现代电力系统分析_匡洪海,曾进辉_9787568072557

本书包括稳态分析和暂态分析两部分内容，现代电力系统稳态分析部分重点阐述电力网络矩阵、电力网络方程、潮流模型的建立和潮流方程的求解方法、实现技术及应用。现代电力系统暂态分析部分重点阐述元件动态特性和动态数学模型、电力系统复杂故障分析、电磁暂态和机电暂态稳定的计算分析方法。两部分都是先从如何建立数学模型开始，再分别使用相应的求解方法对现代电力系统正常稳态和故障暂态进行求解，并利用计算机技术，通过软件编程以实现对现代电力系统的仿真计算分析的思路，为电力系统的安全、稳定、可靠、经济运行提供合适的解决方案。

本书在《现代电力系统稳态分析》版的基础上，增加了现代电力系统暂态分析部分的内容，对其他内容也作了适当的调整和删增，使教材内容与目前并入新能源的现代电力系统结合得更紧密。现代电力系统分析作为电气工程专业研究生的核心专业课程，既有极强的理论逻辑性，又有一定的工程实践性。在学习该课程前需具备电网络理论、*优化计算、非线性规划、矩阵论和数值分析等前续课程知识。新能源和分布式发电的并入加剧了现代电力系统的复杂度，尤其是大电网潮流计算时各种潮流算法通过计算机编程实现方面。由于该课程具有内容广、概念多、计算繁、公式推导复杂等特点，因此它一直是难点课程。为此需要寻找和配置合适的课程教材，基于此编写了《现代电力系统分析》。本书包括稳态分析和暂态分析两部分内容，现代电力系统稳态分析部分重点阐述电力网络矩阵、电力网络方程、潮流模型的建立和潮流方程的求解方法、实现技术及应用。现代电力系统暂态分析部分重点阐述电力系统复杂故障分析、元件动态特性和动态数学模型、电磁暂态和机电暂态稳定的计算分析方法。两部分都是先从如何建立数学模型开始，再分别使用相应的求解方法对现代电力系统正常稳态和故障暂态进行求解的，并利用计算机技术，通过软件编程实现对现代电力系统的仿真计算分析，为电力系统的安全、稳定、可靠、经济运行提供合适的解决方案。本书得到2019年湖南省研究生教学平台湖南省研究生高水平教材项目(现代电力系统分析)和湖南省研究生优质课程项目(现代电力电子技术)的资助，本书的编写得到了各位同仁的帮助和支持，在此对他们表示衷心的感谢，同时对本书所参考文献的各位作者以及电力行业的各位前辈表示感谢。由于作者水平有限，书中存在不妥之处在所难免，恳请读者给予批评指正。编者2021年7月

篇稳态分析部分

1绪论(3)

1.1现代电力系统概述(3)

1.2现代电力系统分析的基本特点与功能(4)

1.3现代电力系统分析的基本思路(5)

2电力系统的网络分析和两大约束(7)

2.1网络和网络拓扑分析(7)

2.1.1网络的概念(7)

2.1.2网络的物理模型和数学模型(7)

2.1.3网络拓扑分析(7)

2.2网络的约束(10)

2.2.1元件的特性约束(10)

2.2.2电力网络支路的特性约束(10)

2.2.3电力网络支路方程(11)

2.3网络的拓扑约束(12)

2.3.1图的基本概念(12)

2.3.2关联矩阵(13)

2.4关联矢量与支路的数学描述(16)

2.4.1一般无源支路(16)

2.4.2广义无源支路(17)

3电力系统网络矩阵和潮流方程(20)

3.1节点导纳矩阵(20)

3.1.1节点不定导纳矩阵(20)

3.1.2节点定导纳矩阵(21)

3.1.3节点导纳矩阵Y的形成(22)

3.1.4节点导纳矩阵表达式的推导(27)

3.1.5导纳矩阵中元素的物理意义(27)

3.1.6节点导纳矩阵的修改(28)

3.2节点阻抗矩阵(32)

3.2.1节点阻抗矩阵的物理意义(32)

3.2.2节点阻抗矩阵的性质(33)

3.2.3节点阻抗矩阵的形成(34)

3.2.4节点阻抗矩阵的修正(38)

3.3潮流计算的数学模型(38)

3.3.1潮流计算的网络结构(39)

3.3.2潮流方程(39)

3.3.3节点的分类(41)

3.3.4潮流方程的个数(42)

现代电力系统分析目录4电力网络变换、化简和等值(44)

4.1网络变换(44)

4.2网络化简(47)

4.2.1用导纳矩阵形式表示(47)

4.2.2用阻抗矩阵形式表示(48)

4.3网络等值(49)

4.4诺顿等值和戴维南等值(53)

4.4.1单端口网络(53)

4.4.2多端口网络(56)

4.4.3网络变更时诺顿等值和戴维南等值的修正(58)

5电力系统潮流的求解方法(61)

5.1概述(61)

5.2高斯赛德尔法(63)

5.3牛顿拉夫逊法(67)

5.3.1牛顿拉夫逊法的数学描述(67)

5.3.2潮流的牛顿拉夫逊法(68)

5.3.3直角坐标形式的牛顿拉夫逊法(68)

5.3.4极坐标形式的牛顿拉夫逊法(70)

5.3.5用牛顿拉夫逊法求解电力系统潮流的程序框图(72)

5.4直流潮流法(73)

5.5快速分解法(76)

5.6保留非线性潮流法(81)

5.6.1直角坐标系下的二阶潮流法(81)

5.6.2任意坐标形式下的保留非线性潮流法(83)

5.6.3直角坐标形式包含二阶项的快速潮流法(85)

6潮流和病态潮流计算(90)

6.1概述(90)

6.2潮流的数学模型(91)

6.2.1潮流的变量(91)

6.2.2潮流的目标函数(91)

6.2.3潮流的约束条件(92)

6.2.4潮流的模型(93)

6.3潮流算法(93)

6.4简化梯度算法潮流(95)

6.4.1仅有等式约束条件时的算法(96)

6.4.2不等式约束条件的处理(98)

6.4.3简化梯度潮流算法及原理图(99)

6.4.4简化梯度潮流算法的性能分析(99)

6.5牛顿潮流算法(100)

6.5.1基本原理(101)

6.5.2基于海森矩阵的潮流牛顿法(101)

6.6有功无功交叉逼近潮流算法(104)

6.6.1算法简介(105)

6.6.2特点分析(106)

6.7潮流内点法(107)

6.7.1基本原理(107)

6.7.2流程图(110)

6.8基于电力市场环境的潮流计算(111)

6.8.1实时电价计算及其辅助服务定价(111)

6.8.2阻塞管理(113)

6.8.3可用传输容量估计(115)

6.8.4输电费用计算(116)

6.9病态潮流的计算(116)

6.9.1潮流方程解的存在性(117)

6.9.2乘子法(119)

6.9.3连续潮流法(122)

7实现潮流算法的稀疏技术(128)

7.1概述(128)

7.2稀疏技术(129)

7.2.1稀疏矩阵和稀疏矢量的存储方法(129)

7.2.2稀疏矩阵的因子分解(133)

7.3稀疏矩阵技术的图论描述(140)

7.3.1基本概念(140)

7.3.2图上因子分解(142)

7.4图上前代和回代(146)

7.5稀疏矢量技术(148)

7.6节点优化编号顺序的优先(150)

8潮流计算中的自动调整控制和开断模拟(155)

8.1自动调整控制(155)

8.1.1负荷的电压静态特性(155)

8.1.2节点类型转换和多V节点计算(157)

8.1.3中枢点电压和联络线功率控制(162)

8.2开断模拟(165)

8.2.1支路开断模拟(165)

8.2.2发电机开断模拟(172)

8.3预想事故的自动选择(175)

9交直流电力系统的潮流计算(178)

9.1概述(178)

9.2交直流电力系统潮流计算的数学模型(179)

9.3直流电力系统模型(180)

9.3.1直流电力系统标幺制(180)

9.3.2直流电力系统方程式(180)

9.4交直流电力系统潮流算法(182)

9.4.1联合求解法(182)

9.4.2交替求解法(184)

第二篇暂态分析部分

10电力系统复杂故障分析(191)

10.1用于故障分析的坐标变换(191)

10.1.1双轴变换(191)

10.1.2两相变换(193)

10.1.3瞬时值对称分量变换(194)

10.1.4对称分量变换(195)

10.1.5坐标变换的运用(196)

10.2简单故障的再分析(197)

10.2.1短路故障通用复合(198)

10.2.2断线故障通用复合(199)

10.3用于故障分析的两端口网络方程(201)

10.3.1阻抗型参数方程(201)

10.3.2导纳型参数方程(202)

10.3.3混合型参数方程(203)

10.4复杂故障分析(204)

10.4.1串联串联型双重故障分析(204)

10.4.2并联并联型双重故障分析(206)

10.4.3串联并联型双重故障分析(208)

10.4.4多重故障分析(209)

11电力系统元件的动态特性和数学模型(211)

11.1概述(211)

11.2同步发电机的数学模型(212)

11.2.1 abc轴下同步电机的方程(213)

11.2.2dq0轴下同步电机的方程(217)

11.2.3用电机参数表示的同步电机方程(220)

11.2.4同步电机的稳态方程(221)

11.2.5同步电机实用模型(222)

11.3发电机励磁系统的数学模型(226)

11.3.1直流励磁机的数学模型(227)

11.3.2交流励磁机的数学模型(229)

11.3.3典型励磁系统的数学模型(230)

11.4原动机及调速系统的数学模型(232)

11.4.1汽轮机数学模型(232)

11.4.2水轮机数学模型(233)

11.4.3典型调速器数学模型(234)

11.5负荷的数学模型(237)

11.5.1恒定阻抗模型(237)

11.5.2负荷静态模型(238)

11.5.3负荷动态模型(239)

12电力系统电磁暂态过程分析(245)

12.1概述(245)

12.1.1短路计算的应用(246)

12.1.2潮流计算的应用(246)

12.1.3机电暂态计算的应用(246)

12.1.4电磁暂态计算的应用(247)

12.2电磁暂态过程数值计算的基本方法(247)

12.2.1集中参数元件的电磁暂态等值计算电路(248)

12.2.2单根分布参数线路的贝瑞隆(Bergeron)等值计算电路(251)

12.2.3暂态等值计算网络的形成及求解(254)

12.2.4开关操作与数值振荡问题(257)

12.2.5非线性元件的计算方法(262)

12.3集中参数元件的电磁暂态等值计算电路(268)

12.3.1电阻、电感串联耦合电路(268)

12.3.2电容耦合电路(270)

12.3.3变压器电磁暂态模型(271)

13电力系统暂态稳定性分析(279)

13.1概述(279)

13.2电力系统机电暂态分析(280)

13.3暂态稳定分析的时域仿真法(281)

13.3.1时域仿真基本原理(281)

13.3.2全系统数学模型的组成(281)

13.3.3时域仿真法分析过程(282)

13.3.4发电机和机网接口处理、负荷节点处理(285)

13.4暂态稳定分析的直接法(292)

13.4.1单机无穷大系统暂态稳定分析的直接法(295)

13.4.2两机系统直接法暂态稳定分析的数学模型(298)

13.4.3多机系统直接法暂态稳定分析的数学模型(299)

13.5相关不稳定平衡点法(305)

13.5.1RUEP及临界能量的求取(305)

13.5.2用RUEP分析暂态稳定的步骤(306)

13.6势能界面法(307)

13.7扩展等面积法(311)

13.8综合法直接暂态稳定分析(314)

参考文献(317)

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