Small Signal Analysis of Power Systems

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出版者:Narosa Publishing House,India
作者:M.A. Pai
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2004-04
价格:0
装帧:Hardcover
isbn号码:9788173195945
丛书系列:
图书标签:
  • 电力系统
  • 小信号分析
  • 稳定性
  • 控制
  • 电力电子
  • 建模
  • 仿真
  • 电力系统分析
  • 动态分析
  • 电力系统建模
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具体描述

《电网暂态分析与稳定控制:理论与实践》 本书导读: 在现代电力系统中,电能的可靠、高效传输是社会运行的基石。然而,电力系统作为一个高度耦合的巨型复杂网络,其运行环境时刻受到各种扰动的影响,如雷击、短路、负荷突变等。这些扰动可能引发系统在毫秒至秒级的时间尺度内发生剧烈的电压和频率波动,即“暂态过程”。对这些暂态现象的深入理解、精确建模和有效控制,是确保电网稳定运行的关键。 《电网暂态分析与稳定控制:理论与实践》是一本全面、系统阐述电力系统暂态行为及其控制策略的专业著作。本书的编写旨在为电力系统工程师、高校师生以及从事电力系统仿真和规划的专业人士提供一个深入且实用的参考框架。它将理论基础与工程实践紧密结合,重点关注现代电力系统中日益凸显的动态稳定性问题。 第一部分:电力系统暂态基础与建模 本书伊始,首先奠定了理解暂态现象的理论基石。我们深入探讨了经典的经典电路理论在描述非线性、时变电力系统时的局限性与适用范围。 第一章:电力系统动态特性概述 本章系统梳理了电力系统稳定性的分类,包括暂态稳定、电压稳定和低频振荡(小扰动稳定)的区别与联系。详细介绍了暂态过程的物理本质,即能量在旋转电机储能元件(转子动能和励磁系统电抗)与网络元件(电容和电感)之间的快速交换。同时,探讨了系统模型简化在暂态分析中的重要性,为后续的详细建模工作做铺垫。 第二章:同步电机暂态建模 同步电机是电力系统中最核心的动态元件。本章专注于建立高精度的同步电机暂态模型。我们从两轴d-q坐标系下的电压、电流和磁链方程出发,详细推导了基于经典功角方程(带阻尼的二阶模型)到更精确的次暂态、暂态模型(考虑电枢反应和次暂态电抗的引入)。特别地,本章详述了励磁系统(AVR)和调速器(TG)的动态特性对电机暂态行为的影响,提供了多种标准励磁系统和调速器的模型结构及其参数辨识基础。 第三章:外部网络与负荷建模 电力系统中的外部网络,包括输电线路、变压器和无功补偿设备,其动态特性同样影响暂态过程。本章详细分析了传输网络在暂态电流注入时的动态表现,并引入了详细的潮流方程在暂态过程中的应用。对于负荷建模,本书摒弃了传统的恒阻抗模型,转而采用基于频率和电压依赖特性的分层模型,以更准确地反映真实电网中复杂负荷(如整流器、变频器驱动负载)的动态响应。 第二章:暂态稳定性分析方法 在精确建模的基础上,本书将重点转向如何分析和评估系统的动态稳定性。 第四章:经典暂态稳定分析方法——等面积准则 本章系统回顾并深入剖析了经典的基于能量法的暂态稳定评估工具——等面积准则(Equal Area Criterion, EAC)。我们不仅展示了单机无穷大系统(SMIB)下的EAC应用,更重要的是,扩展了其在多机系统简化模型下的适用性,讨论了其在确定临界清除时间(Critical Clearing Time, CCT)中的精确计算方法及局限性。 第五章:基于数值积分的暂态仿真 在大型、复杂的现代电网中,数值积分方法是进行暂态稳定分析的主流。本章详细介绍了求解大型非线性微分-代数方程组(Differential-Algebraic Equations, DAEs)的数值技术,如欧拉法、龙格-库塔法(Runge-Kutta)以及更适应电力系统特性的隐式积分方法。重点讨论了求解器选择对仿真精度和计算效率的影响,并提供了针对特定故障类型(如三相短路、单相接地)的标准仿真流程。 第六章:现代暂态稳定性评估与时域仿真 本章将分析视角提升到现代系统层面,引入了更先进的稳定性分析技术。这包括了对系统特征值分析在稳定边际判断中的应用,以及对首次失步角(First Swing Stability)的精确预测。同时,本章着重介绍了利用现代仿真软件平台(如PSCAD/EMTDC或MATLAB/Simulink电力系统工具箱)进行全波形时域仿真(Electromagnetic Transient Simulation)的实践步骤和结果解读。 第三部分:暂态稳定控制策略与技术 理解了暂态的机理和分析方法后,本书的后半部分集中于如何主动增强系统的暂态稳定性。 第七章:励磁系统与静止补偿器的暂态控制 先进的励磁控制是提高暂态稳定性的首要手段。本章详细介绍了如何设计具有快速响应能力和强励磁能力的励磁系统,特别是增大了的励磁增益(High Gains)对系统动态响应的影响。此外,静止同步补偿器(SVC)和静止无功发生器(STATCOM)作为快速无功支撑设备,其暂态控制策略(如恒压控制、阻尼控制)被详细阐述,并分析了它们在快速恢复电压稳定性和抑制低频振荡中的作用。 第八章:电力系统稳定器(PSS)与低频振荡抑制 在大型互联系统中,由于线路阻尼不足,低频功率振荡是长期存在的威胁。本章深入探讨了电力系统稳定器(PSS)的设计原理,包括其如何通过对调速器或励磁回路引入适当的相位补偿,来有效抑制系统固有的低频振荡模式。本章提供了多种PSS结构(如输入信号为角速度、功率或频率)的对比分析及其参数整定方法。 第九章:先进暂态稳定控制技术 本章聚焦于近年来发展的、针对特定复杂工况的主动控制技术。 第九章:基于FACTS装置的动态控制 柔性交流输电系统(FACTS)的先进控制是提升系统动态性能的利器。本章重点分析了统一潮流控制器(UPFC)和可控串联补偿器(TCSC)在暂态过程中的快速作用。详细介绍了TCSC的阻尼控制和快速闭环控制策略,展示了如何通过快速调节线路电抗来限制短路电流峰值,从而延长暂态稳定极限清除时间。 第十章:智能电网中的暂态稳定性考量 随着新能源接入的增加,传统旋转惯量下降,电网的惯性支撑减弱,对暂态稳定提出了新的挑战。本章探讨了大规模风电和光伏并网对系统动态特性的影响。重点分析了基于电力电子接口的并网逆变器(Grid-Forming Inverters)如何模拟惯量和阻尼,以及它们在暂态过程中的稳定控制与“惯量缺失”问题的应对策略。 结语 本书的编写理念是实现理论的深度与工程的实用性的完美结合。通过对同步电机、网络元件的精确建模,结合先进的数值分析方法,读者将能够透彻地理解电力系统在遭受突发扰动时的“呼吸”过程。最终,本书提供的各类先进控制策略,将为工程师们在设计和运行未来高可靠性、高渗透率电力系统时,提供坚实的技术支撑和工程指导。本书适合作为电力系统动态与控制领域的研究生教材,也是电力设计院和电网调度机构工程师的必备参考手册。

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用户评价

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《Small Signal Analysis of Power Systems》这本书,是一本真正能够“教你如何思考”的著作。它不仅仅是知识的传递,更是一种思维方式的启蒙。在分析电力系统动态特性时,我们常常需要面对大量的方程组和复杂的模型。这本书作者巧妙地运用了线性化和状态空间等数学工具,将这些复杂的方程组简化成易于理解和分析的形式。我曾经对如何选择合适的“状态变量”感到困惑,因为这直接影响到模型的精度和分析的效率。而这本书中对于状态变量选择的原则和方法,以及它们与物理意义之间的联系,都进行了非常细致的阐述,让我豁然开朗。特别是关于系统“极点”和“零点”的讨论,更是让我明白了它们在决定系统动态响应中的作用。极点决定了系统的稳定性和响应速度,而零点则影响着系统的输出特性。理解了这些,我们就可以通过调整系统的参数,来优化系统的性能,例如提高阻尼、减小振荡幅值等。这本书不仅为我提供了强大的分析工具,更培养了我解决问题的能力,让我在面对复杂的电力系统问题时,能够从容应对,找到问题的关键所在。

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这本书《Small Signal Analysis of Power Systems》对于任何希望深入理解电力系统动态运行的专业人士来说,都是一本不容错过的宝藏。它不仅仅是理论知识的堆砌,更是一种分析方法的传递,一种对系统内在规律的探索。作者在书中对于不同类型电力系统元件(如发电机、同步调相机、励磁系统、调速器等)的小信号模型进行了非常详尽的阐述,并且清晰地展示了如何将这些元件模型集成到一个多机系统中,形成一个完整的系统模型。我特别受益于书中关于“传递函数”和“频率响应”的章节,它们为理解系统对不同频率扰动的响应提供了强大的分析工具。通过频率响应分析,我们可以直观地了解系统在不同频率下的增益和相位变化,这对于设计控制器、评估系统的稳定性裕度以及分析系统对谐波的敏感性都至关重要。书中还详细介绍了各种稳定性的判据,如奈奎斯特判据、根轨迹法等,并将其应用于电力系统的分析中,这使得我们能够定量地评估系统的稳定性,并找出可能导致不稳定的因素。这本书为我提供了一个系统的理论框架,让我在分析和解决电力系统稳定性问题时,能够更加得心应手,也更加有信心。

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初次翻阅《Small Signal Analysis of Power Systems》时,我被其严谨的数学框架和深入的物理概念所折服。作者以其深厚的学术造诣,将电力系统这一复杂多变的实体,通过小信号分析的方法,抽丝剥茧地展现出其内在的动态特性。书中对于系统建模的每一个步骤都进行了详尽的解释,从基础的基尔霍夫定律到更复杂的控制系统理论,都得到了充分的体现。我尤其欣赏作者在解释状态变量选择和系统矩阵构建时的清晰思路,这对于理解系统的自由度以及其响应的维度至关重要。模态分析部分,作者更是将抽象的特征值和特征向量与实际的系统振荡模式联系起来,使得“低频振荡”、“阻尼比”这些概念不再是枯燥的数学符号,而是具象化的系统不稳定表现。书中关于传递函数和频率响应的章节,为理解系统在不同频率扰动下的行为提供了强大的工具,这对于设计滤波器、控制器以及评估系统对外部干扰的鲁棒性有着至关重要的作用。这本书的语言风格虽然学术性强,但作者力求清晰易懂,配合大量的图表和公式推导,使得读者能够循序渐进地掌握复杂的分析方法。对于电力系统领域的专业人士而言,这本书无疑是一本不可或缺的参考指南,其提供的理论框架和分析工具,足以应对各种复杂的工程挑战。

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《Small Signal Analysis of Power Systems》这本书,就像一位经验丰富的导师,循循善诱地引导我进入电力系统动态分析的殿堂。在我初次接触电力系统动力学时,常常会被大量的数学公式和复杂的模型所困扰,感觉无从下手。而这本书,以其清晰的逻辑结构和深入浅出的讲解,将这一切变得井然有序。作者首先从最基础的电力系统模型建立入手,详细介绍了如何将非线性方程线性化,以及如何选择合适的状态变量来描述系统的动态行为。我印象最深刻的是书中关于“模态分析”的讲解,它将复杂的系统动态分解为一系列独立的振荡模态,每个模态都有其特定的频率和阻尼。这让我能够更清晰地理解系统为何会发生振荡,以及不同振荡模式对系统稳定性的影响。通过对这些模态的分析,我们可以判断系统的稳定性,并找到改善系统性能的途径。此外,书中还对各种实际工程应用进行了深入的探讨,例如如何通过调整励磁系统或调速器参数来改善系统的动态性能,如何分析系统对外部扰动的鲁棒性等。这本书为我提供了一个坚实的理论基础,也教会了我分析和解决实际工程问题的能力,是电力系统领域从业人员的必备读物。

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这本《Small Signal Analysis of Power Systems》堪称电力系统分析领域的“圣经”,它的深度和广度都令人惊叹。作者在书中不仅系统地阐述了小信号分析的基本原理,更将理论知识与实际工程应用紧密结合,为读者构建了一个清晰且全面的知识体系。从基本的电力系统模型建立,到各种扰动下的动态响应分析,再到频率响应、模态分析等核心概念的深入剖析,书中每一个章节都如同精心雕琢的艺术品,逻辑严谨,内容扎实。特别是作者对状态空间法的熟练运用,以及如何将复杂的非线性电力系统模型 linearization 为线性模型,然后在这些模型的基础上进行各种动态行为的预测和分析,这一过程的讲解尤为精彩。书中大量的实例分析,例如发电机、励磁系统、负荷等在不同运行工况下的动态特性,以及它们对系统稳定性的影响,都使得理论知识变得生动鲜活,易于理解。对于我这样一名渴望深入理解电力系统稳定性的工程师来说,这本书提供了无与伦比的洞察力,它帮助我不仅仅是“知道”这些概念,更是“理解”了它们背后的物理意义和工程意义。每当我遇到一个复杂的系统稳定问题时,总能在这本书中找到理论的支撑和分析的工具。它不仅仅是一本教材,更是一份宝贵的参考,一本可以反复研读的经典著作。

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阅读《Small Signal Analysis of Power Systems》的体验,就如同在迷宫中找到了一条清晰的路径。在学习电力系统动力学时,我常常感到信息量巨大,概念繁杂,尤其是在处理多机系统、电网互联等复杂场景时,更是容易迷失方向。然而,这本书却以其独有的结构化方法,将所有分散的概念和技术整合在一起。作者在介绍各种电力系统元件(如发电机、调相机、励磁系统、阀门控制系统等)的小信号模型时,都遵循着统一的建模思路,并在此基础上进行系统的分析。我尤其欣赏书中关于“模态分析”这一章节的讲解,它不仅仅是数学上的计算,更是对电力系统动态行为的深刻洞察。通过将整个系统的动态方程转化为一系列独立的模态,我们可以清晰地看到不同振荡模式的频率、阻尼以及它们对系统稳定性的贡献。这种“分而治之”的思路,极大地简化了复杂系统的分析过程。此外,书中对不同类型扰动(如线路跳闸、负荷变化、发电机甩负荷等)的响应分析,也为我们提供了宝贵的经验,让我们能够预测系统在不同扰动下的行为,并采取相应的应对措施。这本书为我提供了一个坚实的理论基础,让我能够更自信地面对电力系统稳定性的挑战。

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《Small Signal Analysis of Power Systems》这本书,简直是我在电力系统学习道路上的“灯塔”。在接触这本书之前,我对系统稳定性总有一种模糊的概念,感觉它就像一个黑盒子,里面发生了什么,我们只能看到结果。但这本书,特别是它关于线性化方法和模态分析的章节,彻底改变了我的认知。作者用非常系统化的方式,教会我如何将一个非线性、时变的复杂系统,在特定工作点附近近似为一个线性的、时不变的系统,然后通过求解这个线性系统的特征值,来判断系统的稳定性以及振荡的性质。我曾经花了大量时间在理解一个发电机在故障后如何恢复同步,以及为什么会产生低频振荡。这本书通过其详实的分析,让我明白了这些过程的根源在于系统的动态特性,以及这些动态特性如何通过其特征值来体现。书中关于系统裕度(如阻尼比和频率)的讨论,更是为我们评估系统的稳定性提供了量化的指标。我学会了如何通过改变控制器的参数来改善系统的阻尼,如何避免系统进入不稳定状态。这本书的价值不仅仅在于它提供了知识,更在于它教会了我分析问题的思维方式和方法论,这种能力比单纯记住几个公式要重要得多。

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阅读《Small Signal Analysis of Power Systems》的过程,就像是在进行一场精密的科学实验。它不仅仅是一本书,更是一种严谨的分析方法论的实践。作者在书中以非常系统化的方式,阐述了电力系统小信号分析的核心理论和技术。我特别欣赏书中对于“模态分析”的深入探讨,它不仅仅是数学计算,更是对系统内在动态特性的深刻揭示。通过将复杂的系统方程转化为一系列独立的模态,我们可以清晰地看到系统中存在的各种振荡模式,以及它们对系统稳定性的影响。例如,低频振荡的产生和衰减,都可以通过分析相应的模态来解释。书中还详细介绍了各种扰动下系统的动态响应,如发电机失步、线路故障等,并给出了相应的分析方法。这为我们预测系统在不同扰动下的行为,并采取有效的应对措施提供了重要的指导。此外,书中还对电力系统的各种控制器(如励磁系统、调速器等)的小信号模型进行了详尽的分析,并探讨了这些控制器对系统稳定性的影响。这让我明白了,如何通过优化控制器的参数来改善系统的动态性能。这本书为我提供了一个全面的理论框架,也教会了我分析和解决实际工程问题的能力,是电力系统领域不可或缺的参考指南。

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《Small Signal Analysis of Power Systems》这本书,无疑是一本打开我电力系统分析视野的“钥匙”。在我接触这本书之前,对于电力系统的动态特性,我总有一种“知其然而不知其所以然”的感觉。然而,这本书通过其系统化的理论讲解和深入的数学分析,将这一切都变得清晰明了。作者在书中详细阐述了如何对电力系统进行线性化处理,并将复杂的非线性微分方程组转化为一系列线性的微分方程,从而可以利用成熟的线性系统分析方法来研究系统的动态行为。我特别喜欢书中关于“零极点增益”(ZPK)表示法的讲解,它能够简洁地描述系统的动态特性,并且方便进行各种系统组合和分析。通过零极点的位置,我们可以直观地了解系统的响应速度、稳定性和振荡特性。书中还对电力系统中的各种控制系统,如励磁控制、调速控制等,进行了详细的小信号模型分析,并探讨了这些控制系统对系统稳定性的影响。这让我明白了,一个设计合理的控制器,对于保障电力系统的稳定运行起着至关重要的作用。这本书为我提供了一个坚实的理论基础,也教会了我分析和解决实际工程问题的能力,是电力系统领域专业人士的案头必备。

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这本《Small Signal Analysis of Power Systems》不仅仅是一本技术书籍,更是一次深入的学术探索之旅。它以其精炼的语言和严谨的逻辑,为读者呈现了电力系统小信号分析的方方面面。作者在书中对电力系统各种元件的动态特性进行了细致的刻画,从发电机的电磁暂态过程,到励磁系统和调速器的控制逻辑,都进行了详细的模型建立和分析。我尤其欣赏书中关于“根轨迹”的分析方法,它能够直观地展示系统参数变化对系统极点位置的影响,从而预测系统稳定性的变化趋势。这为我们在设计和调整控制器时,提供了一个非常有用的可视化工具。书中还对多机电力系统的稳定性分析进行了深入的探讨,阐述了如何将各个发电机和网络的动态特性进行耦合,形成一个统一的系统模型,并在此基础上进行稳定性评估。这对于理解大电网的稳定运行至关重要。此外,书中还对各种类型的暂态稳定性进行了分类和分析,例如电压暂态稳定性、频率暂态稳定性等,并给出了相应的分析方法和判据。这本书为我提供了全面的知识体系,也让我对电力系统的动态行为有了更深刻的理解,是一名电力系统工程师不可或缺的参考资料。

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