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第1章 现代电力系统的基本特性 3

1．1 电力系统的发展历史 3

1．2 电力系统的结构 5

1．3 电力系统控制 6

1．4 稳定性的设计和运行准则 9

参考文献 11

第2章 电力系统稳定问题导论 13

2．1 基本概念和定义 13

2．1．1 转子角稳定 14

2．1．2 电压稳定和电压崩溃 19

2．1．3 中期和长期稳定 23

2．2 稳定的分类 24

2．3 稳定问题的历史回顾 25

参考文献 27

参考文献 29

3．1 物理描述 33

第3章 同步电机理论和建模 33

3．1．1 电枢和磁场结构 33

3．1．3 磁通势(MMF)波形 35

3．1．2 多极对电机 35

3．1．4 直轴和交轴 37

3．2 同步电机的数学描述 37

3．2．1 磁路方程回顾 38

3．2．2 同步电机的基本方程 40

3．3 dqo坐标变换 45

3．4 标么表示 51

3．4．1 定子量的标么系统 51

3．4．2 标么定子电压方程 52

3．4．3 标么转子电压方程 53

3．4．4 定子磁链方程 53

3．4．6 转子量的标么系统 54

3．4．5 转子磁链方程 54

3．4．7 标么功率和转矩 56

3．4．8 不同的标么系统和变换 57

3．4．9 标么方程一览 58

3．5 直轴和交轴的等值电路 60

3．6 稳态分析 63

3．6．1 电压、电流和磁链的关系 64

3．6．2 相量表示 65

3．6．3 转子角 67

3．6．4 稳态等值电路 67

3．6．5 计算稳态值的过程 68

3．7 电暂态性能特性 71

3．7．1 简单RL电路中的短路电流 71

3．7．2 同步电机的机端三相短路 72

3．7．3 短路电流中直流偏移的消除 73

3．8 磁路饱和 74

3．8．1 开路和短路特性 74

3．8．2 稳定研究中饱和的表示 75

3．8．3 改进的饱和模型 77

3．9 运动方程 83

3．9．1 运动机械学的回顾 84

3．9．2 摇摆方程 84

3．9．3 机械启动时间 86

3．9．4 惯性常数的计算 87

参考文献 89

3．9．5 系统研究中的表示 89

第4章 同步电机参数 93

4．1 运算参数 93

4．2 标准参数 96

4．3 频率响应特性 106

4．4 同步电机参数的确定 107

参考文献 110

第5章 稳定研究中同步电机的表示 113

5．1 研究大规模系统的必要简化 113

5．1．1 定子ρΦ项的忽略 113

5．1．2 忽略速度变化对定子电压的影响 115

5．2 忽略阻尼绕组的简化模型 119

5．3．1 经典模型 122

5．3 恒磁链模型 122

5．3．2 包括次暂态电路影响的恒磁链模型 125

5．3．3 不同时段的简化模型一览 126

5．4．1 无功容量曲线 127

5．4 无功容量极限 127

5．4．2V形曲线和合成曲线 129

参考文献 131

第6章 交流输电 133

6．1 输电线 133

6．1．1 电气特征 133

6．1．2 性能方程 134

6．1．3 自然或冲击阻抗负荷 137

6．1．4 输电线的等值电路 138

6．1．5 典型参数 139

6．1．6 电力传输线的性能要求 141

6．1．7 空载时电压和电流的分布 141

6．1．8 电压-功率特性 145

6．1．9 功率传输和稳定性考虑 147

6．1．10 线损对V-P和Q-P特性的影响 150

6．1．11 热极限 151

6．1．12 带负荷能力特性 151

6．2 变压器 153

6．2．1 双绕组变压器的表示 154

6．2．2 三绕组变压器的表示 160

6．2．3 移相变压器 163

6．3 电源之间的功率传递 166

6．4 潮流分析 169

6．4．1 网络方程 170

6．4．2 高斯-塞德尔法 172

6．4．3 牛顿-拉夫逊(N-R)法 173

6．4．4 快速分解潮流(FDLF)法 176

6．4．5 各种潮流解法的比较 178

6．4．6 面向稀疏矩阵的三角因子化 178

6．4．7 网络简化 179

参考文献 179

7．1 基本的负荷建模概念 183

第7章 电力系统负荷 183

7．1．1 静态负荷模型 184

7．1．2 动态负荷模型 185

7．2 感应电动机的建模 187

7．2．1 感应电机方程 188

7．2．2 稳态特性 193

7．2．3 不同的转子结构 197

7．2．4 饱和的表示 198

7．2．5 标么表示 199

7．2．6 稳定研究中的表示 201

7．3 同步电动机模型 205

7．4 负荷模型参数的获取 205

7．4．1 基于测量的方法 205

7．4．2 基于元件的方法 207

7．4．3 样本负荷特性 208

参考文献 209

第8章 励磁系统 213

8．1 励磁系统的要求 213

8．2 励磁系统的元件 214

8．3 励磁系统的类型 215

8．3．1 直流励磁系统 215

8．3．2 交流励磁系统 216

8．3．3 静止励磁系统 218

8．4 动态性能测量 221

8．3．4 近来的发展和未来的趋势 221

8．4．1 大信号性能测量 222

8．4．2 小信号性能测量 223

8．5 控制和保护功能 225

8．5．1 交流和直流调节器 225

8．5．2 励磁系统稳定电路 226

8．5．3 电力系统稳定器(PSS) 227

8．5．4 负荷补偿 227

8．5．5 欠励限制器 228

8．5．6 过励限制器 228

8．5．7 伏特／赫兹(V／Hz)限制器和保护 229

8．5．8 磁场短接电路 230

8．6 励磁系统的建模 230

8．6．1 标么系统 231

8．6．2 励磁系统元件的建模 234

8．6．3 完整励磁系统的建模 242

8．6．4 模型建立和检验的现场试验 249

第9章 原动机禾口能量供给系统 253

9．1 水轮机及其调速系统 253

9．1．1 水轮机的传递函数 254

9．1．2 假设无弹性水柱下的非线性水轮机模型 259

9．1．3 水轮机的调速器 263

9．1．4 详细的水力系统模型 270

9．1．5 水轮机建模的准则 277

9．2 汽轮机及其调速系统 278

9．2．1 汽轮机的建模 281

9．2．2 汽轮机的控制 288

9．2．3 汽轮机偏离正常频率运行的能力 296

9．3 热能系统 299

9．3．1 矿物燃料能量系统 299

9．3．2 核能系统 303

9．3．3 热能系统的建模 306

参考文献 306

第10章 高压直流输电 309

10．1 HVDC系统的接线和元件 310

10．1．1 HVDC输电连接的分类 310

10．1．2HVDC输电系统的元件 311

10．2 换流器理论和性能方程式 312

10．2．1 阀的特性 313

10．2．2 换流器电路 313

10．2．3 换流变压器额定值 327

10．2．4 多桥换流器 328

10．3 非正常运行 330

10．3．1 逆弧(逆火) 330

10．3．2 换向失败 331

10．4 HVDC系统的控制 332

10．4．1 控制的基本原理 332

10．4．2 控制的实施 341

10．4．3 换流器触发控制系统 342

10．4．4 阀的闭锁和旁路 345

10．4．5 起动、停运和潮流反转 346

10．4．6 提高交流系统性能的控制 347

10．5．1 交流侧谐波 348

10．5 谐波及滤波器 348

10．5．2 直流侧的谐波 350

10．6 交流系统强弱对交流／直流系统相互作用的影响 351

10．6．1 短路比 351

10．6．2 无功功率和交流系统强度 352

10．6．3 低ESCB系统存在的问题 352

10．6．4 与弱交流系统相关问题的解决 353

10．6．5 有效惯性常数 354

10．6．6 强制换相 354

10．7 对直流和交流故障的响应 354

10．7．1 直流线路故障 355

10．7．2 换流器故障 356

10．7．3 交流系统故障 356

10．8 多端直流输电系统 358

10．8．1 MTDC网络结构 359

10．8．2MTDC系统的控制 360

10．9 直流输电系统的模型 363

10．9．1 潮流计算中的表达式 363

10．9．2 直流量的标么值系统 376

10．9．3 稳定性研究中的表示 377

参考文献 385

11．1 有功功率和频率控制 389

第11章 有功功率和无功功率的控制 389

11．1．1 调速系统的基本工作原理 390

11．1．2 发电机组功率输出的控制 395

11．1．3 电力系统的复合调节特性 396

11．1．4 汽轮机-调速器系统的响应速度 398

11．1．5 自动发电控制的基本原理 400

11．1．6 AGC的实施 411

11．1．7 低频减负荷 415

11．2 无功功率和电压控制 417

11．2．1 无功功率的产生和吸收 418

11．2．2 电压控制的方法 418

11．2．4 并联电容器 419

11．2．3 并联电抗器 419

11．2．5 串联电容器 421

11．2．6 同步调相机 424

11．2．7 静止无功系统 424

11．2．8 输电系统的补偿原理 434

11．2．9 无功补偿装置的模型 445

11．2．10 可调分接头变压器在输电系统中的应用 449

11．2．11 配电系统的电压调节 450

11．2．12 变压器ULTE控制系统的模型 453

11．3 潮流分析步骤 455

11．3．1 故障前潮流 455

11．3．2 故障后潮流 456

参考丈献 457

第12章 小信号稳定性 465

12．1 动态系统稳定性的基本概念 465

12．1．1 状态空间表示法 465

12．1．2 动态系统的稳定性 467

12．1．3 线性化 468

12．1．4 稳定性分析 470

12．2 状态矩阵的特征行为 471

12．2．1 特征值 471

12．2．2 特征向量 471

12．2．4 动态系统的自由运动 472

12．2．3 模态矩阵 472

12．2．5 模态、灵敏度和参与因子 476

12．2．6 可控性和可观察性 478

12．2．7 复频率的概念 479

12．2．8 特征特性和传递函数之间的关系 480

12．2．9 特征值的计算 485

12．3 单机无穷大系统的小信号稳定 485

12．3．1 经典模型表示的发电机 486

12．3．2 同步电机励磁回路动态的影响 493

12．4 励磁系统的作用 508

12．5 电力系统稳定器 515

12．6 有阻尼绕组的系统状态矩阵 527

12．7 多机系统的小信号稳定性 534

12．8 大型系统的特殊分析技术 539

12．9 小信号稳定性问题的特性 552

参考文献 555

第13章 暂态稳定 559

13．1 暂态稳定的简单回顾 559

13．2 数值积分方法 564

13．2．1 欧拉法 564

13．2．2 改进欧拉法 565

13．2．3 龙格-库塔(R-K)方法 566

13．2．5 隐式积分法 568

13．2．4 显式积分方法的数值稳定性 568

13．3 电力系统动态响应的仿真 573

13．3．1 电力系统模型的结构 573

13．3．2 同步电机表达式 574

13．3．3 励磁系统表达式 578

13．3．4 输电网络和负荷表达式 580

13．3．5 全系统方程组 581

13．3．6 全系统方程的解法 582

13．4 不对称故障的分析 589

13．4．1 对称分量简介 589

13．4．2 同步电机的序阻抗 592

13．4．3 输电线路的序阻抗 596

13．4．4 变压器的序阻抗 597

13．4．5 不同类型的故障的仿真 598

13．4．6 断线条件下的表示 606

13．5 继电保护的行为 608

13．5．1 输电线路保护 608

13．5．2 故障切除时间 613

13．5．3 在摇摆过程中的继电器参量 615

13．5．4 在摇摆过程中距离保护行为的评估 618

13．5．5 防止在暂态情况下的跳闸 619

13．5．7 发电机失步保护 621

13．5．6 线路自动重合 621

13．5．8 失磁保护 624

13．6 一个大型系统的暂态稳定分析 629

13．7 暂态稳定性分析的直接法 634

13．7．1 暂态能量函数法的描述 634

13．7．2 实际电力系统的分析 636

13．7．3 直接法的限制 642

参考文献 642

第14章 电压稳定性 647

14．1 与电压稳定性相关的基本概念 648

14．1．1 输电系统特性 648

14．1．3 负荷特性 652

14．1．2 发电机特性 652

14．1．4 无功补偿装置的特性 653

14．2 电压崩溃 656

14．2．1 电压崩溃的典型情况 657

14．2．2 基于实际事故的一般特性 658

14．2．3 电压稳定性的分类 658

14．3 电压稳定性分析 659

14．3．1 建模要求 659

14．3．2 动态分析 660

14．3．3 静态分析 667

14．3．4 确定到发生不稳定的最短距离 679

14．3．5 连续潮流分析 683

14．4 防止电压崩溃 687

14．4．1 系统设计措施 687

14．4．2 系统运行措施 689

参考文献 689

第重5章 次同步振荡 693

15．1 汽轮发电机扭振特性 693

15．1．1 轴系模型 693

15．1．2 扭转自然频率和模形态 699

15．2 与电力系统控制的扭转相互作用 703

15．2．1 与发电机励磁控制的相互作用 704

15．2．3 与附近DC换流站的相互作用 708

15．2．2 与调速器的相互作用 708

15．3 次同步谐振 710

15．3．1 串联电容补偿输电系统的特性 710

15．3．2 感应发电机效应产生自励磁 712

15．3．3 造成SSR的扭转相互作用 712

15．3．4 分析方法 713

15．3．5 SSR问题的预防措施 717

15．4 电网投切扰动的冲击 717

15．5 紧密耦合机组之间的扭转性相互作用 720

参考丈献 722

15．6 水电机组扭转特性 722

第16章 中期和长期稳定 727

16．1 系统对严重扰动响应的性质 727

16．2 区分中期稳定和长期稳定 729

16．3 严重扰动时的发电厂响应 731

16．3．1 火电厂 731

16．3．2 水电厂 732

16．4 长期动态响应的模拟 734

16．4．1 长期动态模拟的目的 734

16．4．2 模型要求 734

16．4．3 数值积分技术 735

16．5．1 过量发电孤立网分析示例 736

16．5 严重的系统扰动分析示例 736

16．5．2 欠发电的孤立网分析示例 738

参考文献 742

第17章 提高稳定性的方法 745

17．1 提高暂态稳定性 745

17．1．1 快速切除故障 746

17．1．2 减小输电系统电抗 746

17．1．3 可调节并联补偿 747

17．1．4 动态电气制动 747

17．1．6 断路器的按相操作 748

17．1．7 单相开关操作 748

17．1．5 投切电抗器 748

17．1．8 汽轮机快速操作阀门 750

17．1．9 切除发电机 755

17．1．10 受控的系统解列和减负荷 757

17．1．11 高速励磁系统 758

17．1．12 不连续励磁控制 758

17．1．13 高压直流(HVDC)输电联络线的控制 760

17．2 提高小信号稳定性 761

17．2．1 电力系统稳定器 762

17．2．2 静止无功补偿器的附加控制 771

17．2．3 高压直流(HVl)C)输电联络线的附加控制 776

参考文献 782