰k；另外，允許電力網(wǎng)絡(luò)存在并聯(lián)元件，例如，若圖1-1網(wǎng)絡(luò)增加一條與輸電線L1相同的并聯(lián)輸電線，表1-1輸入文件中只要再增補(bǔ)一行與第四行相同的數(shù)據(jù)即可。另外，需要指出的是輸入文件對(duì)每行數(shù)據(jù)的先后次序無(wú)限制。

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