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出版者:Prism Business Media

作者:Seiver, J. R./ Paschal, John/ West, Ginger (EDT)

出品人:

页数:124

译者:

出版时间:

价格:26.95

装帧:Pap

isbn号码:9780872887459

丛书系列:

图书标签:

• 电力系统
• 短路计算
• 电气工程
• 电力分析
• 电力系统保护
• 电力设备
• 电气技术
• 高电压
• 电力故障
• 电力安全

现代电力系统设计与分析：从基础理论到工程实践 本书旨在为电气工程师、系统设计人员以及高年级工科学生提供一套全面、深入且实用的现代电力系统设计、分析与保护的知识体系。它跳脱出传统教材的理论窠臼，更注重理论与前沿工程应用的紧密结合，涵盖了从基础电力系统拓扑构建到复杂动态行为分析的全过程。 --- 第一部分：电力系统基础与稳态分析 第1章：电力系统概述与元件模型 本章首先确立了现代电力系统的基本架构，包括发电、输电、变电和配电环节的相互关系和发展趋势。重点阐述了电力系统中的关键元件——同步发电机、输电线路、变压器和负荷——的精确数学模型构建。我们将深入探讨相量域分析的局限性，并引入三相系统中的相量表示法，着重强调在不对称情况下的分量法（Symmetrical Components）在初期分析中的关键作用。本章详述了各种标准电气元件（如线路的皮相模型、T型和Pi型模型）的参数提取与验证方法，为后续的潮流计算打下坚实基础。 第2章：电力系统潮流计算的理论与应用 潮流计算（Load Flow Analysis）是电力系统规划和运行的基石。本章系统地介绍了潮流计算的数学原理，包括节点导纳矩阵（Y-Bus Matrix）的构建、非线性方程组的建立。我们将详细剖析几种主流的潮流计算算法： 高斯-赛德尔（Gauss-Seidel, GS）法：着重于其收敛速度的限制及在小型系统中的适用性。 牛顿-拉夫逊（Newton-Raphson, NR）法：深入解析雅可比矩阵的构成及其在提高收敛速度和处理复杂拓扑结构上的优势。 快速偶极子法（Fast Decoupled Load Flow, FDLF）：探讨其如何在保证合理精度的前提下，显著降低计算复杂度和内存需求，使其成为实时运行分析的首选。 此外，本章还涵盖了对极端运行条件（如高无功负荷、电压崩溃边缘）下潮流计算的鲁棒性处理，并介绍了在现代电力系统仿真软件中进行参数设置和结果解读的工程规范。 第3章：经济调度与最优潮流 在确保系统安全运行的前提下，如何以最低的成本满足负荷需求是电力调度的核心目标。本章专注于经济调度的理论框架，特别是基于直流潮流模型（DC Load Flow）的线性规划方法，用于快速确定发电机组的经济出力分配。随后，我们将过渡到更精确的交流最优潮流（AC Optimal Power Flow, ACOPF），讨论如何将非线性约束（如电压限幅、线路热限制）纳入优化模型中，并介绍求解非凸优化问题的现代启发式算法，如内点法（Interior Point Methods）在ACOPF中的应用。本章还将涉及机组的启停成本、爬坡率等实际运行约束的建模。 --- 第二部分：电力系统暂态稳定与动态仿真 第4章：暂态稳定分析基础与同步电机暂态模型 系统的暂态稳定分析是评估电力系统在遭遇重大扰动（如短路、跳闸）后维持同步运行能力的关键。本章从时域仿真（Time-Domain Simulation）的角度切入，详细构建了同步电机在不对称扰动下的二阶和五阶暂态模型。重点阐述了暂态电动势的推导过程，以及如何利用定子暂态方程和转子暂态方程来描述电机在亚暂态、暂态和功态过程中的动态行为。本章还详细讨论了积分器（如欧拉法、龙格-库塔法）在求解这些微分方程组时的稳定性和精度权衡。 第5章：电力系统暂态稳定性分析方法 本章系统介绍了评估系统暂态稳定性的主流方法： 相角轨迹法（Equal Area Criterion, EAC）：作为一阶模型下的精确解析解，本章深入探讨了其适用范围、局限性，以及如何将其扩展至多机系统中的等效单机模型构建。 模态分析与特征值方法：介绍了将非线性动态系统线性化，并通过求解特征值来判断系统的稳定性和阻尼特性。这为理解系统固有振荡模式奠定了基础。 时域仿真（Time-Domain Simulation）：这是工程实践中最常用的方法。本章重点指导如何构建包含发电机励磁系统（AVR）、调速器（Governor）和负荷模型的全阶系统仿真模型，并进行关键参数（如故障持续时间、初始负荷水平）的敏感性分析。 第6章：电力系统控制与阻尼补充 电力系统的动态稳定性高度依赖于有效的控制系统。本章聚焦于现代电力系统中的关键调节器： 自动电压调节器（AVR）：探讨了其设计目标、不同控制结构（如P/Q控制、S/X控制）的优劣，以及如何通过反馈环路的设计来增强系统的无功支撑能力。 励磁系统（Excitation Systems）：详细分析了IEEE 421.5标准中定义的各类励磁系统模型（如静模、动模），并阐述了不同励磁系统对系统暂态稳定性的影响。 功率系统稳定器（PSS）：重点介绍了PSS的设计原理，如何利用其对发电机转子功角进行阻尼控制，有效抑制低频振荡模式（通常0.1 Hz至2.5 Hz）。本章将结合模态分析结果指导PSS的参数整定。 --- 第三部分：继电保护与现代电力电子接入系统 第7章：电力系统短路电流计算与继电保护基础 短路故障分析是保护设备定值设定的基础。本章详细阐述了三相和单相接地短路故障的电流计算方法。我们采用基于分量法的计算流程，重点展示了如何精确计算故障发生前后的系统状态量，并根据IEC/IEEE标准确定短路阻抗。 在继电保护方面，本章介绍了电流保护、距离保护和相间保护的基本原理，并探讨了如何利用短路电流计算结果来确定保护的动作电流、延时和配合关系。本章强调了保护定值在考虑系统运行方式变化（如发电机投切、电网拓扑变更）时的动态调整需求。 第8章：高压直流输电（HVDC）与柔性交流输电（FACTS）对系统动态的影响 随着可再生能源的大规模接入，电力电子技术在输电系统中的应用日益广泛。本章将分析HVDC（特别是电压源型变流器HVDC, VSC-HVDC）和FACTS设备（如STATCOM, SVC, TCSC）如何接入传统交流系统。 动态建模：详细介绍VSC及其控制系统（如交直流电流控制、下垂控制）在时域仿真中的精确建模方法。 稳定裕度分析：探讨这些电力电子设备如何影响系统的阻尼特性和暂态过程，特别是它们在快速无功支撑方面对系统稳定性的贡献，以及潜在的次暂态振荡问题。 第9章：可再生能源接入对系统稳定性的挑战与应对 风电和光伏接入系统带来了显著的运行挑战，主要体现在惯量下降和电压控制的复杂性。本章深入讨论： 惯量响应：分析同步发电机惯量对系统动态的贡献，以及无惯量电源（如PMSG风机、逆变器主导的光伏）接入后如何通过“虚拟同步发电机”（VSG）技术来模拟或替代惯量功能。 电网支撑能力：探讨在弱电网（Low Short Circuit Ratio, SCR）条件下，逆变器并网点处的电压控制和暂态稳定性问题，并介绍先进的电网代码（Grid Codes）对逆变器动态行为提出的严格要求。 --- 附录：工程实践工具与案例研究 附录部分提供了一套完整的工程案例，涉及大规模区域电网的规划、故障录波数据的分析，以及使用行业标准仿真软件（如PSCAD/EMTDC或类似工具）对书中介绍的各种控制系统和保护配置进行验证的步骤。通过这些实战案例，读者能够将理论知识无缝衔接到实际的电力系统工程设计与调试工作中。 本书的特点在于其严谨的理论推导与面向工程应用的深度结合，是电气工程师掌握现代电力系统设计、运行和故障分析的必备参考书。

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