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