電力系統中各同步發電機間保持同步是電力系統正常運行的必要條件,其中電力系統穩定性是難理解、富挑戰性的核心問題與研究熱點之一。基于傳統運行控制機制發展而來的現代電力系統,會更多地融入能源轉型、智能化等新元素的運行特征。《電力系統安全穩定分析與控制》系統介紹電力系統安全穩定理論方法及其科學實踐手段,為電氣工程學科探求理論與工程問題內在機理奠定基石,是本學科研究生學習階段的重要專業課。
全書共10章,首先介紹現代電力系統的基本特征和電力系統安全穩定導論,然后依次闡述影響電力系統安全穩定性的主要元件特性及模型、小干擾穩定、低頻振蕩、次同步振蕩、機電暫態穩定、電壓穩定、頻率穩定和安全分析,涵蓋與現代電力系統安全穩定及控制緊密相關的理論問題、抑制方法、控制措施以及依從的安全分析方法等內容。
《電力系統安全穩定分析與控制》為推動學科發展,培養掌握新一代電力系統安全穩定與控制專門理論與實踐的人才而作。《電力系統安全穩定分析與控制》可作為研究生教材,也可作為本科高年級學生畢業設計以及實際單位工程設計與運行技術專業人員的參考用書。
第1章 現代電力系統的基本特征
1.1 電力系統的發展
1.2 電力系統的構成
1.3 電力系統運行特性及控制
1.3.1 電力系統運行特性與未來特征
1.3.2 現代電力系統控制
第2章 電力系統安全穩定導論
2.1 電力系統穩定問題及發展過程
2.2 電力系統穩定的定義及分類
2.2.1 國內外定義和分類
2.2.2 幾類穩定問題的定義及概念
2.3 電力系統性能及設計運行準則
2.3.1 IEEE/CIGRE的電力系統性能定義
2.3.2 DL 755-2001中有關安全性的定義
2.3.3 DL/T 723-2000中有關電力系統性能的定義
2.3.4 系統穩定性的設計和運行準則
第3章 電力系統主要元件特性及模型
3.1 同步電機的數學模型
3.1.1 N步電機的原始方程
3.1.2 同步電機的基本方程
3.1.3 N步電機的實用數學模型
3.1.4 考慮磁路飽和效應的同步電機方程
3.2 發電機勵磁調節系統
3.2.1 對勵磁系統的要求及分類
3.2.2 直流勵磁機勵磁系統的數學模型(自復勵直流勵磁機系統)
3.2.3 交流勵磁機系統的數學模型
3.2.4 靜態勵磁系統(自并勵勵磁系統)
3.3 電力系統穩定器
3.3.1 典型PSS模型:IEEE PSSlA
3.3.2 多頻段電力系統穩定器:PSS4B
3.4 發電機調速系統
3.4.1 水輪機模型
3.4.2 汽輪機模型
3.4.3 調速器模型
3.5 負荷特性及模型
3.5.1 負荷靜態模型
3.5.2 負荷動態模型
3.6 高壓直流輸電模型及特性
3.6.1 LCC-HVDC模型
3.6.2 LCC-HVDC控制結構
3.6.3 VSC-HVDC模型
第4章 電力系統小干擾穩定
4.1 動態系統穩定性的基本概念
4.1.1 狀態空間表示法
4.1.2 動態系統的穩定性
4.1.3 狀態方程線性化
4.1.4 李雅普諾夫穩定性分析
4.2 狀態矩陣的特征行為
4.2.1 特征值及特征向量
4.2.2 模態矩陣和動態系統的自由運動
4.2.3 模態、靈敏度和參與因子
4.2.4 可控性和可觀察性
4.2.5 復頻率的概念
4.2.6 特征特性和傳遞函數之間的關系
4.3 小干擾穩定分析的狀態空間法
4.3.1 經典模型表示的單機系統(Heffron-Philips模型)
4.3.2 多機系統的小干擾穩定性
4.4 小干擾穩定分析的復轉矩系數法
4.4.1 阻尼轉矩及同步轉矩中的系數
4.4.2 阻尼轉矩與同步轉矩(快速勵磁系統)
4.5 小干擾穩定分析的模態參數辨識法
4.5.1 TLS-ESPRIT算法基本原理
4.5.2 基于TI。S-ESPRIT算法的系統辨識
第5章 電力系統低頻振蕩
5.1 問題與現狀分析
5.2 低頻振蕩特性分析
5.2.1 單機系統低頻振蕩機理
5.2.2 多機系統低頻振蕩模型及分析
5.3 電力系統穩定器
5.3.1 基本原理
5.3.2 設計方法之一——相位補償法
5.3.3 設計方法之二——特征根配置法
5.4 抑制低頻振蕩的高壓直流輸電附加控制技術
5.4.1 HVDC聯絡線附加控制
5.4.2 換流器控制的模型
5.4.3 無附加控制時的系統性能
5.4.4 附加控制以改善阻尼
5.5 低頻振蕩的控制敏感點及控制回路配對
5.5.1 控制敏感點挖掘
5.5.2 控制回路配對
第6章 電力系統次同步振蕩
6.1 次同步振蕩的基本概念
6.1.1 雙質塊彈性軸系
6.1.2 多質塊彈性軸系
6.2 次同步振蕩產生機理
6.2.1 感應發電機效應
6.2.2 機電扭振互作用
6.2.3 軸系力矩放大作用
6.2.4 其他電氣裝置引發的次同步振蕩
6.3 次同步振蕩分析方法
6.3.1 時域仿真分析法
6.3.2 復轉矩系數分析法
6。3.3 基于李雅普諾夫理論的次同步振蕩分析法
6.4 次同步振蕩監測技術與抑制措施
6.4.1 次同步振蕩的監測技術
6.4.2 次同步振蕩的抑制措施
6.4.3 采用TCSC抑制發電機組次同步振蕩
第7章 電力系統功角暫態穩定
7.1 概念與研究方法
7.2 暫態穩定的物理過程分析
7.2.1 大擾動后發電機轉子的相對運動過程
7.2.2 等面積定則
7.2.3 等面積定則的應用
7.3 復雜系統暫態穩定的時域響應及求解
7.3.1 電力系統各元件的數學模型
7.3.2 電力系統暫態穩定性的計算條件
7.3.3 時域響應的求解
7.4 暫態穩定分析的直接法
7.4.1 暫態能量函數法的描述
7.4.2 單機無窮大系統的直接法分析
7.4.3 復雜系統的暫態能量函數
7.4.4 直接法在復雜系統功角暫態穩定分析中的應用
7.5 自動調節系統對功角暫態穩定的影響
7.5.1 自動勵磁調節系統的影響
7.5.2 考慮勵磁調節作用的暫態穩定分析
7.5.3 自動調速系統的作用
第8章 電力系統電壓穩定
8.1 電力系統電壓穩定性的基本概念
8.1.1 電壓穩定性的定義
8.1.2 電壓失穩物理現象與機理分析
8.2 分岔理論
8.2.1 分岔概念
8.2.2 鞍結分岔
8.2.3 極限誘導分岔
8.2.4 霍普夫分岔
8.3 電力系統靜態電壓穩定性
8.3.1 概述
8.3.2 靜態電壓穩定性指標
8.3.3 連續潮流法與直接法的應用
8.4 電力系統動態電壓穩定性
8.4.1 概述
8.4.2 電壓失穩時間框架分析
8.4.3 系統動態模型及時域仿真
8.5 電壓穩定性控制系統功能要求
8.5.1 離線研究與在線研究
8.5.2 電壓穩定性的事故篩選、排序與評估
8.5.3 電壓穩定性的預防與校正控制
第9章 電力系統頻率穩定
9.1 基本概念及發展歷程
9.1.1 電力系統頻率穩定的特點
9.1.2 頻率安全穩定分析的發展歷程
9.1.3 頻率安全穩定控制的發展歷程
9.2 電力系統的頻率特性
9.2.1 電力系統的靜態頻率特性
9.2.2 電力系統的動態頻率特性
9.2.3 電力電子設備接入對頻率特性的影響
9.3 電力系統的頻率調整
9.3.1 電力系統的一次頻率調整
9.3.2 電力系統的二次頻率調整
9.3.3 新能源發電參與系統頻率調整
9.3.4 直流輸電參與系統頻率調整
9.4 頻率穩定性分析方法
9.4.1 靜態頻率穩定判據
9.4.2 暫態頻率穩定判據
9.4.3 頻率穩定性分析方法
9.5 頻率安全穩定性評估指標
9.5.1 頻率安全的描述
9.5.2 基于頻率安全二元表的暫態頻率偏移安全裕度
9.5.3 基于頻率響應曲線的暫態頻率穩定性評估指標
9.6 提高頻率安全穩定的措施
9.6.1 提高系統頻率穩定的措施
9.6.2 電力系統高頻切機
9.6.3 電力系統低頻減載
第10章 電力系統安全分析
10.1 基本概念及發展態勢
10.2 靜態安全分析方法及建模
10.2.1 安全性評估方法
10.2.2 風險理論與電網運行狀態安全性分析
10.2.3 復雜網絡理論在電網安全風險評估中的應用
10.3 災難性事故與電網安全性評估
10.3.1 災難性事故災變因素及根源分析
10.3.2 連鎖故障模式識別
10.3.3 連鎖故障狀態下的電網災難性事故安全性評估
10.4 動態安全分析
10.4.1 動態安全分析的基本概念
10.4.2 動態安全分析方法
10.4.3 動態安全域法
符號列表