在電力系統的歷史回顧和未來趨勢的展望的序言后，第二章幫助學生對之前的術語進行了一個簡要的回顧。本章回顧了相位的概念、功率、以及單相和三相電路。第3章到第5章研究了電力變壓器，包括獨立系統、傳輸線參數以及傳輸線的穩態運行。第6章研究了潮流計算，包括牛頓-拉夫遜法、風力發電的潮流建模、經濟調度以及優化潮流。這幾章提供了對電力系統在三相平衡、穩態和正常運行下的基本理解。第7章到第10章則介紹了在常規電力系統短路保護下的對稱故障、對稱參數、不對稱故障以及系統保護。第11章研究了暫態穩定性，包括搖擺方程式、等面積法則、以及考慮風力發電系統的多機穩定性。第12章介紹了電力系統控制，包括發電機電壓控制、渦輪調速機控制、以及載荷頻率控制。
前 言
最新版最有價值的PowerWorld仿真軟件（19版）也包含并融入其中。
主要特點本書展現了當前的實際應用和新技術，涵蓋了很多正在重建的電力行業。書中還列舉了許多詳細的實例、插圖，涵蓋了大多數已提出的理論點，介紹了PowerWorld仿真軟件的第19版。第19版包含了潮流、最優潮流、偶然性事件分析、短路、暫態穩定，可以將完全處理過的算例用計算機求解實現。
本書包含了一章與智能電網相關的配電內容，還包含了風力發電機在系統潮流及暫態穩定性方面建立模型的若干討論。另外，本書中有四種滿足ABET要求的項目設計。
PowerWorld 仿真工程教育中的一大難題是如何令學生對所學系統有一個直觀的感受。工程系統絕大部分情況下都是比較復雜的。盡管依靠紙和筆的練習對掌握基礎知識很有用，但往往在直觀洞察力上有所欠缺。為了給學生提供這種直觀的洞察力，本書使用PowerWorld仿真軟件第19版來整合基于計算機的算例、問題以及項目設計。
PowerWorld仿真軟件最初開發于伊利諾伊大學厄本那香檳分校（UIUC），為從事電力行業的非技術人員提供基本的電力系統知識，軟件1.0版于1994年6月開始使用。程序的交互性和圖形設計使得該軟件作為一種教育工具立即大熱，但是一件有趣的事情發生了，它的交互性和圖形設計也吸引著工程師用來分析實際的電力系統。為了滿足越來越多的用戶需求，PowerWorld仿真軟件隨著PowerWorld公司的成立在1996年正式商業化，同時保留其在教育方面的吸引力。多年來PowerWorld仿真軟件已演變成一流的分析軟件包，能夠處理任意大小的電力系統。PowerWorld仿真軟件現在被應用于整個電力行業，用戶范圍廣，包括大學、大大小小的公共設施、政府監管機構、電力營銷和咨詢公司。
在PowerWorld仿真軟件與文本的一體化過程中，我們的設計理念已經是使用該軟件來擴展的，而不是取代以前版本中提供的完全處理好的例子。因此，除非問題嚴重到使其無法使用，每一個PowerWorld仿真軟件樣本都會包含一個全手動解決方案，和相關PowerWorld仿真軟件案例。這個模式讓學生能看到一個問題是如何解決的，同時看清電腦是如何解決問題的。除此之外PowerWorld仿真軟件還能輕松擴展實例。通過它的互動設計，學生可以快速改變例子里的參數，并即時獲取參數對運算方式的影響。通過改變實例里的變量，學生能實時接收到系統反饋，并幫助學生最終理解運算解決過程。PowerWorld仿真軟件的交互和視覺設計同樣對教師在班級里操作演示是個好工具。教師可通過使用PowerWorld仿真軟件里的眾多實例輕松演示眾多文本話題。更多PowerWorld仿真軟件功能在文本問題和設計項目中有介紹。
說明使用本書，應假設學生在開始這門課程之前已經有了電網絡理論基礎，包括暫態分析和線性系統的常微分方程、矩陣論和計算機編程的背景。
此外，學過電機學將對這門課程有所幫助，但不一定是必需的。
安排本書適用于所有的大三及研一學生兩學期的教學。書的章節編排和個別內容安排非常靈活，便于導師去選擇想要教學的主題，特別是在第一學期中。本書中不僅涵蓋了大部分理論知識的實例便于學生去理解，而且這個版本對之前計算難題和計算機難題進行了重新修訂。
在電力系統的歷史回顧和未來趨勢的展望的引言后，第2章幫助學生對基本概念進行了一個簡要的回顧。本章回顧了相位的概念、功率以及單相和三相電路。第3~5章研究了電力變壓器，包括獨立系統、傳輸線參數以及傳輸線的穩態運行。第6章研究了潮流計算，包括牛頓-拉夫遜法、風力發電的潮流建模、經濟調度以及優化潮流。這幾章提供了對電力系統在三相平衡、穩態和正常運行下的基本理解。第7~9章則介紹了在常規電力系統短路保護下的對稱故障、對稱參數、不對稱故障。第10章研究了暫態穩定性，包括搖擺方程式、等面積法則以及考慮風力發電系統的多機穩定性。第11章介紹了電力系統控制，包括發電機電壓控制、渦輪調速機控制以及載荷頻率控制。
Contents
Preface iii
ChAPTER 1 Introduction 1
Case Study: How the Free Market Rocked the Grid 2
1.1History of Electric Power Systems 10
1.2Present and Future Trends 17
1.3Electric Utility Industry Structure 20
1.4Computers in Power System Engineering 21
1.5PowerWorld Simulator 22
ChAPTER 2 Fundamentals 29
Case Study: Key Connections 30
2.1Phasors 38
2.2Instantaneous Power in Single-Phase AC Circuits 40
2.3Complex Power 45
2.4Network Equations 50
2.5Balanced Three-Phase Circuits 53
2.6Power in Balanced Three-Phase Circuits 61
2.7Advantages of Balanced Three-Phase versus Single-Phase Systems 66
ChAPTER 3 Power Transformers 69
Case Study: Power Transformers—Life Management and Extension 70
3.1The Ideal Transformer 77
3.2Equivalent Circuits for Practical Transformers 83
3.3 The Per-Unit System 89
ChAPTER 4
3.4Three-Phase Transformer Connections and Phase Shift 97
3.5Per-Unit Equivalent Circuits of Balanced Three-Phase Two-Winding Transformers 102
3.6Three-Winding Transformers 107
3.7Autotransformers 111
3.8Transformers with Off-Nominal Turns Ratios 113
Transmission Line Parameters 123
Case Study: Integrating North America’s Power Grid 124 Case Study: Grid Congestion - Unclogging the Arteries
of North America’s Power Grid 129
4.1Transmission Line Design Considerations 135
4.2Resistance 140
4.3Conductance 143
4.4Inductance: Solid Cylindrical Conductor 143
4.5Inductance: Single-Phase Two-Wire Line and Three-Phase Three-Wire Line with Equal Phase Spacing 148
4.6Inductance: Composite Conductors, Unequal Phase Spacing, Bundled Conductors 150
4.7Series Impedances: Three-Phase Line with Neutral Conductors and Earth Return 158
4.8Electric Field and Voltage: Solid Cylindrical Conductor 163
4.9Capacitance: Single-Phase Two-Wire Line and Three-Phase Three-Wire Line with Equal Phase Spacing 166
4.10Capacitance: Stranded Conductors, Unequal Phase Spacing, Bundled Conductors 168
4.11Shunt Admittances: Lines with Neutral Conductors and Earth Return 172
4.12Electric Field Strength at Conductor Surfaces and at Ground Level 177
4.13Parallel Circuit Three-Phase Lines 180
Contents
ChAPTER 5 Transmission Lines: Steady-State Operation 183
Case Study: The ABCs of HVDC Transmission Technologies: An Overview of High Voltage Direct Current Systems and Applications 184
5.1Medium and Short Line Approximations 204
5.2Transmission-Line Differential Equations 211
5.3Equivalent p Circuit 217
5.4Lossless Lines 220
5.5Maximum Power Flow 228
5.6Line Loadability 230
5.7Reactive Compensation Techniques 235
ChAPTER 6 Power Flows 241
Case Study: Finding Flexibility—Cycling the Conventional Fleet 242
6.1Direct Solutions to Linear Algebraic Equations: Gauss Elimination 262
6.2Iterative Solutions to Linear Algebraic Equations: Jacobi and Gauss-Seidel 266
6.3Iterative Solutions to Nonlinear Algebraic Equations: Newton-Raphson 272
6.4The Power Flow Problem 277
6.5Power Flow Solution by Gauss-Seidel 283
6.6Power Flow Solution by Newton-Raphson 285
6.7Control of Power Flow 295
6.8Sparsity Techniques 301
6.9Fast Decoupled Power Flow 304
6.10The “DC” Power Flow 304
6.11Power Flow Modeling of Wind Generation 306
6.12Economic Dispatch 308
6.13Optimal Power Flow 321
ChAPTER 7 Symmetrical Faults 325
Case Study: Short-Circuit Modeling of a Wind Power Plant 326
7.1Series R–L Circuit Transients 345
7.2Three-Phase Short Circuit—Unloaded Synchronous Machine 348
ChAPTER 8
ChAPTER 9
ChAPTER 10
7.3Power System Three-Phase Short Circuits 352
7.4Bus Impedance Matrix 355
7.5Circuit Breaker and Fuse Selection 365
Symmetrical Components 373
Case Study: Technological Progress in High-Voltage Gas-Insulated Substations 374
8.1Definition of Symmetrical Components 391
8.2Sequence Networks of Impedance Loads 397
8.3Sequence Networks of Series Impedances 404
8.4Sequence Networks of Three-Phase Lines 406
8.5Sequence Networks of Rotating Machines 408
8.6Per-Unit Sequence Models of Three-Phase Two-Winding Transformers 414
8.7Per-Unit Sequence Models of Three-Phase Three-Winding Transformers 420
8.8Power
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