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，至今已過了整整30年；其后正式出版的第一版，也已過了四分之一世紀(jì)。通常，作為一本過時的書，讀者應(yīng)該會放棄它。但直到最近，仍然有很多讀者會問，在這一版本中，增加了什么新內(nèi)容？特別是新讀者會關(guān)心：第二版何時出版？　　30年來，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)時間及求解問題的方法可能都發(fā)生了變化，但所有這些問題的核心是：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?！　檫M行機電暫態(tài)分析，本書專注于電力系統(tǒng)各元件的建模，還會著重于慣性暫態(tài)的分析。一個可能的例外反映了本書成書時的一個關(guān)注點，即為發(fā)現(xiàn)和緩解可能存在的欠阻尼運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，有幾個趨勢引起了電力系統(tǒng)工程師對穩(wěn)定性問題的極大關(guān)注。由于較高的經(jīng)濟成本和傳輸系統(tǒng)的延時，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，人們更依賴于離散補償控制、大型系統(tǒng)的研究需要及較長暫態(tài)時間的分析。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：汽輪機調(diào)速器、發(fā)電廠、離散補償控制等。這樣，為電力系統(tǒng)元件建模則要求附加上機械轉(zhuǎn)矩，這個問題比以往變得更為重要。作者認(rèn)為，現(xiàn)在就應(yīng)該滿足這個要求，正如最初所計劃的那樣?！　‖F(xiàn)在，電力工業(yè)正在進行重要的重建?，F(xiàn)在的問題是，自20世紀(jì)70年代開始的這一重建趨勢是否可能還在繼續(xù)，至少持續(xù)到一個不久的未來？許多電力系統(tǒng)分析者認(rèn)為，答案是肯定的?！　∽詮谋緯男抻啺娉霭婧螅娏I(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。可以期待，新的工程重點將著重于工程師們所稱的中期或長期分析。我們相信，在重建電力環(huán)境中，繼續(xù)這類分析是必要的，因為這將會更加強調(diào)對包含在各種運行方式及跨區(qū)傳輸中的所有問題的各種系統(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“機械轉(zhuǎn)矩”的內(nèi)容，由PaulAnderson撰寫，這些內(nèi)容如果存在問題需要更正，或是有其他疑問，請與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，但我們認(rèn)識到，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分鐘左右的短時間跨度模型，有目的地避免了發(fā)電廠長期行為的建模，例如在經(jīng)濟或能量調(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)域享譽國際的經(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)電機元件的各種經(jīng)典模型；最后介紹電力系統(tǒng)對小擾動的響應(yīng)。第二部分以電磁轉(zhuǎn)矩為核心，首先針對發(fā)電機模型的狀態(tài)空間表達(dá)式，介紹派克變換、標(biāo)幺值、等效電路、各個時間常數(shù)及更一般的發(fā)電機模型。然后，分別從模擬計算機和數(shù)字計算機的角度闡述單機無窮大系統(tǒng)和多機系統(tǒng)的仿真方法；接下來，討論同步發(fā)電機模型的線性化問題，詳細(xì)介紹勵磁系統(tǒng)并討論勵磁系統(tǒng)對電力系統(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)定性為目的來討論機械轉(zhuǎn)矩，首先概述發(fā)電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性和方式，然后分別詳細(xì)介紹汽輪機、水輪機、燃?xì)廨啓C及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機的數(shù)學(xué)模型和調(diào)節(jié)特性。為讀者進一步深入地理解本書所討論的有關(guān)問題，作者配有近百頁的附錄。
　　《電力系統(tǒng)控制與穩(wěn)定(第二版)》強調(diào)對實際問題本身的理解，所涉及的數(shù)學(xué)問題或控制理論基礎(chǔ)并不復(fù)雜，僅有自動控制原理和初步的線性系統(tǒng)狀態(tài)方程的背景知識就能理解全書的數(shù)學(xué)模型。本書適合于作為電力系統(tǒng)自動化專業(yè)的高年級本科生或研究生的教材，也適合于作為電力系統(tǒng)自動化各領(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 問題的陳述
1.4 沖擊對系統(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 機械轉(zhuǎn)矩
2.4 電磁轉(zhuǎn)矩
2.5 同步發(fā)電機的功角曲線
2.6 同步發(fā)電機振蕩的固有頻率
2.7 單機與無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 多機系統(tǒng)的經(jīng)典模型
2.10 一個九母線系統(tǒng)的經(jīng)典穩(wěn)定性研究
.2.11 經(jīng)典模型的不足
2.12 單機的框圖
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第3章 小擾動引起的系統(tǒng)響應(yīng)
3.1 引言
3.2 所研究問題的類型
3.3 無調(diào)節(jié)的同步發(fā)電機
3.4 無調(diào)節(jié)多機系統(tǒng)的振蕩方式
3.5 有調(diào)節(jié)的同步發(fā)電機
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
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)電感和時間常數(shù)
4.15 同步發(fā)電機的簡化模型
4.16 汽輪發(fā)電機的動態(tài)模型
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第5章 同步發(fā)電機的模擬
5.1 引言
5.2 穩(wěn)態(tài)方程和相量圖
5.3 經(jīng)過一條傳輸線連接至無窮大母線的發(fā)電機
5.4 在機端接有局部負(fù)荷的連接至無窮大母線上的發(fā)電機
5.5 確定穩(wěn)態(tài)條件
5.6 例題
5.7 多機系統(tǒng)的初始條件
5.8 用制造商的數(shù)據(jù)來確定發(fā)電機的參數(shù)
5.9 同步發(fā)電機的模擬計算機仿真
5.10 同步發(fā)電機的數(shù)字仿真
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第6章 同步發(fā)電機的線性模型
6.1 引言
6.2 發(fā)電機狀態(tài)空間電流模型的線性化
6.3 單機問題的負(fù)荷方程的線性化
6.4 磁鏈模型的系統(tǒng)化
6.5 簡化的線性模型
6.6 框圖
6.7 簡化模型的狀態(tài)空間表示
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第7章 勵磁系統(tǒng)
7.1 勵磁控制概述
7.2 控制的結(jié)構(gòu)
7.3 典型的勵磁結(jié)構(gòu)
7.4 勵磁控制系統(tǒng)的定義
7.5 電壓調(diào)節(jié)器
7.6 勵磁機電壓的建起
7.7 勵磁系統(tǒng)響應(yīng)
7.8 勵磁系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述
7.9 勵磁機系統(tǒng)的計算機描述
7.10 典型的系統(tǒng)常數(shù)
7.11 勵磁對發(fā)電機性能的影響
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第8章 勵磁對穩(wěn)定的影響
8.1 引言
8.2 勵磁對發(fā)電機功率極限的影響
8.3 勵磁系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定性的影響
8.4 勵磁對動態(tài)穩(wěn)定性的影響
8.5 有調(diào)節(jié)的發(fā)電機連接至無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
8.8 穩(wěn)定的發(fā)電機的線性分析
8.9 模擬計算機研究
8.10 數(shù)字計算機對暫態(tài)穩(wěn)定的研究
8.11 勵磁系統(tǒng)對穩(wěn)定性影響的一般性評述
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第9章 具有恒定阻抗負(fù)荷的多機系統(tǒng)
9.1 引言
9.2 問題的闡述
9.3 無源網(wǎng)絡(luò)的矩陣表示法
9.4 將發(fā)電機坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)參考系
9.5 發(fā)電機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
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 多機系統(tǒng)的研究
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第三部分 機械轉(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 渦輪機的增量方程
10.4 降速調(diào)速器
10.5 浮動杠桿降速調(diào)速器
10.6 補償型調(diào)速器
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第11章 汽輪原動機
11.1 引言
11.2 電廠控制方式
11.3 熱力發(fā)電
11.4 蒸汽動力發(fā)電廠模型
11.5 汽輪機
11.6 汽輪機的控制運行
11.7 汽輪機控制功能
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 水輪原動機
12.1 引言
12.2 沖擊式渦輪機
12.3 反作用式渦輪機
12.4 螺旋槳式渦輪機
12.5 deriaz式渦輪機
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 簡化假設(shè)
12.10 水力系統(tǒng)框圖
12.11 泵送存儲水力系統(tǒng)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第13章 燃?xì)廨啓C和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠
13.1 引言
13.2 燃?xì)廨啓C原動機
13.3 聯(lián)合循環(huán)原動機
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算機方法
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 液壓伺服電動機
索引

編輯推薦

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

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