现代电力系统分析 第4版PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1 电力系统 1

1.2 印度电力行业 1

1.2.1 背景历史 1

1.3 当代视角 3

1.3.1 差异系数 5

1.3.2 可用性关税 6

1.3.3 负荷预测 10

1.4 电力系统结构 10

1.5 电能的传统来源 12

1.5.1 热电站——蒸汽／燃气为基础 12

1.5.2 核能发电 16

1.5.3 水力发电 21

1.6 磁流体（MHD）发电 23

1.7 地热能源 24

1.8 发电的环境影响 25

1.8.1 大气污染 26

1.8.2 热污染 27

1.8.3 来自架空线的电磁辐射 28

1.8.4 视觉和听觉的影响 28

1.9 可再生能源 28

1.10 太阳能及其利用 30

1.10.1 太阳与太阳能 30

1.10.2 日晒的变化 31

1.10.3 太阳光束和接收面的几何学 32

1.10.4 收集器的最佳方向 32

1.10.5 太阳能的应用 33

1.10.6 太阳热机系统 33

1.10.7 太阳光直接转换转化为电能 34

1.10.8 制造硅光伏电池的主流技术 37

1.10.9 通过SPV（太阳能光伏）电池实现大能量转换 38

1.11 风能 39

1.11.1 风电系统的运行和控制 42

1.11.2 风电场 43

1.12 生物燃料 44

1.13 发电预量、可靠性和可信度 45

1.13.1 发电容量混合 46

1.13.2 负荷管理 47

1.14 储能 47

1.14.1 压缩空气储能 48

1.14.2 热存储 48

1.14.3 蓄电池组 48

1.14.4 氢能系统 48

1.14.5 燃料电池 49

1.15 节 能 50

1.15.1 发电节能 50

1.15.2 工业节能 51

1.15.3 建筑物节能——工业、商业和家庭 51

1.16 印度电力系统的发展 52

1.17 放松管制 54

1.18 分布式和分散发电 55

1.19 电力工程师与电力系统学习 56

1.20 使用计算机和微处理器 56

1.21 印度电力工业面临的问题与它的选择 57

附录1.1 59

附录1.2 59

参考例题 61

思考题 62

选择题 62

参考文献 63

第2章 输电线路的电阻和电感 67

2.1 引言 67

2.2 电感的定义 67

2.3 一个孤立载流导线的磁链 68

2.3.1 内部磁通的磁链 68

2.3.2 导线外部两点间磁通引起的磁链变化 69

2.3.3 外部某点磁通引起的磁链变化 69

2.4 单相双线线路上的电感 70

2.5 导线类型 71

2.6 一个导线组的磁链 72

2.7 复合导线的电感 73

2.8 三相线路的电感 76

2.9 双回三相线路 80

2.10 分裂导线 82

2.11 电阻 83

2.12 趋肤效应和邻近效应 84

2.13 磁场感应 84

2.14 总结 85

思考题 85

选择题 86

参考文献 88

第3章 输电线路的电容 89

3.1 简介 89

3.2 长直导线的电场 89

3.3 一组平行导线中两根平行导体的电位差 89

3.4 双线线路的电容 90

3.5 等间距三相输电线路的电容 91

3.6 非对称间距三相线路的电容 91

3.7 大地对输电线路电容的影响 93

3.7.1 镜像法 93

3.8 GMD方法（改进） 99

3.9 分裂导线 99

3.10 静电感应 100

3.11 总结 100

思考题 100

选择题 101

参考文献 102

第4章 电力系统元件的描述 103

4.1 引言 103

4.2 三相平衡网络的单相表述 103

4.3 单线图和阻抗或电抗图 104

4.4 标幺系统 106

4.4.1 变压器的标幺值表征 107

4.4.2 电力系统的阻抗标幺值图 108

4.5 复功率 110

4.6 同步电机的稳态模型 112

4.6.1 功率因数与功率控制 116

4.6.2 凸极式同步发电机 116

4.6.3 同步发电机的运行图 118

4.7 电力变压器 119

4.8 电力传输 120

4.9 电力系统保护 120

4.10 电力负荷的描述 120

4.11 总结 121

思考题 121

选择题 122

参考文献 123

第5章 输电线路的特点和性能 124

5.1 简介 124

5.2 短输电线路 124

5.2.1 电压调整率 125

5.3 中等距离线路 129

5.3.1 标准T模型 129

5.3.2 标准π型模型 130

5.4 长线路——严格解 131

5.4.1 常数ABCD的求法 133

5.5 长距离线路的等效电路 134

5.6 长线路方程的解释 137

5.7 费兰梯效应 141

5.8 电力线路的调谐 142

5.9 传输线路的功率流 143

5.9.1 功率圆图 150

5.10 控制电压的方法 153

5.10.1 注入无功功率 154

5.10.2 变压器控制 156

5.10.3 通过线路中部升压控制 157

5.10.4 传输线路的补偿 157

5.11 总结 162

思考题 162

选择题 163

参考文献 164

第6章 潮流计算 165

6.1 简介 165

6.2 网络模型的描述 166

6.2.1 YBUS矩阵形式的算法 170

6.3 通过奇异变换生成YBUS 173

6.3.1 图 173

6.3.2 初级网络 174

6.3.3 母线坐标系下的网络变量 174

6.3.4 母线关联矩阵 175

6.4 潮流计算 177

6.4.1 平衡节点 177

6.4.2 PQ节点／负载节点 178

6.4.3 PV节点／发电节点 178

6.4.4 电压可控节点 178

6.4.5 近似潮流计算方法 181

6.5 高斯-赛德尔法 184

6.5.1 潮流计算算法（针对情形Ⅰ） 185

6.5.2 收敛的加速 186

6.6 牛顿-拉夫逊法 191

6.6.1 NR法解潮流 193

6.6.2 迭代算法 196

6.6.3 直角坐标下的潮流修正方程式 201

6.7 解耦潮流法 204

6.7.1 解耦牛顿法 206

6.7.2 快速解耦潮流法 206

6.8 潮流计算方法的比较 210

6.9 电压分布的控制 212

6.9.1 由发电机控制 212

6.9.2 通过无功发生器（同步或静态电容器）控制 212

6.9.3 变压器控制 213

6.10 电力电子控制下的潮流 218

6.10.1 AC-DC潮流 218

6.10.2 变流器模型 220

6.10.3 解算方法 220

6.10.4 顺序法 221

6.11 总结 222

思考题 226

选择题 228

参考文献 229

第7章 电力系统优化运行 231

7.1 概述 231

7.2 单母线发电机组的优化运行 232

7.2.1 发电机运行成本 232

7.3 优化机组组合 240

7.3.1 动态规划法 241

7.4 可靠性的考虑 243

7.4.1 巴顿安全函数 245

7.4.2 安全约束下的机组组合优化 245

7.4.3 考虑机组的启动 246

7.5 最优发电调度 247

7.5.1 由B系数表示的传输损耗 249

7.5.2 传输损耗公式的推导 252

7.5.3 由潮流方程表示的传输损耗 255

7.6 最优潮流计算 257

7.6.1 无不等式约束的潮流优化 259

7.6.2 控制变量的不等式约束 261

7.6.3 因变量的不等式约束 261

7.7 水火混合电力系统的优化调度 262

7.7.1 数学表述 263

7.8 电力系统安全 267

7.8.1 引言 267

7.8.2 电力系统的状态分类 269

7.8.3 安全性分析 269

7.8.4 事故分析建模 270

7.8.5 事故筛选 270

7.9 维修计划 272

7.10 电力系统可靠性 272

7.10.1 电力中断 272

7.10.2 连续马尔可夫过程 273

7.10.3 可靠性规划 274

7.10.4 互联系统 274

7.10.5 复合发电及输电系统 274

7.11 总结 275

思考题 275

选择题 277

参考文献 278

附录7.1 机组组合问题 281

附录7.2 排放调度 287

参考文献 290

第8章 自动发电控制和电压控制 293

8.1 概述 293

8.2 频率控制（单一区域情况） 294

8.2.1 汽轮机调速系统 294

8.2.2 调速系统模型 295

8.2.3 汽轮机模型 296

8.2.4 发电机-负荷模型 296

8.2.5 完整的独立电力系统的频率控制方框图 297

8.2.6 稳态分析 298

8.2.7 动态响应 300

8.2.8 控制区的概念 301

8.2.9 比例积分控制 301

8.3 负荷频率控制和经济调度控制 302

8.4 两区域的负荷频率控制 303

8.5 负荷频率控制（两控制区）的优化 306

8.6 自动电压控制 311

8.7 受爬坡速率约束（GRCS）的负荷频率控制 312

8.8 调速器死区及其对AGC的影响 313

8.9 数字控制器 314

8.9.1 离散控制模型 314

8.10 分散控制 314

8.11 用于AGC的离散积分控制器 315

8.12 重组电力系统中的AGC 315

8.12.1 框图表示 316

8.12.2 非管制环境下的两区域电力系统状态空间模型 318

8.13 总结 321

思考题 321

选择题 322

参考文献 323

第9章 对称故障分析 325

9.1 概述 325

9.2 传输线上的暂态过程 325

9.3 同步电机的短路（空载情况） 327

9.4 带载同步电机的短路 332

9.4.1 应用戴维南定理计算短路（SC）电流 334

9.5 断路器的选择 335

9.6 短路计算的算法 339

9.7 阻抗矩阵ZBUS建立 342

9.7.1 通过建立导纳阵YBUS 342

9.7.2 电流注入技术 342

9.7.3 ZBUs建立的算法 343

9.8 总结 348

思考题 348

选择题 351

参考文献 352

第10章 对称分量法 353

10.1 概述 353

10.2 对称分量变换 353

10.2.1 功率恒定 356

10.3 Y-△变压器的相移 357

10.4 输电线路的序阻抗 358

10.5 电力系统的序阻抗和序网络 360

10.6 同步电机的序阻抗和序网络 360

10.6.1 正序阻抗和网络 361

10.6.2 负序阻抗和网络 361

10.6.3 零序阻抗和网络 362

10.6.4 同步发电机的序阻抗的值 362

10.7 传输线的序阻抗 363

10.8 变压器的序阻抗和序网络 363

10.9 电力系统中的序网络的构造 365

10.10 小结 367

思考题 367

选择题 369

参考文献 370

第11章 不对称故障分析 371

11.1 概述 371

11.2 不对称故障的对称分量分析 371

11.3 单相接地故障 372

11.3.1 带载条件下的故障分析 373

11.4 两相短路故障 374

11.5 两相接地故障 375

11.6 断线故障 381

11.6.1 两相断线 381

11.6.2 单相断线 382

11.7 利用节点阻抗矩阵法分析不对称故障 383

思考题 389

选择题 392

参考文献 393

第12章 电力系统稳定性 394

12.1 引言 394

12.1.1 电力系统稳定性的分类 394

12.1.2 可靠性、安全性与稳定性的关系 396

12.2 同步发电机的动态特性 398

12.2.1 多机系统 400

12.2.2 电机运动同步性 400

12.3 功角方程 401

12.3.1 简化的电机模型 402

12.3.2 功角曲线 402

12.4 节点消去技术 404

12.4.1 星角变换 405

12.4.2 戴维南等效 405

12.4.3 节点消除技术 405

12.5 简单系统 408

12.5.1 连接无限大母线的电机 408

12.5.2 两机系统 408

12.6 静态稳定 409

12.6.1 关于静态稳定的总结 412

12.7 暂态稳定 412

12.8 等面积法则 414

12.8.1 机械功率突变 415

12.8.2 故障切除时间对稳定性的影响 416

12.8.3 一回输电线路突然消失 417

12.8.4 一条线路突然短路 418

12.9 运动方程的数值解法 423

12.9.1 持续故障 426

12.10 多机系统稳定性 428

12.10.1 故障前节点矩阵 435

12.10.2 故障期间节点矩阵 435

12.10.3 故障后节点矩阵 436

12.10.4 摇摆方程的数字计算机解法 437

12.10.5 考虑自动调压器和调速环 437

12.10.6 运动方程的状态方程 438

12.10.7 运用改进欧拉方法计算摇摆曲线的计算机算法 438

12.10.8 大系统的稳定性研究 439

12.11 影响暂态稳定的因素 439

12.11.1 近期趋势 440

12.12 总结 445

思考题 445

选择题 446

参考文献 447

第13章 电力系统暂态过程 449

13.1 介绍 449

13.2 系统暂态过程分类 449

13.2.1 浪涌现象 449

13.2.2 短路现象 450

13.2.3 暂态稳定 450

13.3 浪涌行波和传播 450

13.3.1 电流解 451

13.3.2 结论的物理解释 452

13.3.3 行波的反射与折射 452

13.3.4 T型连接点的反射与折射 454

13.3.5 线路与集总电抗连接 455

13.3.6 串联电感 456

13.3.7 行波的衰减和失真 457

13.3.8 行波电压的测定 458

13.4 输电线路过电压的产生 460

13.4.1 谐振过电压 461

13.4.2 操作过电压 461

13.4.3 雷击过电压 461

13.5 输电线路防雷保护 463

13.5.1 使用屏蔽线或地线的保护 463

13.6 电力系统设备的防浪涌冲击保护 464

13.6.1 浪涌吸收器 464

13.6.2 浪涌分流器（避雷器） 464

13.7 绝缘配合 466

13.7.1 基本绝缘水平 466

13.7.2 临界闪络电压 466

13.7.3 脉冲率 466

13.7.4 标准脉冲测试波 467

13.7.5 电压时间特性曲线 467

13.7.6 设备的BIL 467

13.7.7 绝缘配合 468

13.7.8 避雷器相对于变压器的位置 469

13.7.9 基于波形的绝缘配合 469

13.8 雷电现象 469

13.8.1 威尔逊电荷分离原理 470

13.8.2 辛普森和Scarse学说 470

13.8.3 雷击的机理 470

13.9 中性点接地 471

13.9.1 中性点接地方式 472

13.10 总结 473

思考题 473

选择题 474

参考文献 475

第14章 高压直流（HVDC）输电 476

14.1 概述 476

14.2 换流器基础 476

14.2.1 晶闸管（阀） 476

14.2.2 晶闸管换流器 477

14.2.3 晶闸管等级 478

14.2.4 谐波 478

14.3 直流线路的种类（输电方式） 479

14.4 高压直流（HVDC）输电系统的结构 480

14.4.1 谐波 481

14.4.2 无功功率的需求 481

14.5 HVDC控制原理 481

14.6 经济考量 482

14.7 HVDC的应用 483

14.8 HVDC系统的优缺点 484

14.9 三相桥式换流器的性能 485

14.10 整流器 485

14.11 逆变器 487

14.12 HVDC中的几种典型断路器 491

14.12.1 AC-DC线路 491

14.12.2 多极直流线路 491

14.13 近期前沿 492

14.13.1 现有交流线路的改造 492

14.13.2 近期印度的HVDC工程 492

14.13.3 直流电抗器 492

14.14 未来发展趋势 492

14.15 总结 493

思考题 493

选择题 493

参考文献 494

第15章 电力系统安全分析 495

15.1 引言 495

15.2 系统状态分类 496

15.2.1 电力系统的运行状态 497

15.3 安全分析 498

15.3.1 预想事故分析的建模 499

15.3.2 预想事故筛选 499

15.4 预想事故分析 500

15.5 灵敏度因子 504

15.6 电力系统的电压稳定性 507

15.6.1 控制和防止电压不稳定的有效措施 509

15.6.2 电压崩溃 510

15.6.3 提高电压稳定性的方法 510

15.6.4 未来趋势和挑战 510

15.7 总结 511

选择题 511

参考文献 513

第16章 电压稳定性 514

16.1 引言 514

16.1.1 小扰动电压稳定性 514

16.1.2 电压稳定性 514

16.1.3 电压崩溃 514

16.2 功角与电压稳定性的比较 515

16.2.1 电压稳定性研究 515

16.2.2 静态电压分析 515

16.2.3 一些应对措施 515

16.3 无功功率潮流与电压崩溃 516

16.4 电压稳定性问题的数学方程 516

16.4.1 电压稳定性的其他准则 518

16.5 电压稳定性分析 519

16.5.1 各种电力系统元件的建模要求 519

16.5.2 发电机及其励磁控制 519

16.5.3 动态分析 519

16.5.4 静态分析 520

16.5.5 临近不稳定 520

16.5.6 使用模型分析法的电压稳定性评估 520

16.5.7 连续潮流分析法 524

16.5.8 高压直流线路下的电压稳定性 525

16.6 预防电压崩溃 525

16.7 目前的技术发展水平、未来趋势及挑战 525

16.8 小结 529

选择题 529

参考文献 530

附录A 531

第17章 电力系统的状态估计入门 534

17.1 引言 534

17.2 最小二乘估计：基本算法［7-9］ 534

17.2.1 加权LSE 536

17.2.2 非线性测量 537

17.3 电力系统的静态状态估计［10 12］ 539

17.3.1 唯注入算法（节点注入状态估计法） 540

17.3.2 唯支路算法（支路潮流状态估计法） 542

17.4 电力系统的跟踪状态估计［16］ 543

17.5 计算的一些注意事项 543

17.5.1 网络可观测性［17］ 543

17.5.2 病态问题 543

17.6 外部系统等值［20］ 544

17.7 不良数据的处理［21 22］ 544

17.7.1 不良数据检测［23］ 545

17.7.2 不良数据的辨识［23］ 545

17.7.3 不良数据的抑制［24］ 545

17.8 网络可观测性及伪测量 546

17.9 电力系统状态估计的应用 547

拓展阅读 548

思考题 548

选择题 549

参考文献 551

第18章 电力系统中的补偿 553

18.1 引言 553

18.2 载荷能力 553

18.2.1 负荷补偿 554

18.2.2 线路补偿 554

18.3 补偿 555

18.3.1 串联补偿 555

18.3.2 并联补偿 556

18.4 柔性交流输电系统（FACTS） 556

18.4.1 并联补偿器 558

18.4.2 串联补偿器 558

18.4.3 串并联混合补偿器 558

18.4.4 晶闸管控制的串联电容器（TCSC） 560

18.4.5 静止同步补偿器（STATCOM） 562

18.4.6 静止串联同步补偿器（SSSC） 562

18.4.7 统一潮流控制器（UPFC） 562

18.5 其他FACTS装置 563

18.6 STATCOM和SVC之间的比较 563

18.6.1 串、并联补偿器之间的比较 564

18.7 FACTS装置的性能 564

18.8 UPFC和SVC装置的费用比较 565

18.9 FACTS装置的等效电路 566

18.10 FACTS的应用与益处 566

18.10.1 FACTS控制器在配电系统中对于提高电能质量的应用 566

18.10.2 功率因数（PF）和THD 568

18.11 总结 568

选择题 569

参考文献 570

第19章 负荷预测技术 572

19.1 前言 572

19.2 预测方法 573

19.3 平均值与趋势因子的估计 573

19.3.1 更多的一般形式模型 575

19.4 周期成分的估计 575

19.5 ys（k）的估计：时间序列法 576

19.5.1 自回归（AR）模型 576

19.5.2 自回归滑动平均模型（Auto-Regressive Moving-Average Models） 576

19.6 随机分量的估计：卡尔曼滤波法 577

19.6.1 应用于短期预测 577

19.6.2 即时非平稳态负荷预测技术 579

19.7 利用计量经济模型进行长期负荷预测 579

19.8 无功负荷预测 579

19.9 总结 580

19.9.1 未来发展趋势 580

思考题 580

选择题 581

参考文献 582

附录A向量与矩阵代数的介绍 583

附录B电路常量概述 592

附录C矩阵三角分解与最优排序 598

附录D电力系统雅可比矩阵的元素 603

附录E Kuhn-Tucker定理 605

附录F电力系统的计算机实时控制 607

附录G智能电网特性 611

附录H MATLAB与Simulink介绍 621

附录I变电站 654

附录J负荷潮流计算方法的收敛性 657

附录K电能质量：概述 660

附录L电力系统通信的最新发展趋势 668

附录M电力系统的重组和放松管制 672

附录N电力系统可靠性研究 680

附录O废气排放控制 686

附录P发电机组检修计划 695

附录1.1 701

习题答案 704

选择题答案 711