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出版者:

作者:郭志忠

出品人:

页数:442

译者:

出版时间:2008-5

价格:46.00元

装帧:

isbn号码:9787030204370

丛书系列:

图书标签:

• 电力系统
• 电力网络
• 解析方法
• 数学模型
• 潮流计算
• 短路计算
• 稳定性分析
• 优化算法
• 电网规划
• 电力市场

图书简介：电力网络解析论 一、 概述 《电力网络解析论》是一部系统阐述电力系统分析理论与方法，深入探讨电力网络运行机理，并展望未来发展趋势的学术专著。本书旨在为电力系统工程师、科研人员、高校师生以及对电力系统感兴趣的广大读者提供一个全面、深入、严谨的学习与研究平台。书中涵盖了从基本的电力网络拓扑结构、电磁暂态过程，到复杂的潮流计算、故障分析，再到先进的稳定控制理论与应用，力求全面展现电力系统分析的全貌。本书理论体系完整，逻辑清晰，论证严密，既有深厚的理论基础，又不乏前沿的研究动态，是电力系统领域不可多得的参考书。 二、 内容详述 第一篇：电力网络基础与建模 本篇为全书的基石，旨在建立读者对电力网络基本概念和分析方法的认知。 第一章：电力系统的基本构成与运行原理。 深入剖析了电力系统由发电、输电、配电、用电四个环节组成的整体结构，详细阐述了各个环节的功能、相互关系以及在整个能量传递过程中的作用。我们将从最基础的电能产生方式（如火力、水力、核能、新能源等）出发，逐级深入到电压等级的变换、电力的传输路径、电力的分配机制，直至终端用户的用电模式。同时，本章还将介绍电力系统运行的几个核心原则，如经济性、可靠性、安全性，并初步探讨这些原则之间的相互制约与协调。 第二章：电力网络的拓扑分析与节点划分。 介绍了电力网络分析中至关重要的拓扑学概念，包括节点、支路、回路、树等基本元素，以及它们在网络结构中的定义和相互关系。重点讲解了如何对复杂的电力网络进行简化和抽象，形成具有代表性的节点-支路模型。本章将详细阐述节点划分的原则与方法，如何根据实际需求（如潮流计算、故障分析等）将电力系统划分为不同的节点类型（如PQ节点、PV节点、Slack节点），以及各节点类型在计算中的具体含义与约束条件。 第三章：电力网络元件的电气模型。 详细介绍了电力系统中各类主要电气元件（发电机、变压器、线路、负荷等）的等值电路模型。对于发电机，我们将深入探讨其同步发电机模型，包括定子绕组、转子绕组、励磁系统以及内部电势的数学表示。对于变压器，我们将分析其等值电路，包括漏抗、励磁电纳、短路阻抗等参数的确定，以及变压器模型在不同运行工况下的适用性。输电线路和配电线路的建模是本章的重点，我们将从集总参数模型（如RLC模型）和分布参数模型（如π型模型、T型模型）出发，详尽推导其参数的计算方法，并考虑线路的长度、截面积、材质等因素对模型参数的影响。负荷模型的研究也是不可或缺的一部分，我们将分析不同类型的负荷（如恒功率负荷、恒电流负荷、恒阻抗负荷）及其在系统分析中的建模方式，并探讨负荷模型对系统计算结果的影响。 第四章：电力网络方程的建立。 在掌握了网络拓扑和元件模型的基础上，本章重点讲解如何基于基尔霍夫定律（KCL和KVL）建立描述电力网络稳态运行的代数方程组。我们将详细介绍节点电压法和支路电流法两种主要的方程建立方法，并对比分析它们的优缺点及适用范围。对于节点电压法，我们将推导节点导纳矩阵（Ybus）的建立过程，明确Ybus各元素的物理意义，以及如何通过节点电压方程求解各节点电压。对于支路电流法，我们将推导节点关联矩阵、回路关联矩阵以及支路阻抗矩阵，并介绍如何通过这些矩阵建立描述网络运行状态的方程。 第二篇：稳态分析与计算 本篇聚焦于电力系统在稳态运行条件下的分析与计算，是电力系统运行调度和规划的基础。 第五章：潮流计算。 潮流计算是电力系统分析中最核心、最基础的计算内容之一，本章将对其进行深入讲解。我们将介绍潮流计算的基本原理，即在给定的系统结构、元件参数、发电机出力以及负荷水平下，求解电力网络的各节点电压（幅值和相角）以及各支路的功率流动。详细阐述了三种主要的潮流计算方法：高斯-赛德尔法（Gauss-Seidel）、牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson）和快速退耦法（Fast Decoupled Load Flow）。对每种方法，我们都将深入分析其迭代过程、收敛性、计算效率以及在不同规模系统中的应用效果。本章还将探讨潮流计算中的一些特殊问题，如潮流的边界条件、潮流计算的收敛困难、以及如何处理不平衡负荷等。 第六章：短路电流计算。 短路是电力系统中可能发生的严重故障，对系统设备和运行安全构成严重威胁。本章详细讲解短路电流的计算方法，包括对称短路和非对称短路。我们将重点介绍基于序理论（正序、负序、零序）的短路电流计算方法，建立序网络模型，并利用序阻抗矩阵求解不同类型短路故障下的短路电流。本章还将讨论短路电流的动稳定效应和热稳定效应，以及如何根据短路电流计算结果选择和校验断路器、熔断器等保护设备。 第七章：节点电压灵敏度与最优潮流。 在稳态分析的基础上，本章进一步探讨系统运行的敏感性问题，并引入最优潮流的概念。节点电压灵敏度分析旨在研究节点电压变化对系统其他变量（如功率潮流）的影响程度，这对于分析系统裕度、评估设备过载风险具有重要意义。最优潮流（Optimal Power Flow, OPF）是潮流计算的扩展，它在满足系统运行约束（如潮流限制、电压限制、机组出力限制等）的前提下，实现某个经济性目标（如最小化发电成本）或安全性目标（如最小化线路损耗）。本章将介绍最优潮流的数学模型，包括目标函数、等式约束和不等式约束，并概述常用的求解算法，如线性规划法、二次规划法和内点法。 第八章：功率因子校正与无功功率经济分配。 功率因子是衡量用电设备利用电能效率的重要指标。本章深入分析低功率因子对电力系统运行的影响，如增加线路损耗、降低设备容量利用率、影响电压稳定等。详细介绍提高功率因子的方法，包括安装并联电容器、串联电抗器、采用静止无功补偿装置（SVC）等。进一步，本章将探讨在多机组发电的情况下，如何实现无功功率的经济分配，以最小化系统总运行成本，同时满足电压稳定性和功率因子要求。 第三篇：动态分析与稳定性 本篇将视角从稳态扩展到动态过程，关注电力系统在扰动下的响应和稳定性问题。 第九章：暂态过程分析。 电力系统在开关操作、雷击、接地等扰动下会产生电磁暂态过程。本章将深入分析这些暂态过程的数学模型和求解方法。对于电磁暂态，我们将运用微分方程和拉普拉斯变换等数学工具，分析线路上的行波传播、电感和电容的充放电过程。对于机组的机电暂态，我们将建立发电机-原动机系统、励磁系统、调速器等控制系统的数学模型，分析系统在扰动后的功率、转速、角度等参数的变化过程。 第十章：电力系统暂态稳定。 暂态稳定是指电力系统在遭受突然的、大型的扰动（如三相短路）后，能够维持同步运行的能力。本章将详细讲解暂态稳定的基本概念、判据和分析方法。我们将重点阐述转子运动方程，并介绍经典仿真方法，如等面积定则（Equal Area Criterion）以及改进的等面积法。本章还将介绍更精确的数字仿真方法，如步进积分法，并讨论影响暂态稳定性的主要因素，如故障类型、故障位置、系统功率传输能力、同步机参数等。 第十一章：电力系统振荡与阻尼。 即使在未发生严重故障的情况下，电力系统也可能出现低频振荡，影响系统的运行稳定性。本章将深入分析电力系统振荡的机理，包括局部振荡、区域振荡和全球振荡。重点研究振荡的产生原因，如负阻尼特性、系统参数的不匹配等。我们将介绍小信号稳定性分析方法，如特征值分析（Eigenvalue Analysis），用来评估系统的振荡模式和阻尼比。进一步，本章将探讨增强系统阻尼的方法，如安装电力系统稳定器（PSS）、优化发电机励磁系统参数等。 第十二章：电压稳定分析。 电压稳定是电力系统安全运行的重要保障。本章将分析电压不稳定的基本概念和机理，包括稳态电压稳定（static voltage stability）和动态电压稳定（dynamic voltage stability）。我们将讲解如何通过电压-功率特性曲线（P-V curve）、电压-无功功率特性曲线（V-Q curve）来评估系统的静态电压稳定裕度。对于动态电压稳定，我们将研究负荷动态模型、负荷特性变化对电压稳定的影响，以及发电机励磁系统、FACTS（柔性交流输电系统）装置等在维持电压稳定中的作用。 第四篇：继电保护与故障诊断 本篇关注电力系统故障的检测、隔离以及系统健康状态的评估。 第十三章：继电保护的基本原理。 继电保护是保障电力系统安全可靠运行的最后一道防线。本章将详细介绍继电保护的基本概念、功能和分类。重点讲解各种继电器（如过流继电器、差动继电器、距离继电器、方向继电器）的工作原理和特性。本章还将介绍典型电气设备（如发电机、变压器、线路、母线）的保护配置，以及保护装置的整定计算原则。 第十四章：典型故障的保护分析。 在掌握了继电保护基本原理后，本章将针对电力系统中发生的各种典型故障（如单相接地、两相短路、三相短路、相间短路等）进行详细的保护分析。我们将结合具体的系统接线和设备参数，分析不同类型故障对保护装置的影响，以及如何通过合理配置保护装置，实现故障的快速、准确、选择性隔离。 第十五章：故障诊断与定位。 故障发生后，及时准确地诊断故障类型、故障位置对于恢复系统运行至关重要。本章将介绍故障诊断与定位的基本方法。我们将利用故障前后的系统数据（如电压、电流、相角等），结合故障模型和分析算法，实现对故障的诊断与定位。内容将涵盖基于数据分析的故障诊断技术，如模式识别、专家系统等，以及利用高精度测量装置（如PMU）实现的高速故障定位。 第十六章：新能源接入对继电保护的影响。 随着新能源（如风电、光伏）的快速发展，其接入对传统电力系统继电保护系统带来了新的挑战。本章将深入分析新能源发电的特性（如弱阻尼、惯量缺失、功率波动等）对继电保护的影响，例如过流保护的误动、距离保护的测量误差等。在此基础上，本章将介绍针对新能源接入的改进型继电保护策略，如基于通信的保护、适应性保护等。 第五篇：现代电力系统与发展趋势 本篇将目光投向电力系统未来的发展，探讨智能电网、新能源融合等前沿领域。 第十七章：智能电网技术与应用。 智能电网是未来电力系统发展的方向。本章将介绍智能电网的核心技术，包括先进量测体系（AMI）、通信网络、数据管理、信息安全以及能量管理系统（EMS）。重点阐述智能电网在提高系统运行效率、可靠性、灵活性以及促进新能源消纳方面的作用。本章还将介绍智能电网在需求侧响应、分布式能源管理、电动汽车充电等方面的典型应用案例。 第十八章：大电网的互联与运行。 随着电力系统规模的不断扩大和区域电网的互联，大电网的稳定运行变得愈发重要。本章将分析大电网互联的效益与挑战，如提高供电可靠性、优化资源配置、降低运行成本等，以及互联带来的稳定性风险，如故障传播、振荡蔓延等。我们将介绍大电网互联的控制与调度策略，如区域调度、集中调度、联络线管理等，并探讨大电网运行中的复杂耦合问题。 第十九章：电力市场与运行。 电力市场化改革是电力系统运行模式的重要转变。本章将介绍不同类型的电力市场（如现货市场、衍生品市场）及其运行机制。重点分析电力市场如何通过价格信号来引导发电企业的运行决策，如何实现发电成本的最小化，以及市场化运行对系统稳定性和可靠性的影响。本章还将探讨辅助服务市场、容量市场等内容，以及这些市场在保障系统安全稳定运行中的作用。 第二十章：未来电力网络的研究热点。 本章将展望电力网络研究的未来方向，重点介绍当前研究领域中的热点问题。例如，大规模高比例新能源接入下的电网运行与控制、直流输电与交流输电的协调、人工智能与大数据在电力系统分析与运行中的应用、虚拟电厂与微电网的技术与管理、以及碳中和背景下的能源系统转型等。本章旨在激发读者对电力系统未来发展的思考，并为进一步的学术研究提供启示。 《电力网络解析论》力求以严谨的学术态度，清晰的逻辑结构，丰富的实例分析，为读者构建一个全面、深入、系统的电力网络解析知识体系。本书的出版，不仅有助于提升电力系统工程师的专业技能，更能为我国电力系统的现代化建设和可持续发展贡献力量。

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这本书的编排布局，带着一种极强的逻辑性和系统性，它仿佛是一张精心绘制的地图，从宏观的系统结构开始，逐步深入到微观的元件特性，最后再回归到整体的运行控制。我特别欣赏作者在讲解基础元件模型时的那种“求本溯源”的态度。他不仅仅是给出了阻抗、电容的参数值，而是花了好大的篇幅去解释，为什么在特定的工作频率下，这些元件会表现出我们所观测到的特性，这种对物理本质的追问，是很多教材中所欠缺的。书中关于对称分量法的阐述，可以说是全书的亮点之一。作者用近乎艺术化的方式，将三相系统的不平衡问题，巧妙地分解成三个独立的、平衡的子系统，这种化繁为简的处理手法，让原本高高在上的对称分量理论变得触手可及。读到这部分时，我忍不住停下来，对照着书中的图示，在草稿纸上重新推演了一遍，每一步都清晰无比，没有任何模糊地带。整本书的用词精准，没有丝毫冗余的形容词，每一个句子都像是一个紧密咬合的齿轮，推动着理论的进程向前。对于希望建立扎实基础的读者而言，这本书的价值无可替代，它为你奠定了一个稳固的知识高台，站在上面，你才能真正看清电力系统的全貌。

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这部作品给我的感觉，简直就像是走进了一座由错综复杂的电线和精密仪器构筑而成的迷宫，但最奇妙的是，迷宫的出口不是逃离，而是深刻的理解。作者的笔触非常细腻，对于那些原本只存在于教科书上的抽象概念，他总能找到最贴近生活的比喻去阐释。举个例子，在描述节点电压的计算过程时，他没有直接抛出复杂的矩阵方程，而是先用一个生动的社区供电模型来铺垫，模拟了每家每户对电力的需求和贡献，这样一来，那些看似冷冰冰的数学符号瞬间就有了温度和人情味。我尤其欣赏他对历史脉络的梳理，他没有将现代电力系统视为凭空出现的奇迹，而是追溯了从早期的直流到如今复杂交直流混合系统的演进，每一个关键的突破，比如长距离输电的实现，都被赋予了浓厚的人文色彩，让我们看到了先驱们在面对巨大技术瓶颈时的那种执着和智慧。读完整本书，我感觉自己不光掌握了一套分析工具，更重要的是，对支撑我们现代文明的这套“地下血管”产生了由衷的敬畏。这本书绝非那种只适合专业人士翻阅的参考手册，它更像是一位经验丰富的工程师在壁炉边，耐心为你讲述这个庞大系统背后逻辑和美的入门指南。那种深入浅出的讲解方式，让即便是初次接触电力系统理论的学生，也能迅速抓住核心要义，避免了陷入早期学习阶段常见的思维误区。

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阅读这本书的过程，与其说是学习，不如说是一场与老一辈电力专家的深度对话。作者的语言风格中，透露着一种历经风霜的沉稳和对工程实践的尊重。他似乎总能预判到读者在哪个地方会产生疑惑，并在关键节点设置了“陷阱式”的说明或注脚。例如，在讨论电力系统的规划与优化时，他没有沉溺于纯粹的数学优化算法的细节，而是将环境影响、经济成本、政策导向等现实约束条件，有条不紊地融入到模型构建的过程中，使得最终的结论具有极强的可操作性和现实意义。我个人对书中关于故障分析和保护定值的章节尤其着迷。作者通过大量的实际案例分析，展示了保护继电器如何在毫秒级别内完成复杂的判断和动作，这不仅仅是技术，简直就是电网的“神经反射”。他将保护逻辑的复杂性，比喻成一个多层决策树，每一步选择都关乎系统的安全。这种将抽象的保护逻辑具象化的叙述方式，极大地提升了阅读体验。这本书的深度和广度，使得它不仅仅是为电力系统的学生准备的，对于工程管理人员乃至政策制定者，它都能提供一个深度理解电力系统运行逻辑的独特视角。

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这本书的结构安排，充分体现了作者深厚的教学功底和对学科体系的深刻理解。它不像传统教材那样将理论和应用割裂开来，而是采取了一种“理论驱动应用，应用反哺理论”的螺旋上升模式。在介绍完电力系统稳态分析的基本工具后，紧接着就引入了如何利用这些工具来评估不同电压等级下电网的裕度和可靠性。这种即时检验学习成果的方式，极大地增强了学习的反馈效率。书中对于电力系统暂态分析的讲解，尤其值得称赞。作者并没有回避复杂的微分方程组，但他通过巧妙的简化假设和工况选取，让读者能够专注于理解暂态过程中的能量转换和系统惯性所扮演的关键角色。尤其是他对阻尼和振荡模式的描述，富有音乐感，仿佛真的能“听见”电网在受到扰动后努力恢复平衡的声音。读完后，我清晰地认识到，电力系统是一个动态平衡的艺术品，它的稳定运行，依赖于各个环节之间精妙的时间差和能量分配。这本书的价值，在于它提供了一个清晰的框架，让复杂的世界变得有序可解，它不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的重塑，它教会你如何从一个系统的视角去审视工程问题。

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翻开这本书的时候，我原本以为会面对枯燥的公式堆砌和晦涩的理论推导，没想到读下去的体验，完全超出了我的预期。作者的叙事节奏掌握得极其高明，他似乎深谙如何制造“知识的悬念”。每当一个复杂的章节即将展开时，他总会先抛出一个现实中存在的、令人困惑的电力故障案例，比如某个区域突发的电网暂态失稳，然后才引导读者一步步拆解背后的机理。这种“问题先行”的结构，极大地激发了我探究真相的欲望。其中关于潮流计算的部分，处理得尤为精彩。他没有停留在数值迭代的层面，而是深入探讨了为什么某些算法在特定拓扑结构下会表现出优越性，甚至隐晦地暗示了不同计算方法的计算复杂度和收敛速度的内在联系。更让我印象深刻的是，书中关于系统稳定性的讨论，不再是单纯的代数证明，而是结合了控制理论的视角，将电力系统视为一个巨型的、非线性的反馈系统。这种跨学科的融合，拓宽了我对“电网”这个概念的理解边界，它不再仅仅是输电线和变压器的集合，而是一个充满动态平衡与潜在危机的复杂生命体。这本书的行文风格，可以说是大气磅礴又不失严谨，读完后，我感觉自己的思维框架都被重新搭建了一遍，看待问题也变得更有层次感和前瞻性。

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