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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