具体描述
本书根据中华人民共和国劳动和社会保障部颁布的《物理教学大纲》和《电工学教学大纲》编写。全书分为上下两篇。上篇“物理”中的内容包括：物体的运动、力和力矩、牛顿运动定律、功和能、振动与波、热学基础知识；下篇“电工学”中的内容包括：直流电路、磁与电磁、交流电路、变压器和电动机、三相笼型异步电动机的基本控制、安全用电、电子技术基础。
本书在编写过程中，特别考虑了当前学生的知识水平，力求降低理论知识的难度，强调实用性和实践性，注重培养学生的学习能力和分析问题、解决问题的能力。本书内容编排新颖，语言精炼、浅显易懂，书中采用了大量的插图和图片，每章中还有适量的思考题和习题，并分别安排了适当的物理实验和电工学实验。
本书既可作为中等职业技术学校和职业技术学院非电工类专业的教学用书，也可作为技术工人培训和自学用书。
书籍简介：精通现代电力系统的核心技术 书名：现代电力系统分析与设计 目标读者： 电力工程专业学生、电气工程师、电力系统规划与运行人员、以及对可再生能源并网技术感兴趣的专业人士。 --- 导言：迎接能源转型的挑战 当前，全球能源格局正经历着前所未有的深刻变革。化石燃料的逐步退出、气候变化的严峻挑战，以及技术创新带来的分布式能源的蓬勃发展，共同推动着传统电力系统向着更加智能、柔性、高效和可持续的方向演进。传统的基于集中式发电的电力系统模型已不再适应新时代的需要，取而代之的是一个需要高度集成信息技术（IT）和运营技术（OT）的复杂智能电网（Smart Grid）。 本书《现代电力系统分析与设计》正是立足于这一时代背景，旨在为读者提供一套全面、深入且极具实践指导意义的理论框架和分析工具，以应对和驾驭这一复杂的转型过程。我们深知，要成功构建和运维下一代电力基础设施，必须超越对基本电路理论的简单应用，深入理解系统层面的动态特性、控制策略以及运行的经济性与可靠性。 第一部分：电力系统的基础理论与建模深化 本部分将建立起分析现代电力系统的坚实理论基础，重点在于将基础的电磁学原理转化为适用于大规模互联系统的数学模型。 第一章：三相系统的高级分析与不对称性处理 我们从对称三相系统的稳态分析入手，随后立即转向实际运行中不可避免的不对称工况。详细阐述了对称分量法的理论推导与应用，包括其在分析不对称负荷、单相接地故障等场景中的强大能力。书中不仅涵盖了传统电气量的计算，更深入探讨了电压不平衡度、电流谐波畸变度等关键质量指标的量化评估方法。 第二章：电力系统元件的非线性建模 现代电力系统分析的难点之一在于其固有的非线性特性。本章聚焦于关键元件的精确建模： 变压器建模： 侧重于考虑漏磁导、励磁支路参数，并分析有载调压（OLTC）对系统潮流和电压分布的影响。 输电线路模型： 深入剖析短、中、长输电线路在不同频率下的模型选择（Pi型、T型、分布参数模型），并引入传输线特性阻抗与相移的概念，为无功补偿的优化设计提供理论基础。 同步发电机与感应电机的动态模型： 这是进行暂态稳定分析的核心。我们采用$d-q$（直轴-交轴）坐标变换，建立起包含电磁暂态过程的五阶或更高阶的机电暂态模型，为仿真分析奠定基础。 第三章：潮流计算的迭代算法与高级应用 潮流计算是电力系统规划与运行的基础。本书详尽解析了主流的潮流计算算法： 牛顿-拉夫逊（Newton-Raphson, N-R）法： 详细展示雅可比矩阵的构建、稀疏性处理及其在大型系统中的收敛性分析。 快速功率流（Fast Power Flow, FPF）方法： 探讨了如何通过简化模型，在不牺牲太多精度的情况下，显著提升计算速度，这对于实时运行监测至关重要。 有载调压与无功优化结合的潮流分析： 研究如何在潮流计算中嵌入控制变量的优化目标，实现电压的经济性控制。 第二部分：系统的稳定性、控制与保护 电力系统的核心价值在于其可靠性与稳定性。本部分聚焦于系统面对扰动时的响应机理以及确保运行安全的控制手段。 第四章：电力系统的暂态稳定分析与同步发电机控制 暂态稳定性是衡量电力系统抵御突发大扰动（如短路故障）能力的关键指标。 等面积定则（Equal Area Criterion） 在单机无穷大系统中的应用与局限性。 多机系统暂态稳定性分析： 采用相轨迹法和欧拉积分法进行时间域仿真，深入理解次暂态过程对稳定性的影响。 励磁系统控制： 详细介绍先进的自动电压调节器（AVR） 结构，包括P、I、D控制器的整定，以及如何利用静止同步补偿器（SVC） 或静止同步发电机（STATCOM） 增强系统的暂态电压支撑能力。 第五章：电力系统的功角稳定与低频振荡抑制 在长距离大容量输电背景下，功角稳定和低频振荡（Rotor Angle Oscillations）成为制约系统运行安全的主要因素。 小扰动稳定性分析： 线性化系统模型，利用特征值分析预测系统的振荡模式（频率和阻尼比）。 电力系统稳定器（PSS）的设计： 阐述如何设计PSS来提供额外的阻尼转矩，有效抑制系统固有的低频振荡模式。 系统的阻尼来源分析： 探讨发电机励磁、一次调频、FACTS（柔性交流输电系统）设备对系统阻尼的贡献。 第六章：先进继电保护原理与故障定位 继电保护是电力系统安全运行的最后一道防线。本书侧重于现代数字保护装置的原理： 远方保护与近地保护： 深入解析基于阻抗、距离、电流速断、以及复合电压/电流判据的距离保护（21/50/51类保护）的工作原理与配合原则。 故障录波与信息管理： 强调利用数字保护装置记录的暂态数据进行故障分析和保护定值校验的实践方法。 微机保护的编程与逻辑设计： 介绍如何利用微机保护平台实现复杂的逻辑判断和自检功能。 第三部分：现代电网的集成与优化 随着新能源接入和电网信息化的推进，系统的优化调度和运行控制成为新的核心挑战。 第七章：电力系统的经济调度与优化目标 经济性是电力系统运行的重要约束。本章将电力系统调度提升到优化理论的高度。 基于单位效率曲线的经济负荷分配（EDC）： 考虑系统损耗，精确计算各机组的最优出力分配。 带约束的最优潮流（Optimal Power Flow, OPF）： 将电压、电流、功率因数等限制条件纳入优化目标，实现经济运行下的最优解。详细分析基于内点法（Interior Point Method） 的OPF求解器结构。 备用容量的确定与可靠性评估： 探讨期望供电中断量（EENS）等指标在规划中的应用。 第八章：柔性交流输电系统（FACTS）与直流输电（HVDC） FACTS和HVDC是提升电网传输能力和灵活性的关键技术。 FACTS技术详解： 深入分析SVC、STATCOM、TCSC（串联补偿器）等设备的工作原理，重点阐述它们如何通过快速调节线路的电气长度和相角差来提高系统传输能力和动态裕度。 高压直流输电（HVDC）的拓扑结构： 对比LCC-HVDC（定子换流器）和VSC-HVDC（电压源换流器）的优缺点，特别强调VSC-HVDC在多端柔性互联中的巨大潜力。 第九章：可再生能源并网的稳定控制挑战 大规模风电和光伏的接入对电网的惯量支撑和电压支撑提出了严峻挑战。 无功功率与电压的精细化控制： 研究光伏逆变器和风力发电机变流器如何模拟传统同步机，提供动态无功支撑（如虚拟同步机技术）。 惯量响应与频率控制的改革： 探讨在缺乏物理转子惯量的系统中，如何通过快速的功率电子接口实现虚拟惯量（Synthetic Inertia） 响应，保障系统频率稳定。 电网故障穿越能力（LVRT/HVRT）的要求与实现机制。 结语：面向未来的电网工程师 本书结构严谨，从基础理论出发，逐步深入到复杂的动态控制、保护、经济调度以及前沿的新能源并网技术。每一个章节都力求理论与工程实践紧密结合，通过大量的工程案例和仿真示例，帮助读者将抽象的数学模型转化为可操作的工程设计方案。掌握本书内容，读者将具备分析、设计和优化复杂现代电力系统的能力，为迎接未来智能电网的全面建设打下坚实的基础。
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