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目录 1

序言 1

前言 1

第1章　绪论 1

1.1　我国电网发展规划中的几个重要理论问题 1

1.1.1　同步电网的最佳规模问题 2

1.1.2　交流和直流在全国联网和西电东送中的作用与定位 3

1.1.3　多直流落点可能造成的问题 5

1.1.4　对电网的划分问题 6

1.2　电力系统仿真工具概述 7

1.3　直流输电技术的新发展 8

1.3.1　传统直流输电的新发展 9

1.3.2　基于电压源换流器的新型高压直流（VSC-HVDC）输电系统 12

参考文献 13

第2章　交流输电系统的输送能力分析 15

2.1 引言 15

2.2　交流输电系统的数学模型 15

2.3　限制交流输电系统输送能力的基本因素 17

2.3.1　交流输电系统的功角稳定性问题 18

2.3.2　交流输电系统的电压和无功控制问题 18

2.4　根据功角稳定性条件决定交流线路输送能力 19

2.4.1　并联电抗补偿对输送能力的影响 20

2.4.2　串联电容补偿对输送能力的影响 21

2.5　交流输电线路的输送能力与所消耗无功及线路两端相角差的关系 22

2.5.1　线路两端取不同电压值时输送能力与所消耗无功及线路两端相角差的关系 27

2.6　应用实例 29

2.5.2　电力系统电压崩溃及其相关现象的机理分析 29

参考文献 30

第3章　直流输电系统中换流器的稳态数学模型 31

3.1　变量定义及假设条件 31

3.2　换流器的稳态数学模型和等效电路 33

3.3　换流器稳态数学模型的一种近似描述 34

3.4　换流器稳态模型计算示例 34

参考文献 35

第4章　直流输电控制系统的数学模型及其响应特性 36

4.1　直流输电系统的基本控制手段与可控性分析 36

4.2　直流输电控制系统的分层结构 37

4.3.1　功率调制和快速功率变化控制模块 38

4.3.2　直流电流指令计算模块 38

4.3　直流输电主控制级控制功能 38

4.4　直流输电极控级控制功能 39

4.4.1　直流电流调制 39

4.4.2　低压限流环节（VDCOL） 40

4.4.3　电流偏差控制 42

4.4.4　定电流控制器 42

4.4.5　定关断角控制器 43

4.4.6　定电压控制器 44

4.5　直流输电的阀组控制功能 44

4.6　CIGRE直流输电标准测试系统控制器的结构、参数和静态特性分析 44

4.6.1　CIGRE直流输电标准测试系统控制器的结构与参数 44

4.6.2　CIGRE直流输电标准测试系统控制器的稳态响应特性分析 48

参考文献 50

5.1　交直流电力系统潮流计算中的换流器标幺值方程 52

第5章　交直流电力系统潮流计算方法 52

5.2　交直流电力系统潮流计算的数学模型 53

5.3　交直流电力系统潮流计算的Newton-Raphson法 54

5.3.1　整流侧定电流控制和逆变侧定电压控制 55

5.3.2　整流侧定电流控制和逆变侧定关断角控制 56

5.4　交直流系统潮流计算的快速解耦算法 57

5.4.1　整流侧定电流控制和逆变侧定电压控制 57

5.4.2　整流侧定电流控制和逆变侧定关断角控制 58

5.5　交直流电力系统潮流计算示例 58

参考文献 60

第6章　直流输电系统的输送能力分析 61

6.1　引言 61

6.2　交直流系统相互作用的数学模型 61

6.4　模型系统的运行特性分析 62

6.3　短路比的定义 62

6.5　输送功率极限与短路比的关系 64

参考文献 66

第7章　换流站交流母线的静态电压稳定性分析 67

7.1　模型系统及电压稳定判据 67

7.2　VSI的计算方法 67

7.3　各种控制方式下的VSI计算示例 69

7.3.1　整流侧定电流逆变侧定关断角控制 69

7.3.2　整流侧定电流逆变侧定电压控制 70

7.3.3　VSI与SCR的关系 70

参考文献 71

8.2　影响短时过电压大小的两个主要因素 72

8.1 引言 72

第8章　直流输电换流站的短时过电压分析 72

8.3　引起短时过电压的故障和操作 74

8.3.1　保护动作闭锁换流器 74

8.3.2　直流线路故障 74

8.3.3　交流系统故障 74

8.3.4　常规操作 74

8.4　与换流站相连的发电机的自励磁问题 75

8.5　短时过电压的限制措施 75

参考文献 75

第9章　交直流电力系统中谐波的产生和变换特性分析 76

9.1　交流电动势畸变时直流侧的谐波特性简化分析 76

9.2　交流电动势畸变时直流侧谐波特性的数字仿真分析 78

9.3　换流器频率变换特性的解析方法——开关函数法 79

9.4　从交流侧到直流侧的频率变换关系 81

9.5　从交流侧到直流侧的频率变换函数的性态分析 82

9.6　从直流侧到交流侧的频率变换关系 82

9.7　交流系统基频不同时直流系统的谐波特性分析 83

9.8　交流系统基频不同时直流系统的谐波特性数字仿真分析 84

9.9　直流输电系统的谐波稳定性问题与分析方法 85

参考文献 87

第10章 交直流电力系统电磁暂态与机电暂态数字仿真中的初始化问题 88

10.1 引言 88

10.2　发电机及其控制器的初始化问题 88

10.3　直流输电系统的初始化问题 89

参考文献 90

10.5　负荷的初始化问题 90

10.4　输电线路的初始化问题 90

第11章 交直流电力系统电磁暂态数字仿真 91

11.1　交直流电力系统电磁暂态数字仿真的实现途径 91

11.2　用于模型离散化的常用数值积分公式及其特点 92

11.3　集中参数元件的离散化伴随模型 93

11.4　集中参数多相输电线路的离散化伴随模型 95

11.5　分布参数单根无损线的Bergeron模型 95

11.6　分布参数单根小损耗线路的Dommel模型 97

11.7　分布参数多相耦合输电线路的K.C.Lee模型 98

11.8　分布参数多相耦合输电线路的扩展Bergeron模型 101

11.9　输电线路电磁暂态计算示例 103

11.10　交直流电力系统电磁暂态仿真的拓扑分块并行算法 105

11.10.1　分块交接变量方程的形成 107

11.10.2　系统交接变量方程的形成和求解 108

11.11　CIGRE直流输电标准测试系统的暂态响应特性计算示例 110

11.11.1　整流侧交流系统故障时的暂态响应特性 110

11.11.2　逆变侧交流系统故障时的暂态响应特性 111

参考文献 113

第12章　交直流电力系统机电暂态数字仿真 114

12.1 交直流电力系统机电暂态仿真的基本原理 114

12.2　直流输电系统的响应特性模型 114

12.2.1 直流输电系统响应特性模型示例 116

12.2.2　关于响应特性模型合理性的几点说明 117

12.3　直流输电系统的详细模型 117

12.3.1　导致逆变器换相失败的因素分析 118

12.3.2　直流输电系统动态响应特性的详细模拟示例 122

12.5　机电暂态仿真中与发电机模拟相关的几个问题 123

12.5.1　发电机转子运动方程中D系数的意义和取值原则 123

12.4　交直流电力系统机电暂态仿真程序的局限性 123

12.5.2　关于原动机和调速器的模拟问题 124

12.5.3　关于励磁系统的数学模型和参数整定问题 124

参考文献 127

第13章 电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真 128

13.1　问题的提出 128

13.2　混合仿真的原理 128

参考文献 129

第14章　电力系统的小信号模型 130

14.1　问题的提出 130

14.4　直流输电系统的小信号模型 131

14.2　发电机的小信号模型 131

14.3　电力网络的小信号模型 131

14.5　负荷的小信号模型 133

第15章　交直流电力系统的低频振荡分析 134

15.1　引言 134

15.2　低频振荡的主要分析方法 134

15.3　用特征值分析法分析中国南方电网低频振荡特性示例 135

15.3.1　无PSS和直流调制时南方电网的低频振荡特性 135

15.3.2　加PSS后南方电网的低频振荡特性 137

15.4　测试信号法的基本原理 139

15.4.1　模态辨识基本概念 139

15.4.2　机械导纳的定义 140

15.4.3　机械导纳特性 140

15.4.4　通过时域仿真计算机械导纳 141

15.4.5　单机无穷大母线（OMIB）系统计算示例 142

15.4.6　多机系统计算示例 143

15.5　基于测试信号法的多机系统PSS设计 144

15.6　基于测试信号法的直流小信号调制器参数整定 147

15.6.1　基本原理 147

15.6.2　计算示例分析 149

15.6.3　加直流小信号调制后南方电网的低频振荡特性 152

15.7　Prony分析法 153

15.7.1　Prony分析法的基本原理 153

15.7.2　计算示例 155

参考文献 155

16.2　由直流输电引起的次同步振荡问题的机理分析 157

第16章 交直流电力系统的次同步振荡问题分析 157

16.1　电力系统中的次同步振荡问题概述 157

16.2.1　何种情况下应该考虑由直流输电引起的次同步振荡 158

16.2.2　何种情况下可以不考虑由直流输电引起的次同步振荡 158

16.3　评估直流输电是否会引起SSO的一种初步方法——机组作用系数法 158

16.4　电力系统机组间扭振相互作用特性 160

16.4.1　电气耦合对机组轴系扭振特性的影响 160

16.4.2　机组扭振自然频率与机组扭振相互作用的关系 162

16.4.3　适用于SSO研究的系统简化基本原则 162

16.5　复转矩系数法的适用范围分析 164

16.5.1　复转矩系数法 164

16.5.2　复转矩系数法的基本前提 164

16.5.4　复转矩系数法的应用及判断次同步振荡稳定性的准则 165

16.5.3　复转矩系数法不适用于多机系统的原因 165

16.6　复转矩系数法的时域仿真实现——测试信号法 166

16.6.1　应用测试信号法研究IEEE SSR第一标准测试系统示例 167

16.6.2　应用测试信号法研究次同步频率范围电气阻尼系数的灵敏度 172

16.6.3　测试信号法计算结果与特征值分析结果的比较 174

16.7　关于几种SSO分析方法的评述 175

16.8　HVDC对发电机次同步振荡阻尼特性的影响 176

16.8.1 与整流站相连的发电机组的SSO阻尼特性 176

16.8.2　与逆变站相连的发电机组的SSO阻尼特性 179

16.9　多直流落点系统中的发电机SSO阻尼特性分析 180

16.9.1　综合机组作用系数的概念 180

16.9.2　综合机组作用系数有效性的测试信号法验证 181

16.10.1　待研究的交直流系统模型 184

16.10.2　与整流站相连的发电机组阻尼特性 184

16.10　串联补偿与直流输电共存时发电机的次同步振荡阻尼特性分析 184

16.9.3　综合机组作用系数对多直流落点系统的应用 184

16.10.3　与逆变站相连的发电机组的阻尼特性 186

16.11 由直流输电引起的次同步振荡的抑制措施 187

16.12　新型直流输电对发电机组次同步振荡阻尼特性的影响 189

16.13　TCSC对发电机组次同步振荡阻尼特性的影响 189

16.13.1　待研系统模型 189

16.13.2　仿真结果及其分析 192

16.14　SVC对发电机组次同步振荡阻尼特性的影响 196

16.14.1　测试系统及SVC的时域仿真模型 196

16.14.2　仿真结果及其分析 196

参考文献 200

附录　CIGRE直流输电第一标准测试系统的结构与参数 202