動態(tài)電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制
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本書為全國電力行業(yè)十四五規(guī)劃教材,新型電力系統(tǒng)系列教材。本書系統(tǒng)地敘述了電力系統(tǒng)各元件的動態(tài)模型、穩(wěn)定性的機理和控制措施。全書內(nèi)容共17章。第1章介紹了電力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和動態(tài)特性;第2章闡述了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念與分類;第3~9章介紹電力系統(tǒng)動態(tài)分析中常用元件的數(shù)學模型,包括同步發(fā)電機組動態(tài)數(shù)學模型、新能源發(fā)電單元模型、新能源場站動態(tài)等值模型、交流網(wǎng)絡(luò)元件模型、柔性交流輸電裝備模型、高壓直流輸電系統(tǒng)模型、負荷模型;第10~17章闡述了電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性,次同步振蕩與軸系扭振,新型電力系統(tǒng)次/超同步振蕩,新型電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性,電力系統(tǒng)失步解列控制。本書力求突出電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的物理本質(zhì),對新能源并網(wǎng)系統(tǒng)新型穩(wěn)定形態(tài)和電力系統(tǒng)各類穩(wěn)定問題的分析與控制進行了充分論述。
本書緊跟前沿熱點,將新技術(shù)等融入教材,更符合高校人才培養(yǎng)
華北電力大學電氣學院
第1章 電力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和動態(tài)特性1.1 電力系統(tǒng)的發(fā)展歷史 1.2 電力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 1.3 電力系統(tǒng)的動態(tài)特性第2章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念與分類 2.1 基本概念和定義 2.2 穩(wěn)定性的分類 2.2.1 角度穩(wěn)定性2.2.2 電壓穩(wěn)定性2.2.3 頻率穩(wěn)定性 2.3 本章小結(jié) 第3章 同步發(fā)電機組動態(tài)數(shù)學模型 3.1 引言3.2 同步發(fā)電機模型 3.2.1 同步發(fā)電機的基本方程 3.2.2 功率、力矩及轉(zhuǎn)子運動方程 3.3 勵磁系統(tǒng)模型 3.3.1 勵磁系統(tǒng)動態(tài)模型3.3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型3.4 原動機及調(diào)速系統(tǒng)模型 3.4.1 原動機模型3.4.2 調(diào)速系統(tǒng)模型 3.4.3 超速保護控制模型3.5 本章小結(jié)第4章 新能源發(fā)電單元模型4.1 引言 4.2 雙饋風電機組模型 4.3 直驅(qū)風電機組模型 4.4 光伏發(fā)電單元模型 4.5 本章小結(jié)第5章 新能源場站動態(tài)等值模型5.1 引言 5.2 風電機組分群算法 5.3 群內(nèi)等值參數(shù)辨識方法 5.3.1 基于參數(shù)辨識的控制器參數(shù)等值方法5.3.2 風電場其他參數(shù)等值方法5.3.3 風電場動態(tài)等值步驟5.4 本章小結(jié) 第6章 交流網(wǎng)絡(luò)元件模型 6.1 引言 6.2 交流線路準穩(wěn)態(tài)模型6.2.1 abc相坐標準穩(wěn)態(tài)模型 6.2.2 xy同步坐標實數(shù)域準穩(wěn)態(tài)模型 6.3 交流線路電磁暫態(tài)模型 6.3.1 abc相坐標電磁暫態(tài)模型6.3.2 dq旋轉(zhuǎn)坐標電磁暫態(tài)模型 6.3.3 xy同步坐標電磁暫態(tài)模型 6.4 變壓器準穩(wěn)態(tài)模型 6.5 變壓器電磁暫態(tài)模型 6.5.1 abc相坐標電磁暫態(tài)模型 6.5.2 xy同步坐標電磁暫態(tài)模型6.6 本章小結(jié) 第7章 柔性交流輸電裝備模型7.1 引言 7.2 靜止無功補償器模型 7.2.1 SVC簡介 7.2.2 SVC工作原理與數(shù)學模型 7.3 靜止同步補償器模型 7.3.1 STATCOM簡介 7.3.2 STATCOM工作原理與數(shù)學模型7.4 靜止同步串聯(lián)補償器模型7.4.1 SSSC簡介 7.4.2 SSSC工作原理與數(shù)學模型7.5 晶閘管控制串聯(lián)電容器模型7.5.1 TCSC簡介 7.5.2 TCSC工作原理與數(shù)學模型 7.6 統(tǒng)一潮流控制器模型 7.6.1 UPFC簡介 7.6.2 UPFC工作原理與數(shù)學模型 7.7 本章小結(jié) 第8章 高壓直流輸電系統(tǒng)模型8.1 引言 8.2 常規(guī)直流輸電模型 8.2.1 LCC-HVDC系統(tǒng)的動態(tài)模型 8.2.2 換流器模型8.2.3 交直流系統(tǒng)模型 8.2.4 控制系統(tǒng)模型 8.3 柔性直流輸電模型 8.3.1 兩電平VSC-HVDC系統(tǒng)的動態(tài)模型8.3.2 MMC-HVDC系統(tǒng)的動態(tài)模型8.4 本章小結(jié) 第9章 負荷模型9.1 引言9.2 負荷靜態(tài)模型9.2.1 多項式模型 9.2.2 冪函數(shù)模型 9.3 負荷動態(tài)模型 9.3.1 機理式負荷動態(tài)模型9.3.2 非機理式負荷動態(tài)模型 9.4 綜合負荷模型9.4.1 感應(yīng)電動機并聯(lián)恒阻抗模型9.4.2 感應(yīng)電動機并聯(lián)ZIP模型9.4.3 考慮配電網(wǎng)支路的綜合負荷模型9.4.4 綜合負荷模型參數(shù)獲取方法9.5 本章小結(jié) 第10章 電力系統(tǒng)小干擾功角穩(wěn)定性分析與控制10.1 引言 10.2 動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念10.2.1 狀態(tài)的概念10.2.2 平衡點 10.2.3 動態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性10.3 李雅普諾夫第一法10.4 系統(tǒng)方程的線性化 10.5 狀態(tài)矩陣的特征行為 10.5.1 模態(tài)矩陣10.5.2 動態(tài)系統(tǒng)的自由運動10.5.3 模態(tài)、靈敏度和參與因子10.5.4 可控性與可觀測性10.6 單機無窮大系統(tǒng)小干擾功角穩(wěn)定性分析10.7 多機系統(tǒng)小干擾功角穩(wěn)定性分析 10.7.1 網(wǎng)絡(luò)方程10.7.2 全系統(tǒng)的線性化微分方程組 10.7.3 小擾動穩(wěn)定性分析的步驟 10.8 電力系統(tǒng)強迫振蕩 10.8.1 單機無限大系統(tǒng)強迫振蕩 10.8.2 多機系統(tǒng)強迫振蕩10.9 提升小干擾功角穩(wěn)定性的控制措施 10.9.1 自由振蕩的控制措施10.9.2 強迫振蕩的控制措施10.10 本章小結(jié) 第11章 電力系統(tǒng)大干擾功角穩(wěn)定性分析與控制 11.1 引言 11.2 大干擾功角穩(wěn)定性基本概念 11.3 大干擾功角穩(wěn)定性分析方法11.3.1 時域仿真法11.3.2 直接法 11.4 單機無窮大系統(tǒng)大干擾功角穩(wěn)定性分析11.4.1 基于等面積準則的單機無窮大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析11.4.2 基于暫態(tài)能量函數(shù)的單機無窮大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析11.4.3 等面積準則和能量函數(shù)的一致性分析 11.5 復(fù)雜多機系統(tǒng)大干擾功角穩(wěn)定性分析11.5.1 基于擴展等面積準則的多機系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析 11.5.2 基于暫態(tài)能量函數(shù)法的多機系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析 11.5.3 基于時域仿真法的多機系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析 11.6 大干擾功角穩(wěn)定控制方法 11.6.1 快關(guān)汽門控制 11.6.2 制動電阻控制 11.6.3 切機控制11.7 本章小結(jié)第12章 電力系統(tǒng)次同步振蕩與軸系扭振12.1 引言 12.2 汽輪發(fā)電機組軸系扭振特性12.3 次同步振蕩分析方法12.3.1 頻率掃描法 12.3.2 復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法12.3.3 特征值法12.3.4 機組作用系數(shù)法12.3.5 時域仿真法 12.4 串補輸電引起的次同步諧振12.4.1 感應(yīng)發(fā)電機效應(yīng) 12.4.2 機電扭振相互作用12.4.3 暫態(tài)力矩放大作用12.5 裝置引起的次同步振蕩12.5.1 高壓直流輸電引發(fā)的次同步振蕩12.5.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器引發(fā)的次同步振蕩12.6 電網(wǎng)投切引起的軸系扭振12.6.1 穩(wěn)態(tài)投切12.6.2 連續(xù)電網(wǎng)投切 12.7 次同步振蕩的控制措施 12.7.1 增設(shè)濾波器 12.7.2 避開諧振點 12.7.3 提高系統(tǒng)阻尼 12.8 本章小結(jié) 第13章 新型電力系統(tǒng)次/超同步振蕩分析與控制13.1 引言 13.2 新型電力系統(tǒng)次/超同步振蕩分析方法 13.2.1 諧波響應(yīng)分析法13.2.2 阻抗分析法13.2.3 基于蓋爾原理的穩(wěn)定性分析方法 13.2.4 基于描述函數(shù)-廣義奈奎斯特判據(jù)的分析方法 13.3 風電場并網(wǎng)系統(tǒng)次/超同步振蕩算例分析 13.3.1 風電并網(wǎng)系統(tǒng)次同步振蕩頻率及影響因素分析13.3.2 基于諧波響應(yīng)法的次/超同步振蕩分析 13.3.3 基于蓋爾原理的次同步振蕩分析 13.3.4 基于描述函數(shù)廣義奈氏判據(jù)的次同步振蕩分析13.4 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)次同步振蕩算例分析 13.4.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu) 13.4.2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)次同步振蕩分析 13.5 新型電力系統(tǒng)次/超同步振蕩的控制 13.5.1 次/超同步振蕩的機組側(cè)控制 13.5.2 次/超同步振蕩的電網(wǎng)側(cè)控制 13.6 本章小結(jié)第14章 變流器并網(wǎng)系統(tǒng)大擾動同步穩(wěn)定性分析14.1 引言 14.2 同步穩(wěn)定性的基本概念 14.2.1 含變流器系統(tǒng)同步穩(wěn)定問題的提出14.2.2 含變流器系統(tǒng)廣義同步穩(wěn)定性定義14.2.3 含變流器系統(tǒng)同步失穩(wěn)類型14.3 跟網(wǎng)型變流器并網(wǎng)系統(tǒng)大擾動同步穩(wěn)定性分析 14.3.1 跟網(wǎng)型變流器的同步機制 14.3.2 跟網(wǎng)型變流器閉環(huán)反饋回路與數(shù)學模型 14.3.3 跟網(wǎng)型變流器靜態(tài)同步穩(wěn)定性分析14.3.4 跟網(wǎng)型變流器大擾動同步穩(wěn)定性分析 14.4 構(gòu)網(wǎng)型變流器并網(wǎng)系統(tǒng)同步穩(wěn)定性分析 14.4.1 構(gòu)網(wǎng)型變流器的同步機制 14.4.2 構(gòu)網(wǎng)型變流器閉環(huán)反饋回路與數(shù)學模型 14.4.3 構(gòu)網(wǎng)型變流器靜態(tài)同步穩(wěn)定性分析14.4.4 構(gòu)網(wǎng)型變流器大擾動同步穩(wěn)定性分析14.5 本章小結(jié) 第15章 電壓穩(wěn)定性分析與控制15.1 引言15.2 電壓穩(wěn)定性的基本概念 15.3 電壓穩(wěn)定性分析方法15.4 電壓穩(wěn)定控制措施 15.4.1 提升電壓穩(wěn)定性措施 15.4.2 實時穩(wěn)定控制 15.4.3 低壓減負荷控制15.5 本章小結(jié) 第16章 頻率穩(wěn)定性分析與控制16.1 引言16.2 電力系統(tǒng)頻率特性分析 16.2.1 傳統(tǒng)發(fā)電機組頻率特性16.2.2 新能源機組頻率特性16.3 電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定控制16.3.1 低頻減載 16.3.2 高頻切機 16.4 頻率穩(wěn)定分析控制方法展望 16.5 本章小結(jié) 第17章 電力系統(tǒng)失步解列控制17.1 引言17.2 失步的概念 17.3 失步解列判據(jù)及解列斷面的選擇 17.3.1 基于相位角的失步解列判據(jù) 17.3.2 基于視在阻抗角的失步解列判據(jù)17.3.3 基于ucos軌跡的失步解列判據(jù)17.3.4 其他失步解列判據(jù)17.4 失步解列裝置的協(xié)調(diào)配合 17.5 失步解列控制系統(tǒng) 17.6 本章小結(jié)