本书共分为三部分,第1部分为电力系统保护,介绍了变压器保护,同步发电机保护,输电线路保护,系统保护,数字继电保护,利用录波器录波分析系统性能,系统大停电事故等方面的研究内容。第2部分为电力系统动态与稳定性,介绍了电力系统稳定性,暂态稳定性,小信号稳定性和电力系统振荡,电压稳定性,直接法稳定性分析,电力系统稳定控制,电力系统动态建模,广域监测和态势感知,电力系统稳定性与动态安全性能评估,含汽轮发电机电力系统的动态相互作用,电力系统风电接入,柔性交流输电系统(FACTS)的研究内容。第3部分为电力系统运行与控制,介绍了能量管理,发电控制(经济调度、机组组合),状态估计,优潮流计算,安全性分析的研究内容。本书深入浅出、通俗易懂,非常适合作为电气工程类专业本科生与研究生的教材,也可作为电力系统控制领域研究人员的参考书。
封面
译者序
主编简介
撰稿人
第1部分 电力系统保护
第1章 变压器保护
1.1 变压器故障类型
1.2 变压器保护类型
1.2.1 电气量
1.2.2 机械量
1.2.3 热量
1.3 特殊情况
1.3.1 电流互感器
1.3.2 励磁涌流(初始励磁涌流、恢复性涌流、和应涌流)
1.3.3 一-二次侧相移
1.3.4 匝间故障
1.3.5 穿越性故障
1.3.6 后备保护
1.4 特殊应用
1.4.1 并联电抗器
1.4.2 Zig-Zag变压器
1.4.3 相位角调节器和电压调节器
1.4.4 单元系统
1.4.5 单相变压器
1.4.6 持续电压不平衡
1.5 恢复
1.5.1 历史
1.5.2 示波器、事件记录器、气体监测器
1.5.3 生产日期
1.5.4 励磁涌流
1.5.5 继电器动作
参考文献
第2章 同步发电机保护
2.1 功能简介
2.2 定子故障的差动保护(87G)
2.3 定子绕组接地故障保护
2.4 励磁(回路)接地保护
2.5 失磁保护(40)
2.6 不平衡电流(46)
2.7 逆功率保护(32)
2.8 过励磁保护(24)
2.9 过电压(59)
2.10 电压不平衡保护(60)
2.11 系统后备保护(51V和21)
2.12 失步保护
2.13 汽轮发电机频率异常运行
2.14 发电机误上电保护
2.15 发电机断路器失灵
2.16 发电机切机原则
2.17 发电机数字多功能继电器的影响
2.17.1 改善信号处理
2.17.2 改善保护功能
参考文献
第3章 输电线路保护
3.1 继电保护的性质
3.1.1 可靠性
3.1.2 保护区
3.1.3 速动性
3.1.4 主保护和后备保护
3.1.5 重合闸
3.1.6 系统配置
3.2 电流保护
3.2.1 熔断器
3.2.2 反时限过电流继电器
3.2.3 瞬时过电流继电器
3.2.4 方向过电流继电器
3.3 距离继电器
3.3.1 阻抗继电器
3.3.2 导纳继电器
3.3.3 电抗继电器
3.4 纵联保护
3.4.1 方向比较
3.4.2 远方跳闸
3.4.3 相位比较
3.4.4 导引线
3.4.5 电流差动
3.5 继电器设计
3.5.1 机电式继电器
3.5.2 固态继电器
3.5.3 微机保护
参考文献
第4章 系统保护
4.1 简介
4.2 扰动:原因和补救措施[7]
4.3 暂态稳定与失步保护
4.4 过载和低频减载
4.5 电压稳定性和低压减载
4.6 特殊保护方案
4.7 现状:技术基础
4.7.1 相量测量技术[7]
4.7.2 通信技术[7]
4.8 未来在控制和保护方面的改进
参考文献
第5章 数字继电保护
5.1 采样
5.2 抗混叠滤波器
5.3 Σ-ΔA-D转换器
5.4 相量采样
5.5 对称分量
5.6 算法
5.6.1 参数估计
5.6.2 最小二乘拟合
5.6.3 离散傅里叶变换(DFT)
5.6.4 微分方程
5.6.5 卡尔曼滤波器
5.6.6 小波变换
5.6.7 神经网络
参考文献
第6章 利用录波器录波分析系统性能
第7章 系统大停电事故
参考文献
第2部分 电力系统动态与稳定性
第8章 电力系统稳定性
8.1 基本概念
8.2 电力系统稳定性分类
8.2.1 分类需求
8.2.2 功角稳定性
8.2.3 电压稳定性
8.2.4 频率稳定性
8.2.5 分类评述
8.3 稳定性问题历史回顾
8.4 考虑稳定性的电力系统设计与运行
致谢
参考文献
第9章 暂态稳定性
9.1 引言
9.2 暂态稳定性的基本原理
9.2.1 摇摆方程
9.2.2 有功-功角特性
9.2.3 等面积定则
9.3 暂态稳定性的分析方法
9.3.1 建模
9.3.2 分析方法
9.3.3 仿真研究
9.4 影响暂态稳定性的因素
9.5 系统设计中对暂态稳定性的考虑
9.6 系统运行中对暂态稳定性的考虑
参考文献
第10章 小信号稳定性和电力系统振荡
10.1 电力系统振荡的本质
10.1.1 历史背景
10.1.2 基于相互作用特性对电力系统振荡分类
10.1.3 电力系统振荡本质的总结
10.2 阻尼判据
10.3 研究步骤
10.3.1 研究目标
10.3.2 性能要求
10.3.3 建模要求
10.3.4 系统状态设置
10.3.5 分析和验证
10.4 抑制电力系统振荡
10.4.1 定位
10.4.2 控制目标
10.4.3 闭环控制设计
10.4.4 输入信号选择
10.4.5 输入信号滤波
10.4.6 控制方法
10.4.7 增益选择
10.4.8 控制输出限制
10.4.9 性能评估
10.4.10 不良副作用
10.4.11 电力系统稳定器调试案例
10.5 小扰动稳定分析的高阶项
10.6 模态辨识
10.7 总结
参考文献
第11章 电压稳定性
11.1 基本概念
11.1.1 发电机-负荷算例
11.1.2 负荷模型
11.1.3 负荷动态特性对电压稳定性的影响
11.2 分析框架
11.2.1 潮流分析
11.2.2 连续潮流法
11.2.3 优化或直接法
11.2.4 时间尺度分解
11.3 电压稳定问题的缓解
参考文献
第12章 直接法稳定性分析
12.1 直接法文献回顾
12.2 电力系统模型
12.2.1 稳定理论回顾
12.3 暂态能量函数
12.4 暂态稳定评估
12.5 确定主导UEP
12.6 边界主导UEP法
12.7 TEF法的应用和改进模型
参考文献
第13章 电力系统稳定控制
13.1 电力系统同步稳定基础概述
13.2 电力系统稳定控制的概念
13.2.1 反馈控制
13.2.2 前馈控制
13.2.3 同步转矩和阻尼转矩
13.2.4 有效性和鲁棒性
13.2.5 制动器
13.2.6 可靠性准则
13.3 电力系统稳定控制类型和线性控制可能性
13.3.1 励磁控制
13.3.2 包括快关汽门的原动机控制
13.3.3 切机控制
13.3.4 快速故障切除、快速重合和单相投切
13.3.5 动态制动
13.3.6 切负荷与调节
13.3.7 无功补偿设备投切与调节
13.3.8 电压源逆变器注入电流
13.3.9 快速电压相角控制
13.3.10 HVDC线路附加控制
13.3.11 变速(双馈)同步机组
13.3.12 可控解列和低频减载
13.4 动态安全评估
13.5 智能控制
13.6 广域稳定控制
13.7 电力行业重构对稳定控制的影响
13.8 近期停电事故的总结
13.9 总结
参考文献
第14章 电力系统动态建模
14.1 建模要求
14.2 发电机模型
14.2.1 转子机械运动模型
14.2.2 发电机电气模型
14.2.3 饱和建模
14.3 励磁系统建模
14.4 原动机建模
14.4.1 风力发电机系统
14.5 负荷建模
14.6 输电设备建模
14.6.1 静止无功系统
14.7 动态等效
参考文献
第15章 广域监测和态势感知
15.1 引言
15.1.1 广域监测和态势感知的驱动因素
15.1.2 什么是态势感知
15.1.3 电网运行的态势感知
15.1.4 电网操作员可视化发展
15.2 WAMS结构
15.2.1 相量测量单元(PMU)
15.2.2 相量数据集中器(PDC)
15.2.3 相量网关和北美同步相量计划网(NASPInet)
15.2.4 新兴规约与标准
15.3 WAMS监视应用
15.3.1 相角监视与告警
15.3.2 小扰动稳定监视
15.3.3 电压稳定监视
15.3.4 暂态稳定监视
15.3.5 改进状态估计
15.4 WAMS在北美的应用
15.4.1 北美同步相量技术的主动性
15.5 WAMS在世界范围内的应用
15.5.1 WAMS在欧洲的应用
15.5.2 WAMS在巴西的应用
15.6 WAMS发展路线图
参考文献
第16章 电力系统稳定性与动态安全性能评估
16.1 定义与历史回顾
16.2 关注的现象
16.3 安全准则
16.4 建模
16.4.1 电力系统网络
16.4.2 发电机
16.4.3 负荷
16.4.4 先进输电技术
16.4.5 保护设备
16.4.6 模型验证
16.5 分析方法
16.5.1 潮流分析
16.5.2 P-V分析与连续潮流法
16.5.3 时域仿真
16.5.4 特征值分析
16.5.5 直接法
16.5.6 其他方法
16.6 控制与加强
16.7 离线DSA
16.8 在线DSA
16.8.1 监控系统安全
16.8.2 确定稳定极限
16.8.3 建议预防与校正控制措施
16.8.4 处理分布式与随机变化电源
16.8.5 校验特殊保护系统(SPS)
16.8.6 处理电力市场交易
16.8.7 确定有功与无功备用
16.8.8 安排设备维护
16.8.9 校验并验证电力系统模型
16.8.10 为系统研究准备模型
16.8.11 系统恢复
16.8.12 事件事后分析
16.9 现状与总结
参考文献
第17章 含汽轮发电机电力系统的动态相互作用
17.1 引言
17.2 次同步谐振
17.2.1 已知的SSR事件
17.2.2 SSR术语和定义
17.2.3 SSR物理原理
17.2.4 抑制SSR
17.2.5 SSR分析
17.2.6 SSR应对措施
17.2.7 疲劳损伤与监视
17.2.8 SSR测试
17.2.9 总结
17.3 装置引起的次同步振荡
17.3.1 HVDC变流器控制
17.3.2 变速电动机控制器
17.3.3 电力系统稳定器(PSS)
17.3.4 可再生能源项目与其他相互作用
17.4 超同步谐振(SPSR)
17.4.1 已知的SPSR事件
17.4.2 SPSR物理原理
17.4.3 SPSR应对措施
17.5 装置引起的超同步振荡
17.5.1 已知的DDSPSO事件
17.5.2 DDSPSO物理原理
17.5.3 DDSPSO应对措施
17.6 暂态轴系转矩振荡
参考文献
第18章 电力系统风电接入
18.1 引言
18.2 背景
18.3 风力机发电单元结构
18.3.1 恒速WTG
18.3.2 变速WTG
18.3.3 Ⅲ型和Ⅳ型WTG控制
18.4 风力发电系统
18.4.1 陆上风电场
18.4.2 海上风电场
18.5 风电场建模与控制
18.5.1 风电场建模
18.5.2 风电场级控制
参考文献
第19章 柔性交流输电系统(FACTS)
19.1 引言
19.2 FACTS概念
19.3 输电线路无功补偿
19.4 静止无功补偿器
19.4.1 工作原理
19.4.2 SVC电压控制
19.4.3 SVC应用
19.5 晶闸管控制串联补偿器
19.5.1 工作原理
19.5.2 TCSC应用
19.6 静止同步补偿器
19.6.1 工作原理
19.6.2 STATCOM应用
19.7 静止同步串联补偿器
19.7.1 工作原理
19.7.2 SSSC应用
19.8 统一潮流控制器
19.8.1 工作原理
19.8.2 UPFC应用
19.9 带储能的FACTS控制器
19.9.1 超导储能(SMES)
19.9.2 电池储能(BESS)
19.10 FACTS控制器的协调控制
19.10.1 多个FACTS控制器间的协调
19.10.2 长期电压-无功管理中与传统设备的协调
19.11 安装FACTS以改善电力系统动态性能
19.12 结论
参考文献
第3部分 电力系统运行与控制
第20章 能量管理
20.1 电力系统数据采集和控制
20.2 自动发电控制
20.2.1 负荷频率控制
20.2.2 经济调度
20.2.3 备用监测
20.2.4 交互任务调度
20.3 负荷管理
20.4 能量管理
20.5 安全控制
20.6 操作员培训仿真系统
20.6.1 能量控制系统
20.6.2 电力系统动态仿真
20.6.3 指令系统
20.7 能量管理的发展趋势
参考文献
补充信息
第21章 发电控制:经济调度和机组组合
21.1 经济调度
21.1.1 经济调度的定义
21.1.2 EDC中需要考虑的因素
21.1.3 EDC和系统限制
21.1.4 EDC的目的
21.1.5 传统EDC的数学公式
21.1.6 EDC求解技术
21.1.7 EDC成本最小化的例子
21.1.8 EDC与竞拍
21.2 机组组合问题
21.2.1 机组组合定义
21.2.2 解决UC问题需要考虑的因素
21.2.3 UC的数学公式
21.2.4 EDC对于UC求解的重要性
21.2.5 解决方案
21.2.6 UC遗传算法
21.2.7 机组的委托与拍卖
21.3 经济生产运行的总和
参考文献
第22章 状态估计
22.1 状态估计问题
22.1.1 基本假设
22.1.2 测量的表达
22.1.3 解决方案
22.2 状态估计操作
22.2.1 网络拓扑结构的评估
22.2.2 错误识别
22.2.3 不可观察性
22.3 状态估计问题案例
22.3.1 系统描述
22.3.2 WLS状态估计过程
22.4 定义术语
参考文献
第23章 最优潮流计算
23.1 传统的最优经济调度
23.2 传统的OPF计算
23.2.1 应用于OPF的最优化方法
23.3 结合负荷模型的OPF
23.3.1 负荷模型
23.3.2 静态负荷模型
23.3.3 包含负荷模型的传统的OPF研究
23.3.4 包含负荷模型的安全约束OPF
23.3.5 标准OPF解的误差
23.4 包含负荷建模的SCOPF
23.4.1 固定抽头变压器给负荷供电的影响
23.5 在线实现的操作要求
23.5.1 速度要求
23.5.2 与初始值相关的OPF解的鲁棒性
23.5.3 离散建模
23.5.4 检测与操作的不可行性
23.5.5 通过其他在线函数得到的OPF解的一致性
23.5.6 无效的最优重调度
23.5.7 以OPF为基础的输电服务定价
23.6 总结
参考文献
第24章 安全性分析
24.1 定义
24.2 安全相关决策的时间框架
24.3 模型
24.4 决定论与概率
24.4.1 安全管制
24.A 附录A
24.A.1 标准
24.B 附录B
24.B.1 转移因子的推导(Galiana,1984)
参考文献
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