電力系統動態：建模、穩定與控制

譯者序
原書前言
致謝
撰稿人
 
第1章 概述 1
第2章 同步發電機和感應電動機 5
2.1 同步發電機的理論與模型 5
2.1.1 設計與運行原理 5
2.1.2 同步發電機的機電模型：動力學方程 8
2.1.3 同步發電機的電磁模型 11
2.1.4 同步發電機參數 40
2.1.5 磁路飽和 49
2.1.6 動態模型 54
2.1.7 無功容量範圍 68
2.1.8 勵磁系統介紹與建模 70
2.2 感應電動機的理論與建模 86
2.2.1 設計與運行問題 87
2.2.2 感應電機的一般方程 88
2.2.3 感應電機的穩態運行 94
2.2.4 感應電機的機電模型 98
2.2.5 感應電機的電磁模型 99
參考文獻 102
 
第3章 傳統發電廠主要部件的建模 105
3.1 引言 105
3.2 渦輪機類型 106
3.2.1 蒸汽輪機 106
3.2.2 燃氣輪機 107
3.2.3 水輪機 107
3.3 熱電廠 110
3.3.1 概論 110
3.3.2 鍋爐和蒸汽室模型 111
3.3.3 蒸汽系統結構 114
3.3.4 蒸汽系統通用模型 116
3.3.5 汽輪機調節系統 117
3.4 聯合迴圈電廠 122
3.4.1 概論 122
3.4.2 聯合迴圈電廠的設計 123
3.4.3 聯合迴圈電廠模型框圖 124
3.5 核電廠 129
3.6 水力發電廠 130
3.6.1 概論 130
3.6.2 水力發電機系統和控制系統的模型 132
3.6.3 水輪機調速器控制系統 134
參考文獻 137
 
第4章 風力發電 139
4.1 引言 139
4.2 風力發電的特點 140
4.3 技術發展現狀 143
4.3.1 發電機相關概念綜述 143
4.3.2 風機相關概念綜述 152
4.3.3 功率控制相關概念綜述 154
4.4 風力發電機建模 156
4.4.1 恒速風機模型 156
4.4.2 雙饋感應風力發電機建模 159
4.4.3 全功率變流器風機 170
4.5 故障穿越能力 174
4.5.1 概述 174
4.5.2 故障穿越的槳距角控制 175
參考文獻 176
 
第5章 短路電流計算 178
5.1 概述 178
5.1.1 短路的主要類型 178
5.1.2 短路的後果 179
5.2 短路電流特徵 179
5.3 短路電流計算方法 182
5.3.1 基本假設 182
5.3.2 等效電壓源法 183
5.3.3 對稱分量法 185
5.4 短路電流分量計算 203
5.4.1 初始對稱短路電流 203
5.4.2 ip短路電流峰值 207
5.4.3 短路電流的直流分量 209
5.4.4 對稱短路的斷路電流Ib 209
5.4.5 穩態短路電流IK 210
5.4.6 實際應用 213
參考文獻 224
 
第6章 有功功率和頻率控制 225
6.1 概述 225
6.2 實際頻率偏差 227
6.2.1 小擾動和偏差 227
6.2.2 大擾動和偏差 227
6.3 “有功功率和頻率控制”或“負荷頻率控制”的典型標準和政策 228
6.3.1 前歐洲輸電協調聯盟（UCTE）負荷頻率控制 228
6.3.2 NERC（美國）標準 229
6.3.3 其他國家的標準 230
6.4 系統建模、慣性、下垂、調節和動態頻率回應 230
6.4.1 系統動態和負載阻尼的框圖 230
6.4.2 調速器下垂特性對調節的影響 230
6.4.3 通過調整原動機功率來增加負載 231
6.4.4 多台發電機的並聯運行 231
6.4.5 孤島區域的建模和回應 233
6.5 調速器建模 234
6.5.1 具有下垂的簡易調速器模型的回應 235
6.5.2 水輪機調速器建模 235
6.5.3 變參數水輪機調速器性能 238
6.5.4 熱調速器模型 243
6.5.5 西部電力協調委員會（WECC）中新型熱調速器模型的發展 246
6.6 自動發電控制（AGC）原理與建模 257
6.6.1 單區域（孤立）系統中的AGC 257
6.6.2 在兩區域中，聯絡線控制和頻率偏移中的AGC 258
6.6.3 多區域系統中的AGC 260
6.7 其他與負荷頻率控制相關的課題 263
6.7.1 旋轉備用容備 263
6.7.2 孤島條件下的低頻減載和運行 264
參考文獻 265
 
第7章 電壓和無功功率控制 267
7.1 有功、無功功率與電壓的關係 269
7.1.1 短線 269
7.1.2 電力線參數分佈 271
7.1.3 靈敏度係數 272
7.2 電壓和無功功率控制設備 272
7.2.1 無功功率補償裝置 273
7.2.2 電壓和無功功率連續控制裝置 274
7.2.3 有載調壓變壓器 276
72.4 變壓器調節 291
7.3 電網電壓和無功功率控制方法 294
7.3.1 概述 294
7.3.2 無功功率的人工控制 296
7.3.3 電壓無功率自動控制 297
7.4 電網電壓的分層調整 314
7.4.1 層次結構 314
7.4.2 二次電壓調節（SVR）控制區域 330
7.4.3 二次調壓下的潮流計算 333
7.5 羅馬尼亞二次電壓調節實施情況研究 333
7.5.1 研究系統的特點 333
7.5.2 SVR區域選擇 334
7.6 國外電壓分級控制案例 339
7.6.1 法國電力系統電壓分級控制 339
7.6.2 義大利電網電壓分級控制系統 344
7.6.3 巴西電網電壓分級控制 350
參考文獻 355
 
第8章 電力系統穩定性概述 359
8.1 簡介 359
8.2 電力系統穩定性分類 359
8.3 電壓穩定性和功角穩定性的關係 370
8.4 安全對電力系統穩定的重要性 371
參考文獻 375
 
第9章 小干擾功角穩定性和機電阻尼振盪 377
9.1 簡介 377
9.2 特徵矩陣 378
9.2.1 線性化方程 378
9.2.2 特徵矩陣的建立 379
9.3 常用簡化方法 381
9.3.1 慣性係數和同步功率係數 381
9.3.2 機電振盪 384
9.3.3 算例 389
9.4 影響機電振盪阻尼的主要因素 396
9.5 阻尼改善 432
9.5.1 簡介 432
9.5.2 基於極點配置的模態綜合分析 436
9.5.3 PSS對勵磁控制的影響 438
9.5.4 PSS增益限制 444
9.6 典型的區域間或低頻機電暫態振盪情況 447
參考文獻 450
 
第10章 暫態穩定性 452
10.1 概述 452
10.2 暫態穩定評估的直接方法 453
10.3 暫態穩定評估的積分法 477
10.4 動態等值 484
10.5 大型電力系統的暫態穩定性評估 502
10.6 算例 507
參考文獻 512
 
第11章 電壓穩定性 518
11.1 概述 518
11.2 系統特性和負載建模 519
11.2.1 系統特性 519
11.2.2 負載建模 520
11.3 電壓穩定性的靜態方面 526
11.4 電壓不穩定機制：電網、負載和控制裝置之間的相互作用 531
11.5 電壓穩定性評估方法 541
11.6 電壓不穩定對策 563
11.7 應用 570
參考文獻 577
 
第12章 電力系統繼電保護 580
12.1 簡介 580
12.2 IEC 61850簡介 586
12.3 詳細的保護鏈 587
12.4 輸電和配電系統結構 594
12.5 與保護有關的三相系統的特性 595
12.5.1 對稱性 595
12.5.2 三相不平衡 596
12.5.3 對稱元件 598
12.6 根據受保護的設備分類的保護功能 599
12.6.1 基於本地測量量定值的保護 599
12.6.2 故障方向檢測保護 602
12.6.3 阻抗保護 605
12.6.4 電流差動保護 606
12.6.5 保護相關功能 610
12.7 從單一保護功能到系統保護 610
12.7.1 單功能和多功能繼電器 610
12.7.2 自我調整保護 611
12.7.3 分散式保護 612
12.7.4 廣域保護 612
12.7.5 通用指南 613
12.7.6 安全性和可靠性 615
12.7.7 總結 616
12.8 結論 616
 
附錄A 保護功能的識別 617
A.1 一般說明 617
A.2 識別清單 617
參考文獻 620
 
第13章 電網主要停電事故的分析、分類及預防 622
13.1 引言 622
13.2 之前一些停電事故的描述 625
13.2.1 2003年8月14日美國東北部及加拿大停電事故 625
13.2.2 2003年9月28日義大利停電事故 636
13.2.3 2003年9月23日丹麥東部及瑞典南部停電事故 643
13.2.4 2003年1月12日克羅地亞停電事故 644
13.2.5 2005年5月25日莫斯科停電事故 644
13.2.6 2004年7月12日希臘停電事故 647
13.2.7 1996年7月2日美國西北部停電事故 648
13.2.8 1996年8月10日美國西北部停電事故 649
13.2.9 1978年12月19日法國全國停電事故 650
13.2.10 1987年1月12日法國西部停電事故 651
13.2.11 1989年3月13日加拿大魁北克電力系統由於地磁干擾造成的停電事故 652
13.2.12 1995年1月17日阪神地震後的日本停電事故 655
13.2.13 2006年11月4日歐洲停電事故 659
13.2.14 一些經驗教訓 663
13.3 停電事故分析 663
13.3.1 停電事故分類 664
13.3.2 停電事故：事件類型 668
13.3.3 停電機制 668
13.4 經濟效應和社會效應 674
13.5 預防停電事故的建議 676
13.6 防禦及恢復措施 677
13.6.1 防禦措施 678
13.6.2 恢復措施 680
13.7 電力系統的生存性/易損性 682
13.7.1 引言 682
13.7.2 概念 682
13.7.3 技術研究 684
13.7.4 結束語 684
13.8 結論 684
致謝 685
參考文獻 685
 
第14章 停電後的恢復過程 688
14.1 引言 688
14.2 恢復過程概述 688
14.2.1 系統恢復階段、持續時間、任務和典型問題 689
14.2.2 新的要求 691
14.3 熱電廠黑啟動能力：建模與電腦類比 691
14.3.1 燃氣輪機驅動的蒸汽機組的黑啟動 691
14.3.2 聯合迴圈發電廠的黑啟動 698
14.4 電腦模擬器說明 709
14.4.1 裝有燃氣輪機的蒸汽機組模擬器 709
14.4.2 聯合迴圈發電廠模擬模型 712
14.5 結束語 715
參考文獻 715
 
第15章 電力系統暫態電腦模擬 719
15.1 暫態分流和相分量 719
15.2 網路建模 721
15.2.1 網路支路的伴隨模型 721
15.2.2 直接構造節點導納矩陣 723
15.3 電力系統部件建模 726
15.3.1 多相集總元件 726
15.3.2 變壓器 727
15.3.3 傳輸線 728
15.3.4 同步電機發電機的dq0模型 733
15.4 應用停電模擬 737
參考文獻 740