电力系统分析 第2版
作者：穆钢
ISBN：978-7-111-74745-1
所属丛书：“十三五”国家重点出版物出版规划项目 卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划
机 械 工 业 出 版 社全书共分12章,主要内容有:电力系统的基本概念;电力系统稳态分析各元件特性及建模、简单和复杂电力系统的潮流计算方法、有功功率平衡和频率调整、电压调整和无功补偿;电力系统短路故障概述、对称短路故障和不对称故障计算原理和方法;发电机及其他动态元件的建模、电力系统稳定性概述、电力系统静态稳定性和暂态稳定性分析。
在每章中都安排有与该章内容相关的工程引例和扩展阅读,并配有相应的习题和自行开发的计算平台,有助于初学者了解所学内容的工程背景及发展趋势,并初步具备利用仿真工具分析电力系统问题的能力。每章后都有在线测试题,读者可以扫描二维码进行在线自测。
书中的大量扩展阅读资料,有助于学生了解我国电力系统发展的成就和未来发展趋势,更好地树立强电报国的理想和信念。
本书可作为高等学校本科电气工程及其自动化专业的教学用书,也可作为高职高专相关专业教材,同时可供电力系统行业的工程技术人员参考。
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装订：平装
编辑：王雅新
开本：16
出版日期：
2024-03-12
字数：560 千字
最新版印次：2-1
最新印次时间：2024-03-12
定价：69.8
cip：2024001724
图书简介
机 械 工 业 出 版 社全书共分12章,主要内容有:电力系统的基本概念;电力系统稳态分析各元件特性及建模、简单和复杂电力系统的潮流计算方法、有功功率平衡和频率调整、电压调整和无功补偿;电力系统短路故障概述、对称短路故障和不对称故障计算原理和方法;发电机及其他动态元件的建模、电力系统稳定性概述、电力系统静态稳定性和暂态稳定性分析。
在每章中都安排有与该章内容相关的工程引例和扩展阅读,并配有相应的习题和自行开发的计算平台,有助于初学者了解所学内容的工程背景及发展趋势,并初步具备利用仿真工具分析电力系统问题的能力。每章后都有在线测试题,读者可以扫描二维码进行在线自测。
书中的大量扩展阅读资料,有助于学生了解我国电力系统发展的成就和未来发展趋势,更好地树立强电报国的理想和信念。
本书可作为高等学校本科电气工程及其自动化专业的教学用书,也可作为高职高专相关专业教材,同时可供电力系统行业的工程技术人员参考。
作者信息
高等院校教师
章节目录
目录
序
前言
第1章电力系统的基本概念1
1.1电力系统概述1
1.1.1电力系统的形成和发展1
1.1.2现代电力系统3
1.1.3电力系统的基本参量和接线图4
1.2电力系统运行应满足的基本要求6
1.2.1电能生产和供应的特点6
1.2.2电力系统运行的基本要求7
1.3电力系统的接线方式9
1.3.1几种典型接线方式的特点9
1.3.2电气设备的额定电压要求10
1.4电力系统分析课程的内容和相关研究工具12
1.4.1电力系统分析课程的定位和主要内容12
1.4.2电力系统研究工具简介12
小结14
扩展阅读1.1我国电力系统未来发展的展望14
习题16
第2章电力系统元件特性和数学模型17
【引例】17
2.1交流电路中的功率18
2.1.1单相正弦交流电路的功率18
2.1.2三相正弦交流电路的功率20
2.1.3电功率与电能量的关系22
2.2电力线路的参数和数学模型22
2.2.1电力线路分类和结构特点22
2.2.2架空交流输电线路的参数25
2.2.3电力线路的数学模型28
2.2.4输电线路的自然功率31
2.3电力变压器的参数和等效电路32
2.3.1电力变压器的等效电路32
2.3.2双绕组变压器的参数计算34
2.3.3三绕组变压器参数计算35
2.3.4变压器Π形等效电路37
2.4发电机组的稳态运行特性39
2.5负荷的静态特性和等效模型41
2.5.1负荷的静态特性41
2.5.2电力系统计算中的负荷等效模型42
2.6电力网络的数学模型43
2.6.1电力网络等效电路43
2.6.2标幺制43
2.6.3不同电压等级电网中各元件参数标幺值的计算46
2.6.4基准值改变时标幺值的换算49
2.6.5标幺值的简化计算方法49
小结51
扩展阅读2.1输电网扩展规划简介52
习题53
第3章简单电力系统的潮流计算与分析54
【引例】54
3.1稳态运行时输电元件的功率、电压关系55
3.1.1稳态运行时电力线路的功率、电压关系55
3.1.2分析电力线路运行状态的功率圆图60
3.1.3稳态运行时变压器的功率、电压关系62
3.2潮流计算中的功率等效和简化64
3.3简单电力网络的潮流计算与分析65
3.3.1辐射网的潮流计算65
3.3.2简单环网的潮流计算70
3.3.3两端供电网的潮流初始分布计算74
3.4电力网络潮流的调整控制76
3.4.1潮流调控的必要性76
3.4.2借附加串联加压器控制潮流76
3.4.3借柔性交流输电装置控制潮流79
小结81
扩展阅读3.1分布式电源接入对主动配电网潮流的影响81
扩展阅读3.2电磁环网的运行问题82
习题83
第4章复杂电力系统的潮流计算方法85
【引例】85
4.1一般电力网络功率方程86
4.1.1节点电压方程88
4.1.2网络结构变化时节点导纳矩阵的修改90
4.1.3电力网络的功率方程和节点类型划分91
4.2牛顿法潮流计算94
4.2.1求解非线性代数方程的牛顿-拉夫逊法94
4.2.2潮流计算的修正方程式97
4.2.3牛顿-拉夫逊法潮流计算的基本步骤100
4.3PQ分解法潮流计算102
小结105
扩展阅读4.1交直流混联系统的潮流计算105
扩展阅读4.2最优潮流107
扩展阅读4.3电力系统状态估计108
习题109
第5章电力系统有功功率平衡和频率调整112
【引例1】112
【引例2】113
5.1电力系统的有功功率平衡113
5.1.1频率偏移的起因及其影响113
5.1.2有功负荷变化的分类和平衡对策115
5.1.3有功功率备用容量116
5.2电力系统有功功率的经济分配117
5.2.1各类发电厂的运行特点与机组组合117
5.2.2电力系统有功负荷在发电机间的最优分配119
5.3电力系统的频率调整126
5.3.1电力系统及其元件的功率-频率特性126
5.3.2有功功率不平衡量与频率偏移的定量关系130
小结136
扩展阅读5.1电力系统自动发电控制(AGC)137
扩展阅读5.2防止频率过度降低的紧急控制—低频减载138
习题139
第6章电力系统的电压调整和无功补偿141
【引例】141
6.1电力系统电压调整的必要性142
6.2电力系统电压调整的定量关系144
6.2.1简单电力系统中电压调整的定量关系144
6.2.2复杂电力系统中电压调整的定量关系145
6.3不同运行方式下调压控制量的协调147
6.4无功电源的运行特性和调压控制量计算150
6.4.1无功电源的运行特性150
6.4.2变压器分接头计算153
6.4.3无功补偿设备的最小补偿容量计算155
6.4.4调压措施的综合运用158
小结158
扩展阅读6.1电力系统的自动电压控制(AVC)159
扩展阅读6.2电压九区图控制法160
习题161
第7章电力系统对称短路电流的计算方法163
【引例】163
7.1电力系统短路故障概述163
7.2电力系统三相短路电流分析166
7.2.1恒定电动势源电路的三相短路电流分析166
7.2.2同步发电机三相短路电流的主要特征分析168
7.2.3短路冲击电流和短路电流有效值168
7.3短路电流周期分量初始值计算170
7.3.1短路电流近似计算时的计算条件170
7.3.2简单电力系统短路电流的计算171
7.3.3复杂电力系统短路电流的计算172
7.4短路电流的计算机计算172
7.4.1等效网络173
7.4.2基于节点阻抗矩阵的稳态短路电流计算方法174
7.4.3基于节点导纳矩阵的稳态短路电流计算方法175
7.4.4输电线路非端点位置短路时短路电流计算方法176
小结177
扩展阅读7.1大电网短路电流超标问题177
习题178
第8章电力系统不对称故障的分析和计算181
【引例】181
8.1对称分量法的基本原理182
8.1.1同频率三相不对称相量的对称分量变换182
8.1.2不对称短路计算的序网络电压方程184
8.2电力系统接地方式及各元件的序阻抗188
8.2.1电力系统中性点接地方式188
8.2.2同步发电机的负序电抗和零序电抗188
8.2.3异步电动机的负序电抗和零序电抗189
8.2.4变压器的零序等效电路及其参数190
8.2.5输电线路的零序阻抗及其等效电路193
8.3电力系统的各序网络198
8.4简单不对称短路的计算199
8.4.1单相接地短路200
8.4.2相间短路201
8.4.3两相短路接地203
8.4.4正序等效定则205
8.5非故障处电流和电压的计算206
8.5.1对称分量经变压器后的相位变换206
8.5.2不对称短路的序网络的电压分布208
8.6非全相断线的分析计算209
小结212
扩展阅读8.1小电流接地系统及其故障选线213
习题214
第9章同步发电机的基本方程及三相突然短路分析216
【引例】216
9.1同步发电机的结构与abc坐标系下的基本方程217
9.2派克变换与dq0坐标系下的同步发电机基本方程220
9.3同步发电机的基本参数226
9.3.1同步发电机的稳态参数226
9.3.2同步发电机的暂态参数227
9.4同步发电机突然短路后的电流波形和分析232
9.5应用同步发电机基本方程(拉普拉斯运算形式)分析突然三相短路电流234
9.5.1不计阻尼绕组时的短路电流235
9.5.2计及阻尼绕组时同步发电机突然三相短路电流表达式241
9.6同步发电机机端突然三相短路时短路电流周期分量初始值的计算243
小结247
扩展阅读9.1分布式电源故障特性248
习题249
第10章电力系统稳定性问题概述和各元件的机电动态模型250
【引例】250
10.1电力系统运行状态稳定性概述251
10.1.1电力系统暂态过程的特点251
10.1.2一般动力学系统的稳定性概念和基本分析方法252
10.1.3电力系统稳定性分类254
10.2同步发电机组的机电特性255
10.2.1同步发电机组转子运动方程255
10.2.2同步发电机的电磁转矩和电磁功率258
10.2.3电动势变化过程的方程式268
10.3自动调节励磁系统的数学模型269
10.4用于机电暂态过程分析的负荷动态模型271
小结272
扩展阅读10.1《电力系统安全稳定导则》简介273
习题275
第11章电力系统运行状态的静态稳定性276
【引例】276
11.1简单电力系统运行状态的静态稳定性276
11.1.1静态稳定性的物理分析277
11.1.2静态稳定判据279
11.1.3静态稳定极限和储备系数279
11.2简单电力系统运行状态静态稳定性的数学分析280
11.2.1应用小干扰法分析简单系统运行状态的静态稳定性280
11.2.2阻尼对静态稳定性的影响284
11.3自动励磁调节系统对静态稳定性影响的分析286
11.4多机电力系统静态稳定性的基本分析方法293
11.5提高静态稳定性的措施294
11.5.1采用自动励磁调节器295
11.5.2减小元件的电抗295
11.5.3改善系统的结构和采用中间补偿设备296
小结296
扩展阅读11.1大规模互联电力系统低频振荡296
扩展阅读11.2串联电容补偿298
习题298
第12章电力系统运行状态经受大扰动后的暂态稳定性300
【引例】300
12.1暂态稳定性概述301
12.2简单系统运行状态经受大扰动后的暂态稳定性计算方法303
12.2.1故障扰动物理过程303
12.2.2等面积定则305
12.2.3简单系统暂态稳定分析的数值积分法310
12.3复杂电力系统暂态稳定性的数值仿真计算方法312
12.4提高暂态稳定性的措施和失稳后的控制317
12.4.1提高暂态稳定性的措施318
12.4.2电力系统失去暂态稳定后的控制措施321
小结321
扩展阅读12.1提高交直流混联电力系统暂态稳定性措施概述322
扩展阅读12.2电力系统暂态仿真简介323
习题324
附录325
附录A直角坐标系下的牛顿法潮流计算325
附录B短路后任意时刻短路电流周期分量的计算327
附录C同步电机定转子绕组的电感系数330
附录D同步电机的标幺制333
附录E计及阻尼绕组作用时同步机突然三相短路电流表达式338
附录F“电力系统分析”课程习题用扩展计算平台(EPSCPS)简介342
参考文献348
序
前言
第1章电力系统的基本概念1
1.1电力系统概述1
1.1.1电力系统的形成和发展1
1.1.2现代电力系统3
1.1.3电力系统的基本参量和接线图4
1.2电力系统运行应满足的基本要求6
1.2.1电能生产和供应的特点6
1.2.2电力系统运行的基本要求7
1.3电力系统的接线方式9
1.3.1几种典型接线方式的特点9
1.3.2电气设备的额定电压要求10
1.4电力系统分析课程的内容和相关研究工具12
1.4.1电力系统分析课程的定位和主要内容12
1.4.2电力系统研究工具简介12
小结14
扩展阅读1.1我国电力系统未来发展的展望14
习题16
第2章电力系统元件特性和数学模型17
【引例】17
2.1交流电路中的功率18
2.1.1单相正弦交流电路的功率18
2.1.2三相正弦交流电路的功率20
2.1.3电功率与电能量的关系22
2.2电力线路的参数和数学模型22
2.2.1电力线路分类和结构特点22
2.2.2架空交流输电线路的参数25
2.2.3电力线路的数学模型28
2.2.4输电线路的自然功率31
2.3电力变压器的参数和等效电路32
2.3.1电力变压器的等效电路32
2.3.2双绕组变压器的参数计算34
2.3.3三绕组变压器参数计算35
2.3.4变压器Π形等效电路37
2.4发电机组的稳态运行特性39
2.5负荷的静态特性和等效模型41
2.5.1负荷的静态特性41
2.5.2电力系统计算中的负荷等效模型42
2.6电力网络的数学模型43
2.6.1电力网络等效电路43
2.6.2标幺制43
2.6.3不同电压等级电网中各元件参数标幺值的计算46
2.6.4基准值改变时标幺值的换算49
2.6.5标幺值的简化计算方法49
小结51
扩展阅读2.1输电网扩展规划简介52
习题53
第3章简单电力系统的潮流计算与分析54
【引例】54
3.1稳态运行时输电元件的功率、电压关系55
3.1.1稳态运行时电力线路的功率、电压关系55
3.1.2分析电力线路运行状态的功率圆图60
3.1.3稳态运行时变压器的功率、电压关系62
3.2潮流计算中的功率等效和简化64
3.3简单电力网络的潮流计算与分析65
3.3.1辐射网的潮流计算65
3.3.2简单环网的潮流计算70
3.3.3两端供电网的潮流初始分布计算74
3.4电力网络潮流的调整控制76
3.4.1潮流调控的必要性76
3.4.2借附加串联加压器控制潮流76
3.4.3借柔性交流输电装置控制潮流79
小结81
扩展阅读3.1分布式电源接入对主动配电网潮流的影响81
扩展阅读3.2电磁环网的运行问题82
习题83
第4章复杂电力系统的潮流计算方法85
【引例】85
4.1一般电力网络功率方程86
4.1.1节点电压方程88
4.1.2网络结构变化时节点导纳矩阵的修改90
4.1.3电力网络的功率方程和节点类型划分91
4.2牛顿法潮流计算94
4.2.1求解非线性代数方程的牛顿-拉夫逊法94
4.2.2潮流计算的修正方程式97
4.2.3牛顿-拉夫逊法潮流计算的基本步骤100
4.3PQ分解法潮流计算102
小结105
扩展阅读4.1交直流混联系统的潮流计算105
扩展阅读4.2最优潮流107
扩展阅读4.3电力系统状态估计108
习题109
第5章电力系统有功功率平衡和频率调整112
【引例1】112
【引例2】113
5.1电力系统的有功功率平衡113
5.1.1频率偏移的起因及其影响113
5.1.2有功负荷变化的分类和平衡对策115
5.1.3有功功率备用容量116
5.2电力系统有功功率的经济分配117
5.2.1各类发电厂的运行特点与机组组合117
5.2.2电力系统有功负荷在发电机间的最优分配119
5.3电力系统的频率调整126
5.3.1电力系统及其元件的功率-频率特性126
5.3.2有功功率不平衡量与频率偏移的定量关系130
小结136
扩展阅读5.1电力系统自动发电控制(AGC)137
扩展阅读5.2防止频率过度降低的紧急控制—低频减载138
习题139
第6章电力系统的电压调整和无功补偿141
【引例】141
6.1电力系统电压调整的必要性142
6.2电力系统电压调整的定量关系144
6.2.1简单电力系统中电压调整的定量关系144
6.2.2复杂电力系统中电压调整的定量关系145
6.3不同运行方式下调压控制量的协调147
6.4无功电源的运行特性和调压控制量计算150
6.4.1无功电源的运行特性150
6.4.2变压器分接头计算153
6.4.3无功补偿设备的最小补偿容量计算155
6.4.4调压措施的综合运用158
小结158
扩展阅读6.1电力系统的自动电压控制(AVC)159
扩展阅读6.2电压九区图控制法160
习题161
第7章电力系统对称短路电流的计算方法163
【引例】163
7.1电力系统短路故障概述163
7.2电力系统三相短路电流分析166
7.2.1恒定电动势源电路的三相短路电流分析166
7.2.2同步发电机三相短路电流的主要特征分析168
7.2.3短路冲击电流和短路电流有效值168
7.3短路电流周期分量初始值计算170
7.3.1短路电流近似计算时的计算条件170
7.3.2简单电力系统短路电流的计算171
7.3.3复杂电力系统短路电流的计算172
7.4短路电流的计算机计算172
7.4.1等效网络173
7.4.2基于节点阻抗矩阵的稳态短路电流计算方法174
7.4.3基于节点导纳矩阵的稳态短路电流计算方法175
7.4.4输电线路非端点位置短路时短路电流计算方法176
小结177
扩展阅读7.1大电网短路电流超标问题177
习题178
第8章电力系统不对称故障的分析和计算181
【引例】181
8.1对称分量法的基本原理182
8.1.1同频率三相不对称相量的对称分量变换182
8.1.2不对称短路计算的序网络电压方程184
8.2电力系统接地方式及各元件的序阻抗188
8.2.1电力系统中性点接地方式188
8.2.2同步发电机的负序电抗和零序电抗188
8.2.3异步电动机的负序电抗和零序电抗189
8.2.4变压器的零序等效电路及其参数190
8.2.5输电线路的零序阻抗及其等效电路193
8.3电力系统的各序网络198
8.4简单不对称短路的计算199
8.4.1单相接地短路200
8.4.2相间短路201
8.4.3两相短路接地203
8.4.4正序等效定则205
8.5非故障处电流和电压的计算206
8.5.1对称分量经变压器后的相位变换206
8.5.2不对称短路的序网络的电压分布208
8.6非全相断线的分析计算209
小结212
扩展阅读8.1小电流接地系统及其故障选线213
习题214
第9章同步发电机的基本方程及三相突然短路分析216
【引例】216
9.1同步发电机的结构与abc坐标系下的基本方程217
9.2派克变换与dq0坐标系下的同步发电机基本方程220
9.3同步发电机的基本参数226
9.3.1同步发电机的稳态参数226
9.3.2同步发电机的暂态参数227
9.4同步发电机突然短路后的电流波形和分析232
9.5应用同步发电机基本方程(拉普拉斯运算形式)分析突然三相短路电流234
9.5.1不计阻尼绕组时的短路电流235
9.5.2计及阻尼绕组时同步发电机突然三相短路电流表达式241
9.6同步发电机机端突然三相短路时短路电流周期分量初始值的计算243
小结247
扩展阅读9.1分布式电源故障特性248
习题249
第10章电力系统稳定性问题概述和各元件的机电动态模型250
【引例】250
10.1电力系统运行状态稳定性概述251
10.1.1电力系统暂态过程的特点251
10.1.2一般动力学系统的稳定性概念和基本分析方法252
10.1.3电力系统稳定性分类254
10.2同步发电机组的机电特性255
10.2.1同步发电机组转子运动方程255
10.2.2同步发电机的电磁转矩和电磁功率258
10.2.3电动势变化过程的方程式268
10.3自动调节励磁系统的数学模型269
10.4用于机电暂态过程分析的负荷动态模型271
小结272
扩展阅读10.1《电力系统安全稳定导则》简介273
习题275
第11章电力系统运行状态的静态稳定性276
【引例】276
11.1简单电力系统运行状态的静态稳定性276
11.1.1静态稳定性的物理分析277
11.1.2静态稳定判据279
11.1.3静态稳定极限和储备系数279
11.2简单电力系统运行状态静态稳定性的数学分析280
11.2.1应用小干扰法分析简单系统运行状态的静态稳定性280
11.2.2阻尼对静态稳定性的影响284
11.3自动励磁调节系统对静态稳定性影响的分析286
11.4多机电力系统静态稳定性的基本分析方法293
11.5提高静态稳定性的措施294
11.5.1采用自动励磁调节器295
11.5.2减小元件的电抗295
11.5.3改善系统的结构和采用中间补偿设备296
小结296
扩展阅读11.1大规模互联电力系统低频振荡296
扩展阅读11.2串联电容补偿298
习题298
第12章电力系统运行状态经受大扰动后的暂态稳定性300
【引例】300
12.1暂态稳定性概述301
12.2简单系统运行状态经受大扰动后的暂态稳定性计算方法303
12.2.1故障扰动物理过程303
12.2.2等面积定则305
12.2.3简单系统暂态稳定分析的数值积分法310
12.3复杂电力系统暂态稳定性的数值仿真计算方法312
12.4提高暂态稳定性的措施和失稳后的控制317
12.4.1提高暂态稳定性的措施318
12.4.2电力系统失去暂态稳定后的控制措施321
小结321
扩展阅读12.1提高交直流混联电力系统暂态稳定性措施概述322
扩展阅读12.2电力系统暂态仿真简介323
习题324
附录325
附录A直角坐标系下的牛顿法潮流计算325
附录B短路后任意时刻短路电流周期分量的计算327
附录C同步电机定转子绕组的电感系数330
附录D同步电机的标幺制333
附录E计及阻尼绕组作用时同步机突然三相短路电流表达式338
附录F“电力系统分析”课程习题用扩展计算平台(EPSCPS)简介342
参考文献348
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