電力系統(tǒng)動態(tài) 建模、穩(wěn)定與控制

目　　錄
譯者序
原書前言
致謝
撰稿人

第1章 概述 1

第2章 同步發(fā)電機和感應(yīng)電動機 5
2.1 同步發(fā)電機的理論與模型 5
2.1.1 設(shè)計與運行原理 5
2.1.2 同步發(fā)電機的機電模型：動力學(xué)方程 8
2.1.3 同步發(fā)電機的電磁模型 11
2.1.4 同步發(fā)電機參數(shù) 40
2.1.5 磁路飽和 49
2.1.6 動態(tài)模型 54
2.1.7 無功容量范圍 68
2.1.8 勵磁系統(tǒng)介紹與建模 70
2.2 感應(yīng)電動機的理論與建模 86
2.2.1 設(shè)計與運行問題 87
2.2.2 感應(yīng)電機的一般方程 88
2.2.3 感應(yīng)電機的穩(wěn)態(tài)運行 94
2.2.4 感應(yīng)電機的機電模型 98
2.2.5 感應(yīng)電機的電磁模型 99
參考文獻 102

第3章 傳統(tǒng)發(fā)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(tǒng)結(jié)構(gòu) 114
3.3.4 蒸汽系統(tǒng)通用模型 116
3.3.5 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng) 117
3.4 聯(lián)合循環(huán)電廠 122
3.4.1 概論 122
3.4.2 聯(lián)合循環(huán)電廠的設(shè)計 123
3.4.3 聯(lián)合循環(huán)電廠模型框圖 124
3.5 核電廠 129
3.6 水力發(fā)電廠 130
3.6.1 概論 130
3.6.2 水力發(fā)電機系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的模型 132
3.6.3 水輪機調(diào)速器控制系統(tǒng) 134
參考文獻 137

第4章 風(fēng)力發(fā)電 139
4.1 引言 139
4.2 風(fēng)力發(fā)電的特點 140
4.3 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 143
4.3.1 發(fā)電機相關(guān)概念綜述 143
4.3.2 風(fēng)機相關(guān)概念綜述 152
4.3.3 功率控制相關(guān)概念綜述 154
4.4 風(fēng)力發(fā)電機建模 156
4.4.1 恒速風(fēng)機模型 156
4.4.2 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機建模 159
4.4.3 全功率變流器風(fēng)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 短路的后果 179
5.2 短路電流特征 179
5.3 短路電流計算方法 182
5.3.1 基本假設(shè) 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(wěn)態(tài)短路電流IK 210
5.4.6 實際應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)和政策 228
6.3.1 前歐洲輸電協(xié)調(diào)聯(lián)盟（UCTE）負荷頻率控制 228
6.3.2 NERC（美國）標(biāo)準(zhǔn) 229
6.3.3 其他國家的標(biāo)準(zhǔn) 230
6.4 系統(tǒng)建模、慣性、下垂、調(diào)節(jié)和動態(tài)頻率響應(yīng) 230
6.4.1 系統(tǒng)動態(tài)和負載阻尼的框圖 230
6.4.2 調(diào)速器下垂特性對調(diào)節(jié)的影響 230
6.4.3 通過調(diào)整原動機功率來增加負載 231
6.4.4 多臺發(fā)電機的并聯(lián)運行 231
6.4.5 孤島區(qū)域的建模和響應(yīng) 233
6.5 調(diào)速器建模 234
6.5.1 具有下垂的簡易調(diào)速器模型的響應(yīng) 235
6.5.2 水輪機調(diào)速器建模 235
6.5.3 變參數(shù)水輪機調(diào)速器性能 238
6.5.4 熱調(diào)速器模型 243
6.5.5 西部電力協(xié)調(diào)委員會（WECC）中新型熱調(diào)速器模型的發(fā)展 246
6.6 自動發(fā)電控制（AGC）原理與建模 257
6.6.1 單區(qū)域（孤立）系統(tǒng)中的AGC 257
6.6.2 在兩區(qū)域中，聯(lián)絡(luò)線控制和頻率偏移中的AGC 258
6.6.3 多區(qū)域系統(tǒng)中的AGC 260
6.7 其他與負荷頻率控制相關(guān)的課題 263
6.7.1 旋轉(zhuǎn)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(guān)系 269
7.1.1 短線 269
7.1.2 電力線參數(shù)分布 271
7.1.3 靈敏度系數(shù) 272
7.2 電壓和無功功率控制設(shè)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(xù)控制裝置 274
7.2.3 有載調(diào)壓變壓器 276
7.2.4 變壓器調(diào)節(jié) 291
7.3 電網(wǎng)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(wǎng)電壓的分層調(diào)整 314
7.4.1 層次結(jié)構(gòu) 314
7.4.2 二次電壓調(diào)節(jié)（SVR）控制區(qū)域 330
7.4.3 二次調(diào)壓下的潮流計算 333
7.5 羅馬尼亞二次電壓調(diào)節(jié)實施情況研究 333
7.5.1 研究系統(tǒng)的特點 333
7.5.2 SVR區(qū)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(tǒng)電壓分級控制 339
7.6.2 意大利電網(wǎng)電壓分級控制系統(tǒng) 344
7.6.3 巴西電網(wǎng)電壓分級控制 350
參考文獻 355

第8章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概述 359
8.1 簡介 359
8.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分類 359
8.3 電壓穩(wěn)定性和功角穩(wěn)定性的關(guān)系 370
8.4 安全對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要性 371
參考文獻 375

第9章 小干擾功角穩(wěn)定性和機電阻尼振蕩 377
9.1 簡介 377
9.2 特征矩陣 378
9.2.1 線性化方程 378
9.2.2 特征矩陣的建立 379
9.3 常用簡化方法 381
9.3.1 慣性系數(shù)和同步功率系數(shù) 381
9.3.2 機電振蕩 384
9.3.3 算例 389
9.4 影響機電振蕩阻尼的主要因素 396
9.5 阻尼改善 432
9.5.1 簡介 432
9.5.2 基于極點配置的模態(tài)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(qū)域間或低頻機電暫態(tài)振蕩情況 447
參考文獻 450

第10章 暫態(tài)穩(wěn)定性 452
10.1 概述 452
10.2 暫態(tài)穩(wěn)定評估的直接方法 453
10.3 暫態(tài)穩(wěn)定評估的積分法 477
10.4 動態(tài)等值 484
10.5 大型電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性評估 502
10.6 算例 507
參考文獻 512

第11章 電壓穩(wěn)定性 518
11.1 概述 518
11.2 系統(tǒng)特性和負載建模 519
11.2.1 系統(tǒng)特性 519
11.2.2 負載建模 520
11.3 電壓穩(wěn)定性的靜態(tài)方面 526
11.4 電壓不穩(wěn)定機制：電網(wǎng)、負載和控制裝置之間的相互作用 531
11.5 電壓穩(wěn)定性評估方法 541
11.6 電壓不穩(wěn)定對策 563
11.7 應(yīng)用 570
參考文獻 577

第12章 電力系統(tǒng)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(tǒng)結(jié)構(gòu) 594
12.5 與保護有關(guān)的三相系統(tǒng)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(jù)受保護的設(shè)備分類的保護功能 599
12.6.1 基于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(guān)功能 610
12.7 從單一保護功能到系統(tǒng)保護 610
12.7.1 單功能和多功能繼電器 610
12.7.2 自適應(yīng)保護 611
12.7.3 分布式保護 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(jié) 616
12.8 結(jié)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(wǎng)主要停電事故的分析、分類及預(yù)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日意大利停電事故 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(tǒng)由于地磁干擾造成的停電事故 652
13.2.12 1995年1月17日阪神地震后的日本停電事故 655
13.2.13 2006年11月4日歐洲停電事故 659
13.2.14 一些經(jīng)驗教訓(xùn) 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(jīng)濟效應(yīng)和社會效應(yīng) 674
13.5 預(yù)防停電事故的建議 676
13.6 防御及恢復(fù)措施 677
13.6.1 防御措施 678
13.6.2 恢復(fù)措施 680
13.7 電力系統(tǒng)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(shù)研究 684
13.7.4 結(jié)束語 684
13.8 結(jié)論 684
致謝 685
參考文獻 685

第14章 停電后的恢復(fù)過程 688
14.1 引言 688
14.2 恢復(fù)過程概述 688
14.2.1 系統(tǒng)恢復(fù)階段、持續(xù)時間、任務(wù)和典型問題 689
14.2.2 新的要求 691
14.3 熱電廠黑啟動能力：建模與計算機模擬 691
14.3.1 燃氣輪機驅(qū)動的蒸汽機組的黑啟動 691
14.3.2 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的黑啟動 698
14.4 計算機模擬器說明 709
14.4.1 裝有燃氣輪機的蒸汽機組模擬器 709
14.4.2 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠仿真模型 712
14.5 結(jié)束語 715
參考文獻 715

第15章 電力系統(tǒng)暫態(tài)計算機仿真 719
15.1 暫態(tài)分流和相分量 719
15.2 網(wǎng)絡(luò)建模 721
15.2.1 網(wǎng)絡(luò)支路的伴隨模型 721
15.2.2 直接構(gòu)造節(jié)點導(dǎo)納矩陣 723
15.3 電力系統(tǒng)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(fā)電機的dq0模型 733
15.4 應(yīng)用停電仿真 737
參考文獻 740