電力系統(tǒng)控制與穩(wěn)定

前言

　　本書的一些早期版本作為我們的授課教材，至今已過(guò)了整整30年；其后正式出版的第一版，也已過(guò)了四分之一世紀(jì)。通常，作為一本過(guò)時(shí)的書，讀者應(yīng)該會(huì)放棄它。但直到最近，仍然有很多讀者會(huì)問(wèn)，在這一版本中，增加了什么新內(nèi)容？特別是新讀者會(huì)關(guān)心：第二版何時(shí)出版？　　30年來(lái)，在穩(wěn)定性研究中，所分析電力系統(tǒng)的容量、研究范圍（包括所尋求答案的類型）、暫態(tài)分析的持續(xù)時(shí)間及求解問(wèn)題的方法可能都發(fā)生了變化，但所有這些問(wèn)題的核心是：必須采用適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)數(shù)學(xué)模型。在暫態(tài)分析中，這類模型必須基于物理系統(tǒng)的描述與行為。　　為進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)分析，本書專注于電力系統(tǒng)各元件的建模，還會(huì)著重于慣性暫態(tài)的分析。一個(gè)可能的例外反映了本書成書時(shí)的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)，即為發(fā)現(xiàn)和緩解可能存在的欠阻尼運(yùn)行情況所做的線性系統(tǒng)模型的分析?！　?0世紀(jì)70年代以后，有幾個(gè)趨勢(shì)引起了電力系統(tǒng)工程師對(duì)穩(wěn)定性問(wèn)題的極大關(guān)注。由于較高的經(jīng)濟(jì)成本和傳輸系統(tǒng)的延時(shí)，加之環(huán)境訴訟，導(dǎo)致大型電力系統(tǒng)在傳輸上變得更為擁擠，在結(jié)構(gòu)上更加相互依賴，等等。為維持穩(wěn)定性，一直以來(lái)，人們更依賴于離散補(bǔ)償控制、大型系統(tǒng)的研究需要及較長(zhǎng)暫態(tài)時(shí)間的分析。所以，自20世紀(jì)70年代以后，在穩(wěn)定性研究中要求包含如下附加模型：汽輪機(jī)調(diào)速器、發(fā)電廠、離散補(bǔ)償控制等。這樣，為電力系統(tǒng)元件建模則要求附加上機(jī)械轉(zhuǎn)矩，這個(gè)問(wèn)題比以往變得更為重要。作者認(rèn)為，現(xiàn)在就應(yīng)該滿足這個(gè)要求，正如最初所計(jì)劃的那樣?！　‖F(xiàn)在，電力工業(yè)正在進(jìn)行重要的重建?，F(xiàn)在的問(wèn)題是，自20世紀(jì)70年代開(kāi)始的這一重建趨勢(shì)是否可能還在繼續(xù)，至少持續(xù)到一個(gè)不久的未來(lái)？許多電力系統(tǒng)分析者認(rèn)為，答案是肯定的?！　∽詮谋緯男抻啺娉霭婧?，電力工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了有效的重建，大型電力跨區(qū)域傳輸應(yīng)用更為廣泛?？梢云诖?，新的工程重點(diǎn)將著重于工程師們所稱的中期或長(zhǎng)期分析。我們相信，在重建電力環(huán)境中，繼續(xù)這類分析是必要的，因?yàn)檫@將會(huì)更加強(qiáng)調(diào)對(duì)包含在各種運(yùn)行方式及跨區(qū)傳輸中的所有問(wèn)題的各種系統(tǒng)限制所能提供的答案。在指導(dǎo)這些研究中，機(jī)械轉(zhuǎn)矩的建模將更加重要?！　〕霈F(xiàn)在第10章至第13章和附錄F至附錄J中的“機(jī)械轉(zhuǎn)矩”的內(nèi)容，由PaulAnderson撰寫，這些內(nèi)容如果存在問(wèn)題需要更正，或是有其他疑問(wèn)，請(qǐng)與PaulAnderson聯(lián)系。這些內(nèi)容出現(xiàn)在一本關(guān)于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制的書中不太常見(jiàn)，但我們認(rèn)識(shí)到，穩(wěn)定性的完整展現(xiàn)和所支撐的數(shù)學(xué)模型，不涉及這些重要系統(tǒng)元件的討論是不可能完整的。這里給出的模型可以認(rèn)為是“低階”模型，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究而言是適當(dāng)?shù)母郊硬牧?。這就將模型限定為1分鐘左右的短時(shí)間跨度模型，有目的地避免了發(fā)電廠長(zhǎng)期行為的建模，例如在經(jīng)濟(jì)或能量調(diào)度研究中?！　. M. Anderson　　A. A. Fouad　　San Diego, California　　Fort Collins, Colorado

內(nèi)容概要

　　《電力系統(tǒng)控制與穩(wěn)定(第二版)》是一本在電力系統(tǒng)控制與穩(wěn)定性領(lǐng)域享譽(yù)國(guó)際的經(jīng)典專著。本書由三部分組成。第一部分首先討論電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義和要求；然后給出發(fā)電機(jī)元件的各種經(jīng)典模型；最后介紹電力系統(tǒng)對(duì)小擾動(dòng)的響應(yīng)。第二部分以電磁轉(zhuǎn)矩為核心，首先針對(duì)發(fā)電機(jī)模型的狀態(tài)空間表達(dá)式，介紹派克變換、標(biāo)幺值、等效電路、各個(gè)時(shí)間常數(shù)及更一般的發(fā)電機(jī)模型。然后，分別從模擬計(jì)算機(jī)和數(shù)字計(jì)算機(jī)的角度闡述單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)和多機(jī)系統(tǒng)的仿真方法；接下來(lái)，討論同步發(fā)電機(jī)模型的線性化問(wèn)題，詳細(xì)介紹勵(lì)磁系統(tǒng)并討論勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；最后深入探討帶恒定阻抗負(fù)荷的多機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)學(xué)關(guān)系。第三部分以電力系統(tǒng)穩(wěn)定性為目的來(lái)討論機(jī)械轉(zhuǎn)矩，首先概述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性和方式，然后分別詳細(xì)介紹汽輪機(jī)、水輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和調(diào)節(jié)特性。為讀者進(jìn)一步深入地理解本書所討論的有關(guān)問(wèn)題，作者配有近百頁(yè)的附錄。
　　《電力系統(tǒng)控制與穩(wěn)定(第二版)》強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)際問(wèn)題本身的理解，所涉及的數(shù)學(xué)問(wèn)題或控制理論基礎(chǔ)并不復(fù)雜，僅有自動(dòng)控制原理和初步的線性系統(tǒng)狀態(tài)方程的背景知識(shí)就能理解全書的數(shù)學(xué)模型。本書適合于作為電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)的高年級(jí)本科生或研究生的教材，也適合于作為電力系統(tǒng)自動(dòng)化各領(lǐng)域的學(xué)者和工程師的參考書。

書籍目錄

第一部分 引言
第1章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性
1.1 引言
1.2 可靠電力服務(wù)的要求
1.3 問(wèn)題的陳述
1.4 沖擊對(duì)系統(tǒng)元件的影響
1.5 仿真方法
習(xí)題
第2章 基本數(shù)學(xué)模型
2.1 搖擺方程
2.2 單位制
2.3 機(jī)械轉(zhuǎn)矩
2.4 電磁轉(zhuǎn)矩
2.5 同步發(fā)電機(jī)的功角曲線
2.6 同步發(fā)電機(jī)振蕩的固有頻率
2.7 單機(jī)與無(wú)窮大母線連接的系統(tǒng)——經(jīng)典模型
2.8 等面積準(zhǔn)則
2.9 多機(jī)系統(tǒng)的經(jīng)典模型
2.10 一個(gè)九母線系統(tǒng)的經(jīng)典穩(wěn)定性研究
.2.11 經(jīng)典模型的不足
2.12 單機(jī)的框圖
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第3章 小擾動(dòng)引起的系統(tǒng)響應(yīng)
3.1 引言
3.2 所研究問(wèn)題的類型
3.3 無(wú)調(diào)節(jié)的同步發(fā)電機(jī)
3.4 無(wú)調(diào)節(jié)多機(jī)系統(tǒng)的振蕩方式
3.5 有調(diào)節(jié)的同步發(fā)電機(jī)
3.6 沖擊功率的分布
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第二部分 電磁轉(zhuǎn)矩
第4章 同步發(fā)電機(jī)
4.1 引言
4.2 park變換
4.3 磁鏈方程
4.4 電壓方程
4.5 狀態(tài)空間方程的形式
4.6 電流公式
4.7 標(biāo)幺值變換
4.8 電壓方程的規(guī)格化
4.9 矩陣方程的規(guī)格化
4.10 轉(zhuǎn)矩和功率
4.11 同步發(fā)電機(jī)的等效回路
4.12 磁鏈的狀態(tài)空間模型
4.13 負(fù)荷方程
4.14 次暫態(tài)電感、暫態(tài)電感和時(shí)間常數(shù)
4.15 同步發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)化模型
4.16 汽輪發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)模型
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第5章 同步發(fā)電機(jī)的模擬
5.1 引言
5.2 穩(wěn)態(tài)方程和相量圖
5.3 經(jīng)過(guò)一條傳輸線連接至無(wú)窮大母線的發(fā)電機(jī)
5.4 在機(jī)端接有局部負(fù)荷的連接至無(wú)窮大母線上的發(fā)電機(jī)
5.5 確定穩(wěn)態(tài)條件
5.6 例題
5.7 多機(jī)系統(tǒng)的初始條件
5.8 用制造商的數(shù)據(jù)來(lái)確定發(fā)電機(jī)的參數(shù)
5.9 同步發(fā)電機(jī)的模擬計(jì)算機(jī)仿真
5.10 同步發(fā)電機(jī)的數(shù)字仿真
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第6章 同步發(fā)電機(jī)的線性模型
6.1 引言
6.2 發(fā)電機(jī)狀態(tài)空間電流模型的線性化
6.3 單機(jī)問(wèn)題的負(fù)荷方程的線性化
6.4 磁鏈模型的系統(tǒng)化
6.5 簡(jiǎn)化的線性模型
6.6 框圖
6.7 簡(jiǎn)化模型的狀態(tài)空間表示
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第7章 勵(lì)磁系統(tǒng)
7.1 勵(lì)磁控制概述
7.2 控制的結(jié)構(gòu)
7.3 典型的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)
7.4 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的定義
7.5 電壓調(diào)節(jié)器
7.6 勵(lì)磁機(jī)電壓的建起
7.7 勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)
7.8 勵(lì)磁系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述
7.9 勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)描述
7.10 典型的系統(tǒng)常數(shù)
7.11 勵(lì)磁對(duì)發(fā)電機(jī)性能的影響
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第8章 勵(lì)磁對(duì)穩(wěn)定的影響
8.1 引言
8.2 勵(lì)磁對(duì)發(fā)電機(jī)功率極限的影響
8.3 勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響
8.4 勵(lì)磁對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的影響
8.5 有調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)連接至無(wú)窮大母線的根軌跡分析
8.6 近似的系統(tǒng)描述
8.7 輔助穩(wěn)定信號(hào)
8.8 穩(wěn)定的發(fā)電機(jī)的線性分析
8.9 模擬計(jì)算機(jī)研究
8.10 數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的研究
8.11 勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性影響的一般性評(píng)述
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第9章 具有恒定阻抗負(fù)荷的多機(jī)系統(tǒng)
9.1 引言
9.2 問(wèn)題的闡述
9.3 無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的矩陣表示法
9.4 將發(fā)電機(jī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)參考系
9.5 發(fā)電機(jī)的電流和電壓之間的關(guān)系
9.6 系統(tǒng)的階數(shù)
9.7 經(jīng)典模型表示的發(fā)電機(jī)
9.8 網(wǎng)絡(luò)的線性化模型
9.9 混合公式
9.10 具有磁鏈模型的網(wǎng)絡(luò)方程
9.11 完整的系統(tǒng)方程
9.12 多機(jī)系統(tǒng)的研究
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第三部分 機(jī)械轉(zhuǎn)矩電力系統(tǒng)控制與穩(wěn)定性
第10章 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)
10.1 飛球調(diào)速器
10.2 同步調(diào)速器
10.3 渦輪機(jī)的增量方程
10.4 降速調(diào)速器
10.5 浮動(dòng)杠桿降速調(diào)速器
10.6 補(bǔ)償型調(diào)速器
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第11章 汽輪原動(dòng)機(jī)
11.1 引言
11.2 電廠控制方式
11.3 熱力發(fā)電
11.4 蒸汽動(dòng)力發(fā)電廠模型
11.5 汽輪機(jī)
11.6 汽輪機(jī)的控制運(yùn)行
11.7 汽輪機(jī)控制功能
11.8 蒸汽發(fā)生器控制
11.9 礦物燃料鍋爐
11.10 核能蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第12章 水輪原動(dòng)機(jī)
12.1 引言
12.2 沖擊式渦輪機(jī)
12.3 反作用式渦輪機(jī)
12.4 螺旋槳式渦輪機(jī)
12.5 deriaz式渦輪機(jī)
12.6 導(dǎo)水管、浪涌槽和引水管
12.7 水力系統(tǒng)方程
12.8 水力系統(tǒng)傳遞函數(shù)
12.9 簡(jiǎn)化假設(shè)
12.10 水力系統(tǒng)框圖
12.11 泵送存儲(chǔ)水力系統(tǒng)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第13章 燃?xì)廨啓C(jī)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠
13.1 引言
13.2 燃?xì)廨啓C(jī)原動(dòng)機(jī)
13.3 聯(lián)合循環(huán)原動(dòng)機(jī)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
附錄a 三相系統(tǒng)的三角恒等式
附錄b 解微分方程的某些計(jì)算機(jī)方法
附錄c 規(guī)格化
附錄d 典型的系統(tǒng)數(shù)據(jù)
附錄e 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的定義
附錄f 控制系統(tǒng)元件
附錄g 壓力控制系統(tǒng)
附錄h 調(diào)速器方程
附錄i 導(dǎo)水管的波方程
附錄j 液壓伺服電動(dòng)機(jī)
索引

編輯推薦

　　《電氣工程、自動(dòng)化專業(yè)規(guī)劃教材：電力系統(tǒng)控制與穩(wěn)定（第2版）》強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)際問(wèn)題本身的理解，所涉及的數(shù)學(xué)問(wèn)題或控制理論基礎(chǔ)并不復(fù)雜，僅有自動(dòng)控制原理和初步的線性系統(tǒng)狀態(tài)方程的背景知識(shí)就能理解全書的數(shù)學(xué)模型。《電氣工程、自動(dòng)化專業(yè)規(guī)劃教材：電力系統(tǒng)控制與穩(wěn)定（第2版）》適合于作為電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)的高年級(jí)本科生或研究生的教材，也適合于作為電力系統(tǒng)自動(dòng)化各領(lǐng)域的學(xué)者和工程師的參考書。

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