动态电力系统的理论和分析PDF电子书下载

上篇 电力系统元件数学模型 1

1 同步电机数学模型 1

1.1 abc 坐标下的有名值方程 1

1.1.1 理想电机 1

1.1.2 电压方程 3

1.1.3 磁链方程 3

1.1.4 功率、力矩及转子运动方程 6

1.1.5 小结 8

1.2 派克变换 8

1.2.1 经典派克变换 8

1.2.2 正交派克变换 14

1.3.1 电压方程 15

1.3 dq0坐标下的有名值方程 15

1.3.2 磁链方程 16

1.3.3 功率、力矩及转子运动方程 18

1.3.4 小结 19

1.4 同步电机标幺制 20

1.4.1 引言 20

1.4.2 各绕组的基值 21

1.4.3 确保标幺值互感可逆的约束(第一约束) 22

1.4.4 保留传统的标幺电机参数的约束(第二约束) 25

1.4.5 标幺值计算实例 27

1.5 dq0坐标下的标幺值方程 29

1.5.1 电压方程 29

1.5.2 磁链方程 30

1.5.3 功率、力矩及转子运动方程 33

1.5.4 算例 37

1.6 d 轴和 q 轴等值电路、运算电抗及实用参数 39

1.6.1 q 轴等值电路、运算电抗及实用参数 39

1.6.2 d 轴等值电路、运算电抗及实用参数 41

1.7 同步电机实用模型 45

1.7.1 引言 45

1.7.2 三阶实用模型 46

1.7.3 五阶实用模型 52

1.7.4 二阶模型 56

1.8 小结 59

2 励磁系统数学模型 61

2.1 引言 61

2.2 直流励磁机数学模型 62

2.2.1 励磁机基本方程 63

2.2.2 励磁机有名值传递函数导出 64

2.2.3 标幺值传递函数导出 65

2.3 交流励磁机数学模型 67

2.4 典型励磁系统数学模型 69

2.5 小结 71

3 原动机及调速器数学模型 72

3.1 引言 72

3.2 原动机数学模型 72

3.2.1 汽轮机数学模型 72

3.2.2 水轮机数学模型 74

3.3 典型调速器数学模型 76

3.3.1 水轮机调速器数学模型 76

3.3.2 汽轮机调速器数学模型 78

3.4 小结 80

4 负荷数学模型 81

4.1 引言 81

4.2 负荷静态模型 81

4.3 负荷动态模型 83

4.3.1 考虑到感应电动机机械暂态过程的负荷动态模型 83

4.3.2 考虑到感应电动机机电暂态过程的负荷动态模型 85

4.3.3 考虑到感应电动机电磁暂态过程的负荷动态模型 87

4.4 小结 89

5.2 输电线路准稳态模型 90

5.2.1 abc 相坐标准稳态模型 90

5.1 引言 90

5 网络元件数学模型 90

5.2.2 012对称分量准稳态模型 92

5.2.3 xy 同步坐标实数域的准稳态模型 94

5.3 输电线路电磁暂态模型 94

5.3.1 abc 相坐标电磁暂态模型 95

5.3.2 dq 旋转坐标电磁暂态模型 95

5.3.3 xy 同步坐标电磁暂态模型 97

5.4 变压器准稳态模型 97

5.5 变压器电磁暂态模型 100

5.5.1 abc 相坐标电磁暂态模型 101

5.5.2 xy 同步坐标电磁暂态模型 101

5.5.3 变压器接线对电磁暂态模型的影响 103

5.6 小结 105

6.1 引言 106

6 直流输电系统数学模型 106

6.2 整流器的工作原理及数学模型 107

6.3 逆变器的工作原理及数学模型 110

6.4 双端直流输电系统的数学模型 112

6.5 直流系统的基本调节方式 115

6.6 小结 117

7 静止无功补偿器数学模型 118

7.1 引言 118

7.2 TCR 的工作原理和数学模型 119

7.3 静止无功电源 SVG 的工作原理和数学模型 121

7.3.1 SVG 的工作原理与电流电压波形 121

7.3.2 SVG 的准稳态数学模型 126

7.4 小结 131

8.1 引言 135

下篇 动态电力系统理论与分析 135

8 时域仿真法暂态稳定分析 135

8.2 简化模型时域仿真法暂态稳定分析 136

8.3 发电机节点的处理和机网接口计算 140

8.3.1 考虑凸极效应的直接解法 141

8.3.2 考虑凸极效应的迭代解法 143

8.4 负荷节点处理 145

8.5 常微分方程的数值解法 147

8.5.1 基本概念 147

8.5.2 改进欧拉法 152

8.5.3 隐式梯形积分法 154

8.6 网络操作与故障处理 156

8.7 基于改进欧拉法和迭代解法的暂态稳定分析 162

8.8 基于隐式梯形积分法的暂态稳定分析 166

8.8.1 发电机转子运动方程 168

8.8.2 发电机转子绕组暂态方程 169

8.8.3 发电机定子绕组电压方程 169

8.8.4 原动机和调速器微分方程 170

8.8.5 励磁系统微分方程 173

8.8.6 动态负荷基本方程 174

8.9 时域仿真法暂态稳定分析的研究动向 178

8.10 小结 180

9 电力系统暂态能量函数法暂态稳定分析 181

9.1 引言 181

9.2 单机无穷大系统的直接法暂态稳定分析 182

9.3.1 同步坐标下的暂态能量函数和临界能量 185

9.3 多机系统直接法暂态稳定分析的数学模型 185

9.3.2 惯量中心(COI)坐标下的暂态能量函数和临界能量 188

9.4 相关不稳定平衡点法(RUEP)暂态稳定分析 191

9.5 势能边界面法(PEBS)暂态稳定分析 194

9.6 扩展等面积法(EEAC)暂态稳定分析 199

9.7 综合法直接暂态稳定分析 204

9.8 李雅普诺夫直接法及李雅普诺夫函数 208

9.9 结构保留模型的直接暂态稳定分析 210

9.10 直接法的研究动向 214

9.11 小结 215

10 电力系统静态稳定分析的基本概念与方法 216

10.1 引言 216

10.2 单机无穷大系统的功角静态稳定 216

10.3 单负荷无穷大系统的电压静态稳定 221

10.4 复杂系统静稳功率极限的实用计算法 225

10.5 复杂系统临界电压的实用计算法 226

10.6 多机系统静态稳定性分析 228

10.6.1 多机系统静态稳定分析数学模型 229

10.6.2 多机系统静态稳定分析 232

10.7 小结 234

11 电力系统动态稳定分析的基本概念与方法 235

11.1 引言 235

11.2 单机无穷大系统的线性化模型 235

11.3 多机系统的线性化模型 239

11.4 多机系统动态稳定分析的特征分析法 252

11.4.1 特征根和特征向量的物理意义和数学性质 253

11.4.3 特征根和机电回路的相关比 256

11.4.2 特征根与状态变量的相关性——相关因子 256

11.4.4 特征根对参数变化的灵敏度 257

11.4.5 多机系统动态稳定分析的步骤 258

11.5 小结 259

12 电力系统低频振荡 260

12.1 引言 260

12.2 单机无穷大系统的低频振荡 260

12.2.1 发电机采用经典二阶模型时系统的低频振荡 260

12.2.2 发电机采用三阶实用模型、计及励磁系统动态时系统的低频振荡 262

12.3 多机系统低频振荡的数学模型及特征分析法 266

12.3.1 多机系统低频振荡特征根的特点 266

12.3.2 多机系统低频振荡的数学模型及特征分析法 268

12.4.1 SMA 法的基本原理 270

12.4 低频振荡分析的选择模式分析法 270

12.4.2 SMA 法特征根和特征向量的计算 272

12.4.3 SMA 法中相关因子、机电回路相关比及特征根灵敏度计算 276

12.5 低频振荡分析的自激法 279

12.5.1 自激法的原理 279

12.5.2 多机系统自激法分析的数学模型 283

12.5.3 自激法的主要优缺点 286

12.6 低频振荡的对策及 PSS 设计简介 287

12.6.1 单机无穷大系统的 PSS 设计 287

12.6.2 基于 SMA 法的 PSS 设计 289

12.6.3 基于自激法的 PSS 设计 291

12.7 小结 291

13.1 引言 292

13 电力系统的次同步振荡及轴系扭振 292

13.2 多质块弹性轴系 293

13.2.1 双质块弹性轴系及扭振自然频率 293

13.2.2 多质块轴系模型 294

13.2.3 多质块轴系模式的解耦 295

13.3 感应发电机效应 298

13.4 机电扭振互作用 300

13.5 暂态力矩放大作用 303

13.6 装置引起的次同步振荡 304

13.7 简单系统中串补电容引起 SSO 的数学模型 310

13.8 多机系统 SSO 的线性化数学模型 314

13.8.1 状态方程形式的系统数学模型 314

13.8.2 扫频-复数力矩系数法 SSO 的分析数学模型 320

13.9 SSO 的分析方法简介 323

13.10 抑制 SSO 的对策与 SSO 监护简介 327

13.10.1 抑制 SSO 的对策 327

13.10.2 SSO 的监护 328

13.11 小结 329

14 电力系统动态等值 330

14.1 引言 330

14.2 同调等值法 331

14.2.1 同调机组判别 331

14.2.2 同调发电机母线的化简 335

14.2.3 网络化简 339

14.2.4 同调发电机的动态聚合 340

14.2.5 同调等值法的计算步骤 346

14.3 模式等值法 347

14.4 估计等值法简介 348

14.5 小结 349

15 交直流输电系统分析 350

15.1 交直流输电系统潮流计算 350

15.2 交直流输电系统暂态稳定分析 353

15.3 小结 356

附录Ⅰ 同步电机定子各相绕组的自感及互感系数 357

附录Ⅱ 同步电机电磁力矩计算公式 359

附录Ⅲ 同步电机实用四阶模型 361

附录Ⅳ 同步电机实用六阶模型 364

附录Ⅴ 矩阵特征值的 QR 算法 368

参考文献 389