变配电装置及变配电所的安装调试 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:白玉岷

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页数:421

译者:

出版时间:2010-1

价格:60.00元

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isbn号码:9787111294368

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《电力系统运行与控制》 内容简介 本书系统地阐述了现代电力系统的运行机制、控制原理与关键技术。内容涵盖电力系统的基本构成、潮流计算、暂态稳定、小干扰稳定、状态估计、经济调度、故障诊断、电网安全分析等核心领域，并深入探讨了电力电子技术在电网中的应用、新能源并网的挑战与对策、以及智能电网的发展趋势。旨在为电力系统运行人员、设计人员、科研人员以及相关专业的学生提供一本全面、深入、实用的参考书籍。 第一章 电力系统基础 本章首先介绍电力系统的组成，包括发电、输电、配电和用电各环节，以及它们之间的相互关系。详细阐述了电力系统的基本参数，如电压、电流、功率、频率等，并解释了其在系统运行中的重要性。接着，深入分析了电力系统的静态特性，包括负荷特性、发电机特性、变压器特性以及线路特性。通过对这些特性的理解，为后续章节的运行分析打下坚实基础。 1.1 电力系统的组成与功能 发电环节： 介绍不同类型的发电机组（火力、水力、核能、风能、太阳能等）的工作原理、能量转换过程以及在系统中的作用。 输电环节： 详细描述高压输电线路的设计、参数（电阻、电抗、电纳）及其对系统运行的影响。分析输电系统的结构（单回路、双回路、架空线路、电缆线路）和运行方式。 配电环节： 解释配电网的结构、电压等级以及其连接用户的功能。介绍配电变电站的主要设备及其作用。 用电环节： 分析不同类型用户的负荷特性，包括工业、商业、居民用电等，以及负荷的波动性对系统运行的影响。 1.2 电力系统基本参数 电压与电流： 阐述电压和电流在电力系统中的定义、单位及其测量方法。 功率（有功功率与无功功率）： 详细解释有功功率和无功功率的概念、单位以及它们在电力系统中的作用。分析功率的产生、传输和消耗。 频率： 阐述电力系统频率的定义、重要性及其稳定控制的意义。 功率因数： 解释功率因数的定义、影响因素以及提高功率因数的重要性。 1.3 电力系统静态特性 负荷特性： 分析不同负荷类型（阻性、感性、容性、非线性）的电压、频率依赖性。研究负荷的日变化、年变化规律。 发电机特性： 介绍同步发电机的稳态特性，包括功角特性、电压特性等。 变压器特性： 分析变压器在系统中的作用，包括电压变换、隔离等。讨论变压器的漏抗、损耗等参数。 线路特性： 详细分析输电线路的电阻、电抗、电纳，以及其对电压降、功率传输能力的影响。 第二章 电力系统潮流计算 本章是电力系统运行分析的基础。详细介绍了潮流计算的基本概念、数学模型以及常用的计算方法。重点讲解了牛顿-拉夫逊法、高斯-赛德尔法等迭代算法，并分析了潮流计算在系统规划、运行和故障分析中的应用。 2.1 潮流计算的基本概念 潮流： 定义电力系统中的功率流动，包括有功功率和无功功率的传输。 节点： 介绍电力系统中的母线节点，以及节点上的电压、功率注入/抽出的关系。 支路： 描述电力系统中的输电线路、变压器等连接节点之间的元件。 2.2 潮流计算的数学模型 节点电压方程： 推导基于节点导纳矩阵的节点电压方程。 节点功率方程： 建立节点注入功率与节点电压、支路电流之间的关系。 潮流方程： 联立节点电压方程和节点功率方程，形成求解潮流的方程组。 2.3 潮流计算方法 牛顿-拉夫逊法 (Newton-Raphson Method)： 详细介绍该方法的迭代过程、雅可比矩阵的建立以及收敛性分析。 高斯-赛德尔法 (Gauss-Seidel Method)： 阐述该方法的迭代步骤，并分析其计算效率和收敛性。 直流潮流法 (DC Load Flow)： 介绍直流潮流法的简化模型及其在初级潮流估计中的应用。 2.4 潮流计算的应用 系统规划： 预测未来负荷增长对系统潮流的影响，评估新建输电线路的必要性。 系统运行： 实时监测系统潮流分布，调整发电机出力和开关位置，保证系统安全稳定运行。 故障分析： 模拟不同故障情况下系统潮流的变化，评估故障影响范围。 无功功率补偿： 分析系统无功功率缺额，确定补偿电容器或电抗器的容量和位置。 第三章 电力系统稳定 本章系统阐述电力系统的稳定性问题，包括暂态稳定、小干扰稳定和电压稳定。深入分析导致系统不稳定的原因，并介绍了提高系统稳定性的各种技术和方法，如励磁控制、调速器控制、功角稳定器的应用等。 3.1 暂态稳定 (Transient Stability) 定义与机理： 解释系统在受到大型扰动（如短路故障）后，发电机转子角度发生剧烈变化，可能导致失步的现象。 影响因素： 分析故障类型、故障持续时间、发电机参数、系统结构等对暂态稳定性的影响。 稳定性判据： 介绍临界故障清除时间和临界加速角等判据。 稳定化措施： 讨论快速切除故障、调整发电机出力、配置快速励磁系统、安装功角稳定器等。 3.2 小干扰稳定 (Small-Disturbance Stability) 定义与机理： 描述系统在受到小的、连续的扰动后，是否能恢复到原运行状态。 线性化方法： 通过对非线性系统进行线性化，分析系统的固有频率和阻尼比。 特征方程与稳定性： 解释特征方程的根与系统稳定性的关系。 影响因素： 分析励磁系统、调速器系统、负荷特性等对小干扰稳定性的影响。 稳定化措施： 讨论优化励磁系统参数、改进调速器控制、配置阻尼控制器等。 3.3 电压稳定 (Voltage Stability) 定义与机理： 解释在负荷增加或系统受到扰动时，系统母线电压下降，最终可能导致电压崩溃的现象。 电压-功率特性 (P-V Curve)： 分析负荷点电压与功率传输之间的关系，识别系统的最大功率传输能力。 影响因素： 讨论负荷特性、输电线路参数、无功功率补偿、发电机运行方式等对电压稳定性的影响。 稳定化措施： 介绍加强无功功率补偿（安装补偿电容器、SVC、STATCOM）、调整变压器分接头、优化运行方式等。 第四章 电力系统状态估计 本章介绍电力系统状态估计的技术，其核心是通过测量数据对电力系统的节点电压相量进行最优估计。详细阐述了状态估计的模型、算法（如加权最小二乘法），以及其在系统运行、故障检测、数据质量评估等方面的实际应用。 4.1 状态估计的基本原理 目标： 提高测量数据的准确性，获取准确的系统运行状态（节点电压幅值和相角）。 数学模型： 建立基于节点电压相量的系统方程。 测量方程： 建立测量值与系统状态变量之间的关系。 4.2 状态估计的算法 加权最小二乘法 (Weighted Least Squares, WLS)： 详细介绍WLS算法的迭代过程，如何利用测量值的精度差异进行加权。 递推最小二乘法 (Recursive Least Squares, RLS)： 适用于实时状态估计的算法。 4.3 状态估计的应用 系统运行监视： 提供准确的系统运行数据，指导调度人员进行操作。 故障检测与定位： 分析测量数据的异常变化，快速判断故障类型和位置。 数据有效性检验： 识别和剔除错误的测量数据，提高数据质量。 经济调度： 为经济调度提供准确的系统运行数据。 第五章 电力系统经济调度 本章深入探讨电力系统经济调度的原理和方法。涵盖了成本函数、约束条件（机组出力约束、潮流约束、安全约束等），以及各种优化算法（如基尔希霍夫定律、拉格朗日乘数法、动态规划、线性规划、混合整数规划）。重点分析了实时经济调度和经济性的多目标调度。 5.1 经济调度的目标与意义 目标： 以最小的燃料成本运行发电机组，同时满足系统运行的各项约束。 意义： 节约能源，降低运行成本，提高电力系统的经济效益。 5.2 经济调度的数学模型 成本函数： 建立发电机组出力与其燃料成本之间的函数关系。 约束条件： 出力约束： 各发电机组的最小和最大出力限制。 功率平衡约束： 系统总发电功率等于总负荷功率加上线路损耗。 潮流约束： 考虑线路的功率传输能力限制。 安全约束： 保证系统在正常和故障情况下的安全运行。 5.3 经济调度算法 拉格朗日乘数法 (Lagrangian Multiplier Method)： 用于求解无约束优化问题。 增量成本法 (Incremental Cost Method)： 简化后的优化方法。 线性规划 (Linear Programming, LP)： 当成本函数和约束条件为线性时使用。 二次规划 (Quadratic Programming, QP)： 当成本函数为二次，约束条件为线性时使用。 混合整数规划 (Mixed Integer Programming, MIP)： 用于处理具有开关量（如机组启停）的复杂问题。 5.4 经济调度的类型 经济负荷分配 (Economic Dispatch, ED)： 在给定总负荷下，优化各机组出力以最小化运行成本。 经济调度 (Economic Scheduling)： 考虑机组的启停、爬坡等动态过程，优化长期运行计划。 无功功率经济调度： 优化无功功率补偿装置的投入，以最小化无功功率补偿成本。 第六章 电力系统故障诊断与分析 本章聚焦于电力系统故障的诊断与分析技术。涵盖了故障的分类、故障点的识别、故障参数的估算以及故障后的恢复策略。详细介绍了基于测量数据和模型分析的故障诊断方法，如基于相量测量单元（PMU）的故障诊断，以及利用人工智能技术进行故障诊断。 6.1 故障的分类与特征 短路故障： 三相短路、单相接地短路、相间短路等。 断线故障： 单相断线、多相断线。 接地故障： 仅有接地，无短路。 故障信号分析： 研究不同故障类型在电流、电压、频率等信号上的表现。 6.2 故障诊断方法 基于测量数据的分析： 模态分析： 分析系统扰动后的模态响应，判断系统稳定性。 暂态能量函数法： 评估系统在扰动后的能量变化，判断是否失步。 基于系统模型的分析： 潮流计算： 模拟故障对潮流的影响。 暂态仿真： 模拟故障发生后的动态过程。 基于人工智能的诊断： 神经网络 (Neural Networks, NN)： 用于识别故障模式。 支持向量机 (Support Vector Machines, SVM)： 用于故障分类。 模糊逻辑 (Fuzzy Logic)： 用于处理不确定性信息。 6.3 故障后的恢复策略 快速隔离故障： 采用保护继电器和断路器快速切除故障点。 系统重构： 调整网络结构，恢复供电。 电压恢复： 调整发电机出力和无功功率补偿，恢复电压水平。 频率恢复： 调整发电机出力，稳定系统频率。 第七章 电力电子技术在电网中的应用 本章探讨电力电子技术在现代电力系统中的重要作用。详细介绍了高压直流输电（HVDC）、柔性交流输电系统（FACTS）如SVC、STATCOM、UPFC等设备的工作原理、技术特点及其在改善系统稳定性、提高传输能力、控制潮流等方面的应用。 7.1 高压直流输电 (HVDC) 工作原理： 介绍AC/DC换流站的组成，包括换流阀、变压器等。 技术特点： 远距离传输损耗低。 不受系统稳定性限制。 可以控制潮流方向和大小。 实现不同频率电网的互联。 应用： 大容量远距离输电、海底电缆输电、交直流混联系统。 7.2 柔性交流输电系统 (FACTS) SVC (Static Var Compensator)： 工作原理： 利用晶闸管控制电抗器和电容器的投切，提供平滑的无功功率补偿。 作用： 稳定电压，抑制系统振荡。 STATCOM (Static Synchronous Compensator)： 工作原理： 利用电压源型逆变器（VSC）产生可控的无功功率。 作用： 相比SVC，响应速度更快，补偿能力更强。 UPFC (Unified Power Flow Controller)： 工作原理： 结合串联补偿和并联补偿，实现对潮流的全面控制。 作用： 控制潮流大小、方向，稳定电压，抑制振荡。 第八章 新能源并网与电网适应性 本章分析新能源（风能、太阳能等）并网带来的挑战，包括其间歇性、随机性和波动性。探讨了提高电网对新能源接纳能力的策略，如智能调度、储能技术、需求侧管理以及提高电网的柔性和韧性。 8.1 新能源的特性与挑战 间歇性与随机性： 能量输出受天气条件影响，预测难度大。 波动性： 输出功率变化快，对电网频率和电压造成冲击。 地理分布不均： 集中在远离负荷中心的区域，需要新建输电线路。 8.2 提高电网对新能源的接纳能力 智能调度： 优化新能源发电预测，精确调度火电等可控电源，实现功率平衡。 储能技术： 电池储能 (Battery Energy Storage Systems, BESS)： 充放电快速，适用于调峰、调频。 抽水蓄能 (Pumped Storage Hydropower)： 容量大，成本相对较低，适用于季节性储能。 飞轮储能 (Flywheel Energy Storage)： 响应速度极快，适用于短时高功率输出。 需求侧管理 (Demand-Side Management, DSM)： 削峰填谷： 引导用户在用电高峰时减少用电，在低谷时增加用电。 响应式负荷： 允许部分负荷根据电网信号自动调整。 电网柔性与韧性： 建设强有力的输电网络： 提高跨区域电力交换能力。 发展先进的控制技术： 如分布式控制、多时间尺度协调控制。 提高设备智能化水平： 实时监测与控制。 第九章 智能电网发展趋势 本章展望智能电网的发展方向，包括其核心技术，如大数据、人工智能、物联网（IoT）、区块链等。探讨了智能电网在提高运行效率、增强系统可靠性、促进能源转型、构建新型电力市场等方面的巨大潜力，并分析了未来智能电网的典型应用场景。 9.1 智能电网的核心技术 大数据分析： 处理海量运行数据，挖掘潜在价值。 人工智能 (AI)： 在故障诊断、负荷预测、优化调度等方面提供智能决策。 物联网 (IoT)： 实现设备互联互通，实现分布式监测与控制。 区块链技术： 在能源交易、数据安全等方面提供信任机制。 先进的通信技术： 保证数据传输的高效与安全。 9.2 智能电网的功能与优势 提高运行效率： 实时监测与优化，降低运行成本。 增强系统可靠性： 快速响应故障，减少停电时间。 促进能源转型： 更有效地接入和管理新能源。 构建新型电力市场： 支持分布式能源交易，鼓励用户参与。 提升用户体验： 提供更优质、更可靠的电力服务。 9.3 未来智能电网的典型应用场景 智能负荷管理： 精准预测负荷，优化发电计划。 分布式发电与微电网： 提高能源利用效率，增强系统弹性。 电动汽车充电管理： 优化充电策略，减少对电网的冲击。 能源互联网： 构建开放、共享的能源生态系统。 附录 电力系统常用术语解释 相关标准和规范 本书特色 内容全面深入： 涵盖电力系统运行与控制的各个核心环节，理论与实践并重。 结构逻辑清晰： 各章节之间相互关联，层层递进，便于读者理解。 技术前沿性： 关注新能源并网、智能电网等最新发展动态。 实用性强： 结合实际工程案例，提供解决方案和技术参考。 适用读者 电力系统运行与调度人员 电力工程设计与规划人员 电力设备研发与制造人员 高等院校电气工程相关专业教师与学生 对电力系统感兴趣的社会读者

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