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本書包括穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析兩部分內容，現代電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析部分重點闡述電力網絡矩陣、電力網絡方程、潮流模型的建立和潮流方程的求解方法、實現技術及應用。現代電力系統(tǒng)暫態(tài)分析部分重點闡述元件動態(tài)特性和動態(tài)數學模型、電力系統(tǒng)復雜故障分析、電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)穩(wěn)定的計算分析方法。兩部分都是先從如何建立數學模型開始，再分別使用相應的求解方法對現代電力系統(tǒng)正常穩(wěn)態(tài)和故障暫態(tài)進行求解，并利用計算機技術，通過軟件編程以實現對現代電力系統(tǒng)的仿真計算分析的思路，為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠、經濟運行提供合適的解決方案。

本書在《現代電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》版的基礎上，增加了現代電力系統(tǒng)暫態(tài)分析部分的內容，對其他內容也作了適當的調整和刪增，使教材內容與目前并入新能源的現代電力系統(tǒng)結合得更緊密�，F代電力系統(tǒng)分析作為電氣工程專業(yè)研究生的核心專業(yè)課程，既有極強的理論邏輯性，又有一定的工程實踐性。在學習該課程前需具備電網絡理論、*優(yōu)化計算、非線性規(guī)劃、矩陣論和數值分析等前續(xù)課程知識。新能源和分布式發(fā)電的并入加劇了現代電力系統(tǒng)的復雜度，尤其是大電網潮流計算時各種潮流算法通過計算機編程實現方面。由于該課程具有內容廣、概念多、計算繁、公式推導復雜等特點，因此它一直是難點課程。為此需要尋找和配置合適的課程教材，基于此編寫了《現代電力系統(tǒng)分析》。本書包括穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析兩部分內容，現代電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析部分重點闡述電力網絡矩陣、電力網絡方程、潮流模型的建立和潮流方程的求解方法、實現技術及應用。現代電力系統(tǒng)暫態(tài)分析部分重點闡述電力系統(tǒng)復雜故障分析、元件動態(tài)特性和動態(tài)數學模型、電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)穩(wěn)定的計算分析方法。兩部分都是先從如何建立數學模型開始，再分別使用相應的求解方法對現代電力系統(tǒng)正常穩(wěn)態(tài)和故障暫態(tài)進行求解的，并利用計算機技術，通過軟件編程實現對現代電力系統(tǒng)的仿真計算分析，為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠、經濟運行提供合適的解決方案。本書得到2019年湖南省研究生教學平臺湖南省研究生高水平教材項目(現代電力系統(tǒng)分析)和湖南省研究生優(yōu)質課程項目(現代電力電子技術)的資助，本書的編寫得到了各位同仁的幫助和支持，在此對他們表示衷心的感謝，同時對本書所參考文獻的各位作者以及電力行業(yè)的各位前輩表示感謝。由于作者水平有限，書中存在不妥之處在所難免，懇請讀者給予批評指正。編者2021年7月

篇穩(wěn)態(tài)分析部分

1緒論(3)

1.1現代電力系統(tǒng)概述(3)

1.2現代電力系統(tǒng)分析的基本特點與功能(4)

1.3現代電力系統(tǒng)分析的基本思路(5)

2電力系統(tǒng)的網絡分析和兩大約束(7)

2.1網絡和網絡拓撲分析(7)

2.1.1網絡的概念(7)

2.1.2網絡的物理模型和數學模型(7)

2.1.3網絡拓撲分析(7)

2.2網絡的約束(10)

2.2.1元件的特性約束(10)

2.2.2電力網絡支路的特性約束(10)

2.2.3電力網絡支路方程(11)

2.3網絡的拓撲約束(12)

2.3.1圖的基本概念(12)

2.3.2關聯矩陣(13)

2.4關聯矢量與支路的數學描述(16)

2.4.1一般無源支路(16)

2.4.2廣義無源支路(17)

3電力系統(tǒng)網絡矩陣和潮流方程(20)

3.1節(jié)點導納矩陣(20)

3.1.1節(jié)點不定導納矩陣(20)

3.1.2節(jié)點定導納矩陣(21)

3.1.3節(jié)點導納矩陣Y的形成(22)

3.1.4節(jié)點導納矩陣表達式的推導(27)

3.1.5導納矩陣中元素的物理意義(27)

3.1.6節(jié)點導納矩陣的修改(28)

3.2節(jié)點阻抗矩陣(32)

3.2.1節(jié)點阻抗矩陣的物理意義(32)

3.2.2節(jié)點阻抗矩陣的性質(33)

3.2.3節(jié)點阻抗矩陣的形成(34)

3.2.4節(jié)點阻抗矩陣的修正(38)

3.3潮流計算的數學模型(38)

3.3.1潮流計算的網絡結構(39)

3.3.2潮流方程(39)

3.3.3節(jié)點的分類(41)

3.3.4潮流方程的個數(42)

現代電力系統(tǒng)分析目錄4電力網絡變換、化簡和等值(44)

4.1網絡變換(44)

4.2網絡化簡(47)

4.2.1用導納矩陣形式表示(47)

4.2.2用阻抗矩陣形式表示(48)

4.3網絡等值(49)

4.4諾頓等值和戴維南等值(53)

4.4.1單端口網絡(53)

4.4.2多端口網絡(56)

4.4.3網絡變更時諾頓等值和戴維南等值的修正(58)

5電力系統(tǒng)潮流的求解方法(61)

5.1概述(61)

5.2高斯賽德爾法(63)

5.3牛頓拉夫遜法(67)

5.3.1牛頓拉夫遜法的數學描述(67)

5.3.2潮流的牛頓拉夫遜法(68)

5.3.3直角坐標形式的牛頓拉夫遜法(68)

5.3.4極坐標形式的牛頓拉夫遜法(70)

5.3.5用牛頓拉夫遜法求解電力系統(tǒng)潮流的程序框圖(72)

5.4直流潮流法(73)

5.5快速分解法(76)

5.6保留非線性潮流法(81)

5.6.1直角坐標系下的二階潮流法(81)

5.6.2任意坐標形式下的保留非線性潮流法(83)

5.6.3直角坐標形式包含二階項的快速潮流法(85)

6潮流和病態(tài)潮流計算(90)

6.1概述(90)

6.2潮流的數學模型(91)

6.2.1潮流的變量(91)

6.2.2潮流的目標函數(91)

6.2.3潮流的約束條件(92)

6.2.4潮流的模型(93)

6.3潮流算法(93)

6.4簡化梯度算法潮流(95)

6.4.1僅有等式約束條件時的算法(96)

6.4.2不等式約束條件的處理(98)

6.4.3簡化梯度潮流算法及原理圖(99)

6.4.4簡化梯度潮流算法的性能分析(99)

6.5牛頓潮流算法(100)

6.5.1基本原理(101)

6.5.2基于海森矩陣的潮流牛頓法(101)

6.6有功無功交叉逼近潮流算法(104)

6.6.1算法簡介(105)

6.6.2特點分析(106)

6.7潮流內點法(107)

6.7.1基本原理(107)

6.7.2流程圖(110)

6.8基于電力市場環(huán)境的潮流計算(111)

6.8.1實時電價計算及其輔助服務定價(111)

6.8.2阻塞管理(113)

6.8.3可用傳輸容量估計(115)

6.8.4輸電費用計算(116)

6.9病態(tài)潮流的計算(116)

6.9.1潮流方程解的存在性(117)

6.9.2乘子法(119)

6.9.3連續(xù)潮流法(122)

7實現潮流算法的稀疏技術(128)

7.1概述(128)

7.2稀疏技術(129)

7.2.1稀疏矩陣和稀疏矢量的存儲方法(129)

7.2.2稀疏矩陣的因子分解(133)

7.3稀疏矩陣技術的圖論描述(140)

7.3.1基本概念(140)

7.3.2圖上因子分解(142)

7.4圖上前代和回代(146)

7.5稀疏矢量技術(148)

7.6節(jié)點優(yōu)化編號順序的優(yōu)先(150)

8潮流計算中的自動調整控制和開斷模擬(155)

8.1自動調整控制(155)

8.1.1負荷的電壓靜態(tài)特性(155)

8.1.2節(jié)點類型轉換和多V節(jié)點計算(157)

8.1.3中樞點電壓和聯絡線功率控制(162)

8.2開斷模擬(165)

8.2.1支路開斷模擬(165)

8.2.2發(fā)電機開斷模擬(172)

8.3預想事故的自動選擇(175)

9交直流電力系統(tǒng)的潮流計算(178)

9.1概述(178)

9.2交直流電力系統(tǒng)潮流計算的數學模型(179)

9.3直流電力系統(tǒng)模型(180)

9.3.1直流電力系統(tǒng)標幺制(180)

9.3.2直流電力系統(tǒng)方程式(180)

9.4交直流電力系統(tǒng)潮流算法(182)

9.4.1聯合求解法(182)

9.4.2交替求解法(184)

第二篇暫態(tài)分析部分

10電力系統(tǒng)復雜故障分析(191)

10.1用于故障分析的坐標變換(191)

10.1.1雙軸變換(191)

10.1.2兩相變換(193)

10.1.3瞬時值對稱分量變換(194)

10.1.4對稱分量變換(195)

10.1.5坐標變換的運用(196)

10.2簡單故障的再分析(197)

10.2.1短路故障通用復合(198)

10.2.2斷線故障通用復合(199)

10.3用于故障分析的兩端口網絡方程(201)

10.3.1阻抗型參數方程(201)

10.3.2導納型參數方程(202)

10.3.3混合型參數方程(203)

10.4復雜故障分析(204)

10.4.1串聯串聯型雙重故障分析(204)

10.4.2并聯并聯型雙重故障分析(206)

10.4.3串聯并聯型雙重故障分析(208)

10.4.4多重故障分析(209)

11電力系統(tǒng)元件的動態(tài)特性和數學模型(211)

11.1概述(211)

11.2同步發(fā)電機的數學模型(212)

11.2.1 abc軸下同步電機的方程(213)

11.2.2dq0軸下同步電機的方程(217)

11.2.3用電機參數表示的同步電機方程(220)

11.2.4同步電機的穩(wěn)態(tài)方程(221)

11.2.5同步電機實用模型(222)

11.3發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的數學模型(226)

11.3.1直流勵磁機的數學模型(227)

11.3.2交流勵磁機的數學模型(229)

11.3.3典型勵磁系統(tǒng)的數學模型(230)

11.4原動機及調速系統(tǒng)的數學模型(232)

11.4.1汽輪機數學模型(232)

11.4.2水輪機數學模型(233)

11.4.3典型調速器數學模型(234)

11.5負荷的數學模型(237)

11.5.1恒定阻抗模型(237)

11.5.2負荷靜態(tài)模型(238)

11.5.3負荷動態(tài)模型(239)

12電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程分析(245)

12.1概述(245)

12.1.1短路計算的應用(246)

12.1.2潮流計算的應用(246)

12.1.3機電暫態(tài)計算的應用(246)

12.1.4電磁暫態(tài)計算的應用(247)

12.2電磁暫態(tài)過程數值計算的基本方法(247)

12.2.1集中參數元件的電磁暫態(tài)等值計算電路(248)

12.2.2單根分布參數線路的貝瑞隆(Bergeron)等值計算電路(251)

12.2.3暫態(tài)等值計算網絡的形成及求解(254)

12.2.4開關操作與數值振蕩問題(257)

12.2.5非線性元件的計算方法(262)

12.3集中參數元件的電磁暫態(tài)等值計算電路(268)

12.3.1電阻、電感串聯耦合電路(268)

12.3.2電容耦合電路(270)

12.3.3變壓器電磁暫態(tài)模型(271)

13電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析(279)

13.1概述(279)

13.2電力系統(tǒng)機電暫態(tài)分析(280)

13.3暫態(tài)穩(wěn)定分析的時域仿真法(281)

13.3.1時域仿真基本原理(281)

13.3.2全系統(tǒng)數學模型的組成(281)

13.3.3時域仿真法分析過程(282)

13.3.4發(fā)電機和機網接口處理、負荷節(jié)點處理(285)

13.4暫態(tài)穩(wěn)定分析的直接法(292)

13.4.1單機無窮大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的直接法(295)

13.4.2兩機系統(tǒng)直接法暫態(tài)穩(wěn)定分析的數學模型(298)

13.4.3多機系統(tǒng)直接法暫態(tài)穩(wěn)定分析的數學模型(299)

13.5相關不穩(wěn)定平衡點法(305)

13.5.1RUEP及臨界能量的求取(305)

13.5.2用RUEP分析暫態(tài)穩(wěn)定的步驟(306)

13.6勢能界面法(307)

13.7擴展等面積法(311)

13.8綜合法直接暫態(tài)穩(wěn)定分析(314)

參考文獻(317)

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