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出版者:Wiley

作者:J. David Irwin

出品人:

页数:704

译者:

出版时间:2001-06-06

价格:USD 119.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471407409

丛书系列:

图书标签:

• 电路分析
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• 基础
• 电气工程
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• 布尔斯塔德
• 电路理论

《电力系统分析：稳态与暂态》 图书简介 本书旨在为读者提供对现代电力系统进行深入分析的全面视角，重点关注系统在稳态运行及动态变化下的行为特性。我们致力于将复杂的电力系统概念以清晰、严谨且易于理解的方式呈现，以期培养读者分析和解决实际工程问题的能力。本书内容涵盖了电力系统分析的核心要素，从基础的电路理论到复杂的系统动力学，为本科生、研究生以及从事电力系统工作的工程师提供了宝贵的学习资源。 第一部分：电力系统稳态分析 本部分将引导读者进入电力系统稳态运行的分析领域。稳态分析是理解电力系统运行状态的基础，它描述了系统在忽略暂态变化情况下的长期行为。 第一章：电力系统的基本构成与模型 本章将首先介绍电力系统的基本组成部分，包括发电机、输电线路、变压器以及负荷等。我们将深入探讨这些元件在电力系统中的作用及其相互关系。接着，我们将学习如何将这些实际元件抽象为电路模型，以便于进行数学分析。这包括了电阻、电感、电容等基本元件的建模，以及如何表示复杂的电力设备，例如使用阻抗矩阵和导纳矩阵来描述输电线路和变压器的电气特性。此外，本章还将简要介绍电力系统中的电压等级、潮流方向以及标幺值系统的重要性，为后续分析奠定基础。 第二章：潮流计算 潮流计算是电力系统稳态分析的核心任务之一。本章将详细阐述潮流计算的原理和常用方法。我们将首先介绍潮流的定义，即系统中各节点电压、相角以及支路电流和功率的稳态值。随后，我们将深入讲解基于牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson Method）的潮流计算算法，包括其迭代过程、雅可比矩阵的构建与更新，以及收敛性分析。此外，我们还将介绍高斯-赛德尔法（Gauss-Seidel Method）等其他潮流计算方法，并对比它们的优缺点。最后，本章将探讨潮流计算在解决实际工程问题中的应用，例如电压越限、功率超限等情况的分析。 第三章：短路电流计算 短路是电力系统中最严重的故障之一，精确计算短路电流对于继电保护的设计和系统的安全稳定运行至关重要。本章将深入探讨短路电流的计算方法。我们将从基本的三相短路分析入手，介绍短路电流的幅值和持续时间，并讲解如何利用序分量法（Symmetrical Components Method）来分析不对称短路情况，例如单相接地、两相短路和缺相故障。本章还将详细介绍基于阻抗矩阵的短路计算方法，以及如何考虑发电机、变压器等元件的短路特性。最后，我们将讨论短路电流计算在选择断路器容量、设计接地系统以及评估系统故障耐受能力中的重要作用。 第四章：灵敏度分析与最优潮流 在本章中，我们将进一步探讨电力系统稳态分析的高级主题。灵敏度分析能够帮助我们理解系统中某个参数的变化对系统运行状态的影响程度，例如发电机出力变化对节点电压的影响，或者输电线路阻抗变化对潮流分布的影响。我们将介绍如何利用潮流计算结果进行灵敏度分析，并阐述其在系统优化和风险评估中的应用。 最优潮流（Optimal Power Flow, OPF）是电力系统经济运行和安全性分析的关键技术。本章将详细讲解最优潮流的原理，包括其目标函数（如最小化发电成本或最小化功率损耗）和约束条件（如潮流方程、电压和功率限制）。我们将介绍常用的求解最优潮流的方法，例如基于线性规划、二次规划以及内点法的算法。通过求解最优潮流，我们可以确定最优的发电机出力分配、电压控制策略和潮流调度方案，以实现电力系统的经济、安全和可靠运行。 第二部分：电力系统暂态分析 本部分将带领读者进入电力系统暂态分析的领域，研究系统在遭受扰动（如故障、负荷变化或发电机甩负荷）后如何从一个稳态过渡到另一个稳态的动态过程。暂态分析是确保电力系统稳定运行的关键。 第五章：电力系统暂态稳定基础 本章将介绍电力系统暂态稳定分析的基本概念和理论。我们将首先定义暂态稳定，即系统在经历大型扰动后，能否在短暂的动态过程中保持同步转动，并在扰动消失后恢复到新的稳定状态。我们将深入讲解转子运动方程，即利用牛顿第二定律来描述同步发电机的机械运动与电磁力矩之间的关系。本书将重点介绍两种常用的简化模型：单机无穷大系统模型和多机系统模型。我们将详细推导这些模型的运动方程，并解释其中包含的关键参数，如转动惯量、同步电抗和阻尼系数。此外，本章还将介绍故障类型（如三相短路、单相接地）对系统动态行为的影响，以及不同故障持续时间对系统暂态稳定的作用。 第六章：暂态稳定性分析方法 本章将详细介绍进行暂态稳定性分析的常用方法。我们将重点讲解“暂态稳定性判别”（Transient Stability Assessment）的核心技术，即“直接法”（Direct Method）和“暂态过程积分法”（Step-by-step Integration Method）。 暂态过程积分法： 这是进行暂态稳定性分析最直接也是最常用的方法。本章将详细阐述如何使用数值积分技术，如欧拉法（Euler Method）或龙格-库塔法（Runge-Kutta Method），来求解发电机组的转子运动方程。我们将详细讲解如何构建仿真模型，包括如何处理不同类型的故障（其发生、持续和清除），以及如何在仿真过程中跟踪各发电机组的转子角度和角速度。通过对系统动态响应的数值仿真，我们可以判断系统是否在故障清除后能够恢复稳定。 直接法（能量函数法）： 作为一种更具理论深度的方法，直接法通过计算系统的能量函数来判别系统的稳定性，而无需进行详细的暂态过程积分。本章将介绍能量函数的概念，以及如何利用“边界故障”（Boundary Fault）的思想来计算系统的“稳定裕度”（Stability Margin）。我们将讲解不同类型的能量函数，例如Lyapunov能量函数，并讨论其在分析大型系统稳定性的潜力。虽然直接法在计算上可能更为复杂，但它能够提供关于系统稳定性的重要见解，并有助于理解不同参数对稳定性的影响。 第七章：暂态稳定性分析中的实际问题 本章将探讨在实际电力系统暂态稳定性分析中经常遇到的问题和高级技术。 暂态控制器设计： 发电机励磁系统和调速器对系统的暂态稳定性起着至关重要的作用。本章将分析不同类型的励磁系统（如静态励磁系统、动态励磁系统）和调速器（如PID调速器）的工作原理，并探讨如何设计这些控制器参数以改善系统的动态响应和提高暂态稳定性。我们将介绍一些先进的控制器设计方法，例如具有先进功能的励磁控制器（如P、I、D控制以及附加功能），以及如何在仿真中评估这些控制器的性能。 系统模型简化与等效： 在分析大型电力系统时，直接使用详细的模型进行仿真可能计算量巨大。本章将介绍模型简化和等效技术，例如如何将一个复杂的系统简化为等效的单机无穷大系统，或者如何利用降阶技术来减少模型的复杂性，从而提高仿真效率。我们将讨论不同简化方法的适用范围和局限性。 暂态故障的详细分析： 除了标准的故障类型，本章还将涉及更复杂的暂态故障场景，例如线路闪络（line flashover）、接地电阻对故障的影响，以及断路器动作不正确等情况。我们将讨论如何对这些场景进行建模和分析，以更全面地评估系统的暂态行为。 第八章：电力系统动态建模与仿真工具 本章将侧重于将理论知识转化为实践应用。我们将介绍用于电力系统动态建模和仿真的一些常用软件工具。通过讲解这些工具的基本操作和典型案例，读者将能够将本书所学的理论知识应用于实际的电力系统分析。我们将介绍一些业界广泛使用的仿真平台，例如MATLAB/Simulink中的Simscape Electrical（或类似工具）、PSCAD/EMTDC等。我们将演示如何使用这些工具来构建电力系统模型，配置仿真参数，运行仿真，并对仿真结果进行解释和分析。本章还将简要介绍仿真结果的可视化技术，以及如何根据仿真结果来优化系统设计和运行策略。 总结 《电力系统分析：稳态与暂态》是一本旨在提供全面、深入的电力系统分析指南的著作。本书从稳态分析的基础概念出发，逐步深入到复杂的暂态稳定问题。通过理论讲解、数学推导和实际案例分析，我们致力于帮助读者建立坚实的电力系统分析知识体系，并培养解决实际工程问题的能力。本书适用于从事电力系统规划、设计、运行和研究的各级工程师和学生，是理解和驾驭现代复杂电力系统的必备参考。

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这本书，说实话，拿到手上的时候，我还是抱着一种既期待又有点忐忑的心情的。毕竟，电路分析这个领域，听起来就挺“硬核”的，我担心它会像教科书里那些密密麻麻的公式和晦涩难懂的理论一样，让人望而却步。然而，翻开第一页，我立刻被它那种扎实而又清晰的叙事方式吸引住了。作者似乎非常懂得初学者的痛点，他们没有一开始就抛出复杂的基尔霍夫定律或者泰勒级数展开，而是从最基础的电荷、电流、电压这些概念入手，用非常形象的比喻和生活中的例子来解释它们之间的关系。比如，解释电位差时，他们竟然能和水管里的水压相提并论，这种接地气的讲解方式，让我瞬间感觉那些原本高高在上的物理概念一下子亲近了许多。更让我印象深刻的是，书中对基本元件，比如电阻、电容和电感特性的阐述，那种层层递进的逻辑，简直是教科书级别的典范。它不像有些书那样，把知识点像珍珠一样散落一地，而是像串糖葫芦一样，把它们串联起来，让你清楚地知道“为什么”要学这个，以及学了它之后能做什么。那种构建知识体系的感觉，远比单纯记忆公式要来得牢固得多，这对于后续学习更高级的电路分析，无疑打下了极其坚实的地基。

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坦白讲，我之前接触过几本号称“基础”的电路分析教材，它们往往在“时域分析”这一块讲得还算可以，但一涉及到“频域分析”或者“暂态响应”，那简直是灾难性的。复杂的微分方程一来，我的大脑就开始自动关机了。然而，这本书在这方面展现了惊人的教学功力。它在引入拉普拉斯变换之前，会先用大量的篇幅铺垫为什么传统方法（比如解微分方程）在处理复杂暂态问题时会显得力不从心，这样做极大地增强了读者学习新工具的“内驱力”。当它最终展示如何用拉氏变换将复杂的微分运算转化为简单的代数运算时，那种豁然开朗的感觉，简直比解出一道难题还要令人兴奋。书中的图示也帮了大忙，它不仅仅是示意图，而是精心设计的辅助工具，能直观地展示出系统在S域中的极点和零点分布对系统响应的影响。这种对“为什么”和“如何做”的深度结合，让频域分析不再是高不可攀的象牙塔里的学问，而成了手中解决问题的强大工具。

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从一个更广阔的视角来看，这本书的价值远不止于提供电路分析的理论知识。它更像是一本“思维训练手册”。工程师的素养，很大程度上来源于面对一个复杂系统时，能够将其拆解、简化、建模，然后进行有效分析的能力。这本书在每一个章节的案例分析中，都在潜移默化地训练这种能力。它不是简单地告诉你“电路是这样工作的”，而是展示了“工程师是如何思考”这个电路的。比如，在处理非线性电路的近似分析时，书中会讨论在不同工作点下，采用线性模型带来的误差范围，这是一种非常严谨的工程思维——永远不要相信任何模型是完美的，关键在于理解模型的适用边界。这种对模型局限性的强调，以及对多解法的并举，教会了我不能迷信单一的方法论，而是要根据具体问题情境，灵活选择最有效率的工具。这种深度和广度兼备的教学方法，让我感觉自己不仅仅是在学习一门课程，更是在学习一种解决工程问题的基本哲学。

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我得说，这本书在习题设计上简直是下了血本的。很多工程类的教材，习题要么过于简单，让你觉得白学了，要么直接就是一些毫无意义的数值代入，做完之后也不知道自己到底掌握了什么。但《BASIC ENGINEERING CIRCUIT ANALYSIS》这本书的习题设置，却非常巧妙地平衡了理论深度和实际应用。它不仅仅是让你去套用公式，更多的是引导你去“思考”电路的行为。我记得有几道关于节点分析和网孔分析的题目，一开始看着感觉无从下手，但当你耐下心来，按照书上提供的逐步分解的思路去尝试时，会发现每一步都有理有据，最后得出的结论不仅正确，而且让你对电路的内部运行机制有了更深层次的理解。更赞的是，它里面穿插了不少“设计导向型”的问题，比如要求你设计一个简单的分压器来驱动一个特定负载，或者分析某个滤波电路在不同频率下的响应。这种将分析与设计结合的模式，极大地激发了我解决实际工程问题的兴趣和能力，不再是单纯地做题机器，而是开始有点像一个真正的“电路工程师”了，哪怕只是初级的萌芽。

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这本书的排版和整体设计感，也绝对值得称赞。在这个信息爆炸的时代，一本好的教材，不仅内容要硬核，“颜值”也同样重要，毕竟我们都要面对长时间的阅读。这本书的字体选择非常清晰易读，行间距适中，最关键的是，关键概念和公式的突出显示做得非常到位。它不像有些教材，把所有东西都用同样的字体和粗细堆在一起，让人看了眼花缭乱。这里，重要的定理、定义和实验观察，都会用不同的颜色或边框高亮出来，有效地引导读者的注意力。而且，书中大量的电路图绘制得异常工整，线条流畅，符号规范，这对于我们理解复杂的连接关系至关重要。我尤其喜欢它在章节末尾设置的“知识回顾与核心要点总结”部分，它不是简单的复述，而是用思维导图或者结构化的列表形式，帮助我们快速地梳理和巩固本章的知识脉络，这对于期末复习或者快速回顾旧知识时，简直是神器般的存在。

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