电力系统次同步振荡的理论与方法PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　现代电力系统的特点 1

1.2　电力系统的稳定性问题 4

1.3 电力系统次同步振荡问题 8

1.4　本书的主要内容 12

参考文献 15

第2章 电力系统次同步振荡分析用数学模型 19

2.1 引言 19

2.2　同步发电机的数学模型 21

2.2.1　基本前提 21

2.2.2　同步发电机的原始方程式 23

2.2.3　dq0坐标系下同步电机方程 26

2.2.4　同步电机的标幺制 28

2.2.5 同步电机基本方程式的标幺值形式 30

2.2.6　同步电机的等值电路和参数 33

2.3 同步发电机组励磁系统的数学模型 39

2.4　汽轮发电机组轴系的数学模型 40

2.4.1　轴系分段集中质量弹簧模型 41

2.4.2　轴系连续质量弹簧模型 44

2.5　原动机及其调速系统的数学模型 46

2.5.1　汽轮机及其调速系统的数学模型 46

2.5.2　水轮机及其调速系统的数学模型 48

2.6　交流电力网络的数学模型 51

2.6.1　输电线路数学模型 51

2.6.2　变压器等值电路及参数 54

2.6.3　其他网络元件数学模型 56

2.6.4　坐标变换与机网接口 57

2.7　高压直流输电系统的数学模型 58

2.7.1　换流器的数学模型 59

2.7.2　直流输电线路数学模型 60

2.7.3　调节系统的数学模型 60

2.8　灵活交流输电装置的数学模型 61

2.8.1　静止无功补偿器的数学模型 61

2.8.2　静止无功发生器的数学模型 62

2.8.3　TCSC的数学模型 63

2.8.4　SSSC的数学模型 64

2.8.5　UPFC的数学模型 64

2.9　小结 66

参考文献 67

第3章 电力系统次同步振荡的基本理论和分析方法概述 68

3.1 引言 68

3.2 电力系统次同步振荡的相关术语及其定义 69

3.3 电力系统次同步振荡的一般性理论 73

3.3.1　电气系统的振荡特性 73

3.3.2　汽轮发电机组轴系扭振的机理 74

3.3.3　一个具有次同步振荡动态特性的电力系统算例 80

3.4　电力系统次同步振荡分析方法概述 84

3.4.1 电力系统次同步振荡的频率扫描分析法 84

3.4.2 电力系统次同步振荡的机组作用系数分析法 85

3.4.3　电力系统次同步振荡的时域仿真分析法 87

3.4.4 电力系统次同步振荡的特征结构分析法 88

3.4.5　电力系统次同步振荡的复转矩系数分析法 89

3.4.6　基于李雅普诺夫稳定性理论的稳定域分析法 90

3.4.7　基于微分动力系统分岔理论的分析法 91

3.5　各种电力系统次同步振荡分析方法的比较 93

3.6　小结 96

参考文献 96

第4章 电力系统次同步振荡的时域仿真分析 101

4.1 引言 101

4.2　微分方程的数值计算方法 103

4.2.1　古典数值积分法 103

4.2.2　数值积分的误差、数值稳定性与刚性 109

4.2.3　离散相似法 113

4.3 电力系统次同步振荡的时域仿真 118

4.3.1　具有串联电容补偿的单机对无穷大电力系统 119

4.3.2　电气系统差分方程组的建立 119

4.3.3　系统初值的计算 125

4.3.4　轴系机械系统与电气系统的联合求解 127

4.4　IEEE推荐的次同步振荡研究标准模型 129

4.4.1　用于次同步振荡研究的IEEE第一标准模型 129

4.4.2　用于次同步振荡研究的IEEE第二标准模型 133

4.5　次同步振荡的图形化建模及仿真 136

4.5.1　PSCAD/EMTDC简介 137

4.5.2　基于PSCAD/EMTDC的SSR图形化建模与仿真 140

4.6　小结 146

参考文献 147

第5章 电力系统次同步振荡的特征结构分析 148

5.1 引言 148

5.2 电力系统小干扰稳定的特征结构分析 149

5.2.1 电力系统线性化和特征结构分析的基本概念 149

5.2.2　线性系统的特征值和特征向量 154

5.2.3　特征值灵敏度 156

5.2.4　参与矩阵、参与因子、参与比 157

5.2.5　模态的可控性和可观性 158

5.2.6　特征值的求解 159

5.3　单机无穷大系统的次同步振荡分析 163

5.3.1　单机无穷大系统的线性化数学模型 163

5.3.2　IEEE第一标准模型的次同步振荡和轴系扭振特性分析 168

5.4　多机电力系统的次同步振荡分析 170

5.4.1　发电机组的轴系模型 170

5.4.2　发电机模型 171

5.4.3　励磁调节系统模型 172

5.4.4　原动机及其调速器模型 172

5.4.5　xy坐标系下网络元件的线性化暂态方程 173

5.5 电力系统次同步振荡特征结构分析的应用举例 175

5.5.1　利用振型图分析同步发电机轴系扭振特性 175

5.5.2　利用特征值选取合理的串联电容补偿度 178

5.5.3　利用参与比进行模型的降阶处理 180

5.5.4　利用参与向量进行动态响应分析 181

5.6　小结 185

参考文献 185

第6章 电力系统次同步振荡的复转矩系数分析 188

6.1 引言 188

6.2　次同步振荡复转矩系数分析方法的基本原理 189

6.2.1　问题的提出 189

6.2.2　复转矩系数法的基本原理 191

6.3　简单电力系统次同步振荡的复转矩系数分析 192

6.3.1　交流输电系统SSO的复转矩系数分析 193

6.3.2 HVDC输电系统SSO的复转矩系数分析 198

6.4　多机交直流电力系统次同步振荡的复转矩系数分析 204

6.4.1　概述 204

6.4.2　直流输电线及其控制系统的模型 206

6.4.3　发电机组的复频域模型 210

6.4.4　负荷模型 213

6.4.5　静止无功补偿器（SVC）模型 216

6.4.6　交流输电线模型 217

6.4.7　多机AC/DC系统的复频域网络模型 218

6.4.8 多机AC/DC系统SSO分析步骤 221

6.5　多机电力系统SSO算例 223

6.5.1　系统的构成 223

6.5.2　计算结果和分析 225

6.6　具有TCSC电力系统次同步振荡的复转矩系数分析 226

6.6.1　概述 226

6.6.2　TCSC的动态模型 227

6.6.3　Poincare影射理论基础 229

6.6.4　TCSC的详细数学模型 229

6.6.5　TCSC的复频域等效端口导纳矩阵 233

6.7　关于复转矩系数法的讨论 234

6.7.1　复转矩系数法与特征值法之间的关系 235

6.7.2　复转矩系数法的适用性问题 236

6.8　小结 236

参考文献 237

第7章　基于分岔理论的电力系统次同步振荡分析 239

7.1　引言 239

7.2　微分动力系统的分岔理论 240

7.2.1　轨线和相图 240

7.2.2　动力系统的稳定性 241

7.2.3　中心流形定理 248

7.2.4　开折与余维 250

7.2.5　Poincare映射 251

7.2.6　Floquet理论 252

7.3　IEEE第一标准模型的Hopf分岔分析 254

7.4　AUTO软件在电力系统次同步振荡分析中的应用 257

7.4.1 AUTO简介 257

7.4.2 基于AUTO97的SSO分岔分析 260

7.5 电力系统次同步振荡局部分岔的时域仿真 263

7.6　小结 266

参考文献 267

第8章 基于李雅普诺夫稳定性理论的电力系统SSO分析 269

8.1 引言 269

8.2　鲁里叶非线性控制系统 270

8.3　李雅普诺夫稳定性的基本理论 271

8.3.1　李雅普诺夫稳定性 271

8.3.2　李雅普诺夫方法 275

8.4　改进的鲁里叶型李雅普诺夫函数 277

8.5　轴系方程的标准鲁里叶模型 280

8.6　鲁里叶型李雅普诺夫函数的构造 283

8.7　IEEE第一标准模型的稳定域求解及时域仿真 284

8.8　考虑磁链衰减和调压器影响的电力系统模型 287

8.9　李雅普诺夫函数的分解聚合构造法 290

8.10　稳定域的求取和时域仿真 292

8.11　小结 294

参考文献 294

第9章 电力相关设备和系统运行方式对SSO的影响 296

9.1 引言 296

9.2　励磁系统和PSS对电力系统次同步振荡的影响 297

9.2.1　模态解耦模型的建立和模态稳定条件 298

9.2.2　励磁调节器对轴系扭振的影响 300

9.2.3　速度反馈型PSS的影响 302

9.2.4　功率反馈型和速度加功率反馈型PSS的影响 304

9.2.5　三种PSS对轴系扭振影响的比较 306

9.2.6　主要结论 308

9.3 HVDC对电力系统次同步振荡的影响 308

9.3.1 HVDC调控方式的影响 309

9.3.2　系统运行状态的影响 314

9.3.3　系统参数的影响 315

9.3.4　复转矩系数法和特征根分析法结果的比较 315

9.3.5　主要结论 317

9.4　SVC附加电压控制对电力系统次同步振荡的影响 318

9.4.1　采用无功功率作为附加控制反馈输入信号的SVC 320

9.4.2　采用母线电压频率作为附加控制反馈输入信号的SVC 321

9.4.3　主要结论 323

9.5　TCSC对发电机组次同步振荡的影响 323

9.5.1　系统的模型和参数 324

9.5.2　计算结果及其分析 324

9.5.3　时域仿真 327

9.5.4　主要结论 329

9.6　邻近同步发电机组间次同步振荡的相互影响 329

9.6.1　并联运行两台发电机组间轴系扭振的相互影响 330

9.6.2　并联运行发电机组的等值问题 332

9.6.3　非并联运行发电机组间轴系扭振的相互影响 334

9.6.4　主要结论 337

9.7　小结 337

参考文献 338

第10章 电力系统次同步振荡的监测、抑制和控制 339

10.1 引言 339

10.2　轴系扭转疲劳特性 340

10.3　次同步振荡的监测 341

10.3.1　次同步振荡监测方法的分类 341

10.3.2　基于齿轮磁电传感器的SSO监测系统 342

10.3.3　基于同步发电机励磁电压信号的扭振测量 343

10.3.4　一个复杂电力系统中大型机组SSO监测系统实例 346

10.4　次同步振荡的抑制 352

10.4.1　使用滤波器和增加系统阻尼 352

10.4.2　发电机组轴系扭振继电保护装置 354

10.4.3　改变电力系统运行方式 354

10.4.4　改造发电机组与系统 355

10.4.5　电网投切产生冲击的预防 356

10.4.6　串联电容器的控制和电压整定 359

10.5　次同步振荡的控制 359

10.5.1　基于分离模态原则的PSS设计 360

10.5.2 基于极大极小值原理的HVDC附加SSO阻尼控制器 370

10.5.3 利用超导磁储能装置（SMES）抑制次同步振荡 381

10.6 利用FACTS装置抑制电力系统SSO 388

10.6.1 几种抑制SSR的FACTS装置 388

10.6.2　用于抑制SSR的FACTS控制器的设计 390

10.7　小结 393

参考文献 394

第11章 电力系统的自励磁 397

11.1 引言 397

11.2　同步电机自励磁的成因分析 398

11.3 电力系统自励磁的经典分析方法 399

11.3.1　电力系统自励磁的特征值分析法 399

11.3.2　电力系统自励磁的频域分析法 400

11.4　同步电机自励磁的判据 401

11.5　关于同步电机自励磁的基本结论 402

11.6　一个双机电力系统自励磁现象的仿真结果及分析 405

11.7　小结 409

参考文献 409

附录A　发生在Mohave电厂的次同步谐振事故 411

附录B　单机对无穷大母线系统SSR模型参数 418

附录C　简化后的我国某大区电网的参数 419

附录D　简化后的我国某大区电网的典型运行工况 421

附录E　某机组180段轴系模型参数 424