电力系统稳定性：建模、分析与控制

译者序

原书前言

第 1 章 电力系统稳定性综述 1

1.1 概论 1

1.2 电力系统稳定性的理解 1

1.3 电力系统稳定性的分类 2

1.3.1 小信号稳定性 2

1.3.2 暂态稳定性 4

1.4 建模需要 5

1.5 稳定裕度增加 5

参考文献 6

第Ⅰ部分 建模

第 2 章 同步电机的建模 9

2.1 简介 9

2.2 同步电机方程 9

2.2.1 磁链方程 9

2.2.2 电压方程 10

2.2.3 转矩方程 11

2.3 派克变换 11

2.4 同步电机方程的变换 12

2.4.1 磁链方程的变换 12

2.4.2 定子电压方程的变换 13

2.4.3 转矩方程的变换 16

2.5 电机参数标幺值 17

2.5.1 转矩和功率方程 20

2.6 同步电机等效电路 21

2.7 磁链状态空间模型 22

2.7.1 未饱和模型 22

2.7.2 饱和模型 26

2.8 电流状态空间模型 27

参考文献 29

第 3 章 同步电机并网 30

3.1 同步电机与无穷大母线连接 30

3.1.1 磁链状态空间模型 31

3.1.2 电流状态空间模型 34

3.2 同步电机与综合电力系统连接 36

3.3 同步电机在不同运行模式中的参数 36

3.4 同步电机简化模型 39

3.4.1 经典模型 39

3.4.2 E′q模型 40

3.5 励磁系统 43

3.5.1 励磁系统建模 44

3.6 原动机控制系统建模 47

3.6.1 水轮机 47

3.6.2 汽轮机 49

参考文献 50

第 4 章 变压器、 输电线路与负载建模 52

4.1 变压器 52

4.1.1 双绕组变压器建模 52

4.1.2 移相变压器建模 58

4.2 输电线 60

4.2.1 输电线电流和电压关系 60

4.2.2 输电线建模 61

4.3 负荷 62

4.3.1 静态负荷模型 62

4.3.2 动态负荷模型 64

4.4 关于稳定性和潮流分析的负载建模评价 65

参考文献 66

第Ⅱ部分 电力系统潮流

第 5 章 电力系统潮流分析 71

5.1 一般性概念 71

5.2 牛顿迭代法 72

5.2.1 极坐标系下的潮流方程计算方法 73

5.2.2 直角坐标系下的潮流计算方法 74

5.3 高斯 － 赛德尔迭代法 79

5.4 P － Q 分解法 81

5.4.1 快速分解法 81

参考文献 84

第 6 章 最优潮流 85

6.1 问题公式化 85

6.2 求解问题 86

6.3 有动态安全约束下的 OPF 89

参考文献 92

第Ⅲ部分 稳定性分析

第 7 章 小信号稳定性 97

7.1 基础概念 97

7.1.1 平衡点 98

7.1.2 平衡点的稳定性 99

7.1.3 同步电机的相量图 100

7.2 小信号稳定性 101

7.2.1 强制状态变量方程 107

7.3 同步发电机的电流状态空间线性模型 108

7.4 同步发电机的线性磁链空间状态模型 114

7.5 多机系统的小信号稳定性 118

参考文献 121

第 8 章 暂态稳定性 123

8.1 同步发电机模型 124

8.2 数值积分技术 127

8.3 简单电力系统暂态稳定性评估 127

8.4 多机电力系统的暂态稳定性分析 133

参考文献 145

第 9 章 暂态能量函数法 146

9.1 稳定性概率的定义 146

9.1.1 正定有界函数 147

9.1.2 负定有界函数 147

9.1.3 引理 147

9.1.4 稳定性区域 147

9.1.5 李雅普诺夫函数理论 147

9.2 单机无穷大系统的稳定性 148

9.3 多机电力系统的稳定性 154

9.3.1 能量平衡方法 155

9.3.2 暂态能量函数 （TEF） 法 159

参考文献 164

第Ⅳ部分 稳定性的提高与控制

第 10 章 人工智能技术 167

10.1 人工神经网络 167

10.2 神经网络拓扑结构 168

10.2.1 单层前馈结构 168

10.2.2 多层前馈结构 168

10.2.3 递归网络 169

10.2.4 反向传播学习算法 169

10.3 模糊逻辑系统 171

10.3.1 模糊集合论 171

10.3.2 语言变量 172

10.3.3 模糊 IF － THEN 规则 172

10.3.4 模糊系统的结构 172

10.4 神经模糊系统 173

10.4.1 自适应神经模糊推理系统 173

10.4.2 神经模糊控制结构 175

10.4.3 在线自适应技术 176

10.5 自适应简化神经模糊控制 177

10.5.1 规则库结构简化 177

10.6 自适应简易模糊逻辑控制的控制系统设计 179

参考文献 180

第 11 章 电力系统稳定器 182

11.1 常规 PSS 182

11.1.1 常见的 PSS 配置 182

11.1.2 PSS 输入信号 183

11.1.3 常见的 PSS 特性 184

11.2 基于自适应控制的 PSS 184

11.2.1 直接自适应控制 184

11.2.2 间接自适应控制 186

11.2.3 间接自适应控制策略 187

11.3 基于 PS 控制的 APSS 187

11.3.1 自动调节的 PS 控制策略 187

11.3.2 极移控制下的 PSS 性能研究 189

11.4 基于 AI 的 APSS 190

11.4.1 具有 NN 预测器和 NN控制器的 APSS 190

11.4.2 基于自适应网络的 FLC 192

11.5 合并分析和基于 AI 的 PSS 194

11.5.1 神经辨识器和 PS 控制下的 APSS 194

11.5.2 具有模糊逻辑辨识器和 PS 控制器的APSS 195

11.5.3 含有 RLS 辨识器的 APSS 和模糊逻辑控制 195

11.6 基于递归自适应控制的 APSS 197

11.7 结语 200

参考文献 200

第 12 章 串联补偿 204

12.1 输电线路参数定义 204

12.2 无损输电线路的补偿 205

12.2.1 串联补偿容量的确定方法 205

12.2.2 无功补偿对无损线路暂态稳定性的提升 207

12.3 长距离输电线 209

12.3.1 长距离输电线串联补偿 210

12.4 多机电力系统暂态稳定性的提升 215

12.5 功率传输能力的研究 219

12.6 小扰动稳定性的提升 220

12.7 次同步振荡 223

12.7.1 机械系统 223

12.7.2 电力网络 225

参考文献 228

第 13 章 并联补偿 230

13.1 无损输电线的并联补偿 230

13.1.1 并联补偿后的线路参数计算 230

13.1.2 经并联补偿无损线路暂态稳定性的提升 231

13.2 长距离输电线 233

13.3 静止无功补偿器 235

13.3.1 FC － TCR 补偿器的特征 236

13.3.2 FC － TCR 补偿器的建模 237

13.4 静止同步补偿器 （STATCOM） 243

13.5 并联补偿电力系统中 ASNFC 的应用 247

13.5.1 仿真分析 248

13.5.2 三相对地短路测试 248

参考文献 249

第 14 章 补偿装置 251

14.1 综述 251

14.2 柔性交流输电系统 251

14.2.1 晶闸管控制串联电容器 251

14.2.2 静止同步串联补偿器 253

14.2.3 静止无功补偿器 254

14.2.4 静止同步补偿器 256

14.2.5 移相变压器 257

14.2.6 统一潮流控制器 258

参考文献 259

第 15 章 最新技术 262

15.1 储能系统 262

15.1.1 化学储能系统 （电池） 263

15.1.2 飞轮储能 263

15.1.3 压缩空气储能 263

15.1.4 抽水蓄能 264

15.1.5 超级电容器 265

15.1.6 超导储能 265

15.2 超导的应用 271

15.2.1 超导同步发电机 271

15.2.2 超导电缆 272

15.2.3 超导变压器 272

15.2.4 超导限流器 272

15.2.5 超导电磁储能应用 275

15.2.6 储能系统的特征 277

15.3 同步相量测量单元 277

15.3.1 广域测量系统的结构 277

15.3.2 广域测量系统的优点 278

15.3.3 案例分析 279

参考文献 279

附录 282

附录Ⅰ 同步电机计算中参数的标幺化形式 282

附录Ⅱ 9 节点测试系统 288

附录Ⅲ 数值积分技术 290

附录Ⅳ 含 15 节点、 4 发电机的系统数据 293

《电力系统稳定性：建模、分析与控制》系统阐述了电力系统稳定性建模、分析与控制的理论与方法。《电力系统稳定性：建模、分析与控制》共15章，包括电力系统的建模、潮流、稳定性分析和稳定性的提高与控制四个部分。第I部分描述同步电机和电力系统元件的模型，第II部分讨论计算潮流及优潮流的方法，第III部分介绍稳定性计算和评估的方法，第IV部分给出增强稳定性的措施。《电力系统稳定性：建模、分析与控制》可供从事电力系统研究、设计、分析与控制的科研工作者及高校电力工程相关专业高年级师生参考。

本书涉及开关变换器建模、分析与控制方法的综合性理论和应用研究，具体内容包括：开关变换器的功率变换原理分析、开关变换器电路拓扑及其稳态特性、开关变换器的状态空间平均建模、开关变换器的时间平均等效电路、软开关变换器电路拓扑及其稳态特性、软开关变换器时间平均等效电路分析、软开关变换器广义状态空间平均建模、开关变换器调制与控制技术、电压型控制开关变换器分析与设计、电流型控制开关变换器分析与设计。

书名：可持续电力系统的建模与控制

丛书名：国际电气工程先进技术译丛

作者：王凌峰 主编 张凯峰 等译

出版社：机械工业出版社

出版日期：2013年7月

ISBN：9787111420521