电力系统动态——建模、稳定与控制

目　　录

译者序

原书前言

致谢

撰稿人

第1章 概述 1

第2章 同步发电机和感应电动机 5

2.1 同步发电机的理论与模型 5

2.1.1 设计与运行原理 5

2.1.2 同步发电机的机电模型：动力学方程 8

2.1.3 同步发电机的电磁模型 11

2.1.4 同步发电机参数 40

2.1.5 磁路饱和 49

2.1.6 动态模型 54

2.1.7 无功容量范围 68

2.1.8 励磁系统介绍与建模 70

2.2 感应电动机的理论与建模 86

2.2.1 设计与运行问题 87

2.2.2 感应电机的一般方程 88

2.2.3 感应电机的稳态运行 94

2.2.4 感应电机的机电模型 98

2.2.5 感应电机的电磁模型 99

参考文献 102

第3章 传统发电厂主要部件的建模 105

3.1 引言 105

3.2 涡轮机类型 106

3.2.1 蒸汽轮机 106

3.2.2 燃气轮机 107

3.2.3 水轮机 107

3.3 热电厂 110

3.3.1 概论 110

3.3.2 锅炉和蒸汽室模型 111

3.3.3 蒸汽系统结构 114

3.3.4 蒸汽系统通用模型 116

3.3.5 汽轮机调节系统 117

3.4 联合循环电厂 122

3.4.1 概论 122

3.4.2 联合循环电厂的设计 123

3.4.3 联合循环电厂模型框图 124

3.5 核电厂 129

3.6 水力发电厂 130

3.6.1 概论 130

3.6.2 水力发电机系统和控制系统的模型 132

3.6.3 水轮机调速器控制系统 134

参考文献 137

第4章 风力发电 139

4.1 引言 139

4.2 风力发电的特点 140

4.3 技术发展现状 143

4.3.1 发电机相关概念综述 143

4.3.2 风机相关概念综述 152

4.3.3 功率控制相关概念综述 154

4.4 风力发电机建模 156

4.4.1 恒速风机模型 156

4.4.2 双馈感应风力发电机建模 159

4.4.3 全功率变流器风机 170

4.5 故障穿越能力 174

4.5.1 概述 174

4.5.2 故障穿越的桨距角控制 175

参考文献 176

第5章 短路电流计算 178

5.1 概述 178

5.1.1 短路的主要类型 178

5.1.2 短路的后果 179

5.2 短路电流特征 179

5.3 短路电流计算方法 182

5.3.1 基本假设 182

5.3.2 等效电压源法 183

5.3.3 对称分量法 185

5.4 短路电流分量计算 203

5.4.1 初始对称短路电流 203

5.4.2 ip短路电流峰值 207

5.4.3 短路电流的直流分量 209

5.4.4 对称短路的断路电流Ib 209

5.4.5 稳态短路电流IK 210

5.4.6 实际应用 213

参考文献 224

第6章 有功功率和频率控制 225

6.1 概述 225

6.2 实际频率偏差 227

6.2.1 小扰动和偏差 227

6.2.2 大扰动和偏差 227

6.3 “有功功率和频率控制”或“负荷频率控制”的典型标准和政策 228

6.3.1 前欧洲输电协调联盟（UCTE）负荷频率控制 228

6.3.2 NERC（美国）标准 229

6.3.3 其他国家的标准 230

6.4 系统建模、惯性、下垂、调节和动态频率响应 230

6.4.1 系统动态和负载阻尼的框图 230

6.4.2 调速器下垂特性对调节的影响 230

6.4.3 通过调整原动机功率来增加负载 231

6.4.4 多台发电机的并联运行 231

6.4.5 孤岛区域的建模和响应 233

6.5 调速器建模 234

6.5.1 具有下垂的简易调速器模型的响应 235

6.5.2 水轮机调速器建模 235

6.5.3 变参数水轮机调速器性能 238

6.5.4 热调速器模型 243

6.5.5 西部电力协调委员会（WECC）中新型热调速器模型的发展 246

6.6 自动发电控制（AGC）原理与建模 257

6.6.1 单区域（孤立）系统中的AGC 257

6.6.2 在两区域中，联络线控制和频率偏移中的AGC 258

6.6.3 多区域系统中的AGC 260

6.7 其他与负荷频率控制相关的课题 263

6.7.1 旋转备用容备 263

6.7.2 孤岛条件下的低频减载和运行 264

参考文献 265

第7章 电压和无功功率控制 267

7.1 有功、无功功率与电压的关系 269

7.1.1 短线 269

7.1.2 电力线参数分布 271

7.1.3 灵敏度系数 272

7.2 电压和无功功率控制设备 272

7.2.1 无功功率补偿装置 273

7.2.2 电压和无功功率连续控制装置 274

7.2.3 有载调压变压器 276

7.2.4 变压器调节 291

7.3 电网电压和无功功率控制方法 294

7.3.1 概述 294

7.3.2 无功功率的人工控制 296

7.3.3 电压无功率自动控制 297

7.4 电网电压的分层调整 314

7.4.1 层次结构 314

7.4.2 二次电压调节（SVR）控制区域 330

7.4.3 二次调压下的潮流计算 333

7.5 罗马尼亚二次电压调节实施情况研究 333

7.5.1 研究系统的特点 333

7.5.2 SVR区域选择 334

7.6 国外电压分级控制案例 339

7.6.1 法国电力系统电压分级控制 339

7.6.2 意大利电网电压分级控制系统 344

7.6.3 巴西电网电压分级控制 350

参考文献 355

第8章 电力系统稳定性概述 359

8.1 简介 359

8.2 电力系统稳定性分类 359

8.3 电压稳定性和功角稳定性的关系 370

8.4 安全对电力系统稳定的重要性 371

参考文献 375

第9章 小干扰功角稳定性和机电阻尼振荡 377

9.1 简介 377

9.2 特征矩阵 378

9.2.1 线性化方程 378

9.2.2 特征矩阵的建立 379

9.3 常用简化方法 381

9.3.1 惯性系数和同步功率系数 381

9.3.2 机电振荡 384

9.3.3 算例 389

9.4 影响机电振荡阻尼的主要因素 396

9.5 阻尼改善 432

9.5.1 简介 432

9.5.2 基于极点配置的模态综合分析 436

9.5.3 PSS对励磁控制的影响 438

9.5.4 PSS增益限制 444

9.6 典型的区域间或低频机电暂态振荡情况 447

参考文献 450

第10章 暂态稳定性 452

10.1 概述 452

10.2 暂态稳定评估的直接方法 453

10.3 暂态稳定评估的积分法 477

10.4 动态等值 484

10.5 大型电力系统的暂态稳定性评估 502

10.6 算例 507

参考文献 512

第11章 电压稳定性 518

11.1 概述 518

11.2 系统特性和负载建模 519

11.2.1 系统特性 519

11.2.2 负载建模 520

11.3 电压稳定性的静态方面 526

11.4 电压不稳定机制：电网、负载和控制装置之间的相互作用 531

11.5 电压稳定性评估方法 541

11.6 电压不稳定对策 563

11.7 应用 570

参考文献 577

第12章 电力系统继电保护 580

12.1 简介 580

12.2 IEC 61850简介 586

12.3 详细的保护链 587

12.4 输电和配电系统结构 594

12.5 与保护有关的三相系统的特性 595

12.5.1 对称性 595

12.5.2 三相不平衡 596

12.5.3 对称元件 598

12.6 根据受保护的设备分类的保护功能 599

12.6.1 基于本地测量量定值的保护 599

12.6.2 故障方向检测保护 602

12.6.3 阻抗保护 605

12.6.4 电流差动保护 606

12.6.5 保护相关功能 610

12.7 从单一保护功能到系统保护 610

12.7.1 单功能和多功能继电器 610

12.7.2 自适应保护 611

12.7.3 分布式保护 612

12.7.4 广域保护 612

12.7.5 通用指南 613

12.7.6 安全性和可靠性 615

12.7.7 总结 616

12.8 结论 616

附录A 保护功能的识别 617

A.1 一般说明 617

A.2 识别清单 617

参考文献 620

第13章 电网主要停电事故的分析、分类及预防 622

13.1 引言 622

13.2 之前一些停电事故的描述 625

13.2.1 2003年8月14日美国东北部及加拿大停电事故 625

13.2.2 2003年9月28日意大利停电事故 636

13.2.3 2003年9月23日丹麦东部及瑞典南部停电事故 643

13.2.4 2003年1月12日克罗地亚停电事故 644

13.2.5 2005年5月25日莫斯科停电事故 644

13.2.6 2004年7月12日希腊停电事故 647

13.2.7 1996年7月2日美国西北部停电事故 648

13.2.8 1996年8月10日美国西北部停电事故 649

13.2.9 1978年12月19日法国全国停电事故 650

13.2.10 1987年1月12日法国西部停电事故 651

13.2.11 1989年3月13日加拿大魁北克电力系统由于地磁干扰造成的停电事故 652

13.2.12 1995年1月17日阪神地震后的日本停电事故 655

13.2.13 2006年11月4日欧洲停电事故 659

13.2.14 一些经验教训 663

13.3 停电事故分析 663

13.3.1 停电事故分类 664

13.3.2 停电事故：事件类型 668

13.3.3 停电机制 668

13.4 经济效应和社会效应 674

13.5 预防停电事故的建议 676

13.6 防御及恢复措施 677

13.6.1 防御措施 678

13.6.2 恢复措施 680

13.7 电力系统的生存性/易损性 682

13.7.1 引言 682

13.7.2 概念 682

13.7.3 技术研究 684

13.7.4 结束语 684

13.8 结论 684

致谢 685

参考文献 685

第14章 停电后的恢复过程 688

14.1 引言 688

14.2 恢复过程概述 688

14.2.1 系统恢复阶段、持续时间、任务和典型问题 689

14.2.2 新的要求 691

14.3 热电厂黑启动能力：建模与计算机模拟 691

14.3.1 燃气轮机驱动的蒸汽机组的黑启动 691

14.3.2 联合循环发电厂的黑启动 698

14.4 计算机模拟器说明 709

14.4.1 装有燃气轮机的蒸汽机组模拟器 709

14.4.2 联合循环发电厂仿真模型 712

14.5 结束语 715

参考文献 715

第15章 电力系统暂态计算机仿真 719

15.1 暂态分流和相分量 719

15.2 网络建模 721

15.2.1 网络支路的伴随模型 721

15.2.2 直接构造节点导纳矩阵 723

15.3 电力系统部件建模 726

15.3.1 多相集总元件 726

15.3.2 变压器 727

15.3.3 传输线 728

15.3.4 同步电机发电机的dq0模型 733

15.4 应用停电仿真 737

参考文献 740