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江晓东等著 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030483478

商品编码：10498700745

出版时间：2016-06-01

作  者:江晓东 等 著 定  价:168 出 版 社:科学出版社 出版日期:2016年06月01日 页  数:423 装  帧:精装 ISBN:9787030483478 ●序
●第1章概述
●1.1引言
●1.2运行环境的变化趋势
●1.3在线暂态稳定评估
●1.4对新工具的要求
●1.5直接法：局限与挑战
●1.6本书的目的
●第2章系统建模与稳定性问题
●2.1引言
●2.2电力系统的稳定性问题
●2.3模型结构与参数
●2.4基于测量的建模方法
●2.5电力系统的稳定性问题
●2.6稳定性分析方法
●2.7本章小结
●第3章非线性动力系统的李雅普诺夫稳定与稳定域
●3.1引言
●……

内容简介

本书全面系统从三个方面介绍了BCU方法的理论基础、计算方法论及数值方法和实际应用情况。全书共分25章，在针对性地提出了目前直接法的应用局限性后，提出了一整套依据不稳定平衡点进行电力系统暂态稳定分析的方法论。本书既包含直接法完整的理论基础，又涵盖了BCU求解的整套方法。

电力系统暂态稳定分析：基于刘教授经典理论的深入探讨 本书并非一本简单的教科书，而是一部凝聚了数十年电力系统稳定研究智慧的力作。它旨在为电力系统工程师、研究人员以及高年级本科生和研究生提供一个深入理解电力系统暂态稳定现象及其分析方法的理论框架。本书的核心在于系统地阐述和应用基于经典控制理论和数值仿真相结合的分析手段，特别是聚焦于在刘教授严谨而富有洞察力的理论体系指导下，如何准确、高效地评估电力系统在各种扰动下的动态响应。 第一部分：电力系统暂态稳定的基本概念与数学模型 在深入探究复杂分析方法之前，本书首先为读者构建坚实的基础。 第一章：电力系统的基本组成与运行特性。 详细介绍发电机、变压器、输电线路、负荷等关键电气元件的结构、参数以及它们在电力系统中的功能。我们将从最基本的能量转换过程入手，阐述电力系统是如何维持频率和电压的稳定，并讨论不同运行状态下的系统行为特性，例如正常运行、轻微扰动下的暂态响应以及可能发生的失步现象。本章还将简要回顾电力系统发展的历史，以及稳定问题在不同时期扮演的角色，从而引出暂态稳定分析的重要性。 第二章：暂态稳定性的定义与判定准则。 明确界定什么是电力系统的暂态稳定性，并区分它与稳态稳定和动态稳定。本书将深入分析导致系统失步的物理根源，即发电机转子角度的快速偏离。在此基础上，详细阐述经典的“等面积定则”（Equal Area Criterion, EAC）及其适用条件与局限性。虽然现代分析方法日益依赖数值仿真，但EAC作为一种直观的物理概念，对于理解暂态稳定行为的本质仍然具有不可替代的价值。我们将通过多种典型的系统结构和扰动场景，来演示EAC的计算与应用。 第三章：发电机、励磁系统及调速器的高精度数学模型。 这是进行精确暂态稳定分析的基石。我们将详细介绍发电机同步机模型的建立，从两轴d-q坐标系下的基本方程出发，推导功角方程（swing equation），并深入讨论不同阶次同步机模型（如一阶、三阶、五阶模型）的适用性及其参数的选取。对于励磁系统，本书将剖析各种典型励磁控制器的结构和动态特性，包括电压反馈、电流反馈、复合控制等，并给出相应的数学模型。特别地，对于现代高动态性能的励磁系统，如POSC-REM，我们将提供详细的模型推导和参数化方法。同样，对汽轮机调速系统（包括水轮机调速系统）的经典模型及其改进模型也将进行详尽的分析，重点关注其对发电机功率输出和频率响应的影响。本书将强调模型参数的准确性对于仿真结果可靠性的决定性作用，并提供一些参数辨识的思路。 第四章：输电线路、变压器及负荷的动态模型。 除了发电机和控制系统，其他电力元件的动态特性同样影响着系统的暂态稳定性。本书将详细介绍输电线路的集总参数模型和分布参数模型，以及在暂态分析中如何进行简化。变压器的动态模型，尤其是在有载调压变压器和饱和效应下的模型，也将被深入探讨。对于负荷模型，本书将区分静态负荷模型（恒定阻抗、恒定电流、恒定功率）和动态负荷模型，并分析不同负荷模型对系统稳定性的影响。尤其会强调，在大型互联系统中，负荷的动态行为对于系统整体稳定性的贡献不容忽视。 第二部分：电力系统暂态稳定分析的数值仿真方法 在构建了精确的数学模型之后，本书将聚焦于如何利用先进的数值计算技术来求解这些复杂的微分-代数方程组，从而实现对电力系统暂态稳定性的全面评估。 第五章：常微分方程组的数值求解方法。 暂态稳定分析的核心是求解包含大量变量和方程的非线性常微分方程组（ODE）和代数方程组（DAE）。本章将系统介绍几种常用的数值积分方法，包括欧拉法（Euler Method）、改进欧拉法（Improved Euler Method）、龙格-库塔法（Runge-Kutta Method）的各种阶次，如四阶龙格-库塔法（RK4）。本书将详细分析这些方法的原理、收敛性、稳定性和计算效率，并重点讨论它们在电力系统暂态稳定分析中的适用性。特别是，我们将深入比较显式方法和隐式方法的优缺点，以及它们在处理刚性问题（stiff problems）时的性能表现。 第六章：代数方程组的求解与潮流计算。 在每个时间步长，都需要求解潮流方程组以获得系统各点的电压幅值和相角。本书将详细阐述牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson Method）及其在潮流计算中的应用，包括其收敛速度、全局收敛性问题和雅可比矩阵的构建。还将介绍其他一些潮流计算方法，如高斯-赛德尔法（Gauss-Seidel Method），并讨论它们在不同场景下的优劣。此外，将讨论如何将潮流计算结果作为初始条件，为后续的暂态仿真提供支撑。 第七章：暂态稳定仿真程序的开发与应用。 本章将指导读者如何将上述数学模型和数值求解方法整合到一个完整的暂态稳定仿真程序中。我们将从程序的整体架构设计入手，包括数据结构、模块划分、输入输出接口等。然后，详细讲解如何实现各部分的计算功能，例如潮流计算模块、发电机模型积分模块、励磁系统及调速器积分模块、潮流更新模块等。本书将提供实际的程序设计思路和伪代码示例，帮助读者理解程序的实现细节。同时，还将重点讨论如何进行仿真参数的设置，如步长选择、收敛判据、计算精度等，以及如何对仿真结果进行后处理和可视化分析。 第八章：典型故障场景的仿真分析。 为了验证仿真程序的有效性并加深读者对暂态稳定行为的理解，本章将选取一系列典型的故障场景进行详细的仿真分析。这包括：单相接地故障、两相短路故障、三相短路故障、线路切除故障、发电机跳闸故障、负荷甩动故障等。对于每种故障，都将详细分析故障的性质、故障持续时间、故障清除过程，并预测系统在这些扰动下的动态响应，如功角曲线、频率偏差、电压波动等。本书将通过仿真结果，展示系统是否会失步，以及失步的程度，并探讨不同因素（如故障位置、故障类型、系统阻抗、发电机参数等）对系统稳定性的影响。 第三部分：提高电力系统暂态稳定性的措施与先进技术 在掌握了暂态稳定分析的方法之后，本书将进一步探讨如何通过各种技术手段来提高电力系统的暂态稳定性。 第九章：增强系统惯量的技术。 惯量是抵抗频率偏差的重要因素。本书将分析增加系统总惯量的方法，如采用大型发电机组、增加飞轮储能装置等。同时，还将介绍虚拟惯量技术，特别是新能源发电（如风电、光伏）如何通过电力电子接口模拟惯量，从而支持电网频率稳定。 第十章：快速励磁控制与动态无功补偿。 快速响应的励磁系统是提高发电机暂态功角稳定性的关键。本书将深入分析各种先进的励磁控制器，如静止同步补偿器（STATCOM）、动态电压恢复器（DVR）等，以及它们如何通过快速调节无功功率来稳定系统电压，进而影响暂态稳定性。特别是，我们将重点关注这些装置在故障期间如何提供快速的动态支撑，以避免系统电压崩溃或功角失稳。 第十一章：电力系统稳定器（PSS）的设计与整定。 PSS是用于抑制系统振荡、提高暂态稳定性的常用装置。本书将详细介绍PSS的工作原理，包括其结构、输入信号（如发电机转速、功角、频率等）和输出信号。我们将深入探讨各种类型的PSS，如基于速度信号的PSS、基于功角信号的PSS、基于复合信号的PSS，并分析其设计原则和参数整定方法。本书将提供实际的PSS整定算例，展示PSS如何有效地抑制功率振荡，提高系统稳定性裕度。 第十二章：高压直流输电（HVDC）在稳定分析中的作用。 HVDC技术因其快速的功率控制能力，在提高大跨距输电系统的暂态稳定性方面扮演着越来越重要的角色。本书将分析HVDC换流站的控制策略，特别是其在故障穿越、功率支撑和系统稳定控制方面的功能。我们将通过仿真算例，展示HVDC如何通过快速调节直流功率，缓解交流系统在扰动下的失稳风险。 第十三章：直流输电（AC/DC）混合系统稳定性分析。 随着新能源的大规模接入和对电网稳定性的更高要求，AC/DC混合系统的稳定性分析变得日益重要。本书将探讨如何耦合交流系统和直流系统进行联合仿真分析，特别是在发生交流侧故障或直流侧扰动时，如何评估整个系统的稳定性。还将介绍一些旨在提高AC/DC混合系统稳定性的控制策略。 第四部分：暂态稳定分析的进阶课题与未来展望 在掌握了基础理论和应用之后，本书将触及一些更深层次的议题，并展望电力系统暂态稳定研究的未来发展方向。 第十四章：系统失步检测与保护。 及时准确地检测系统失步是避免大面积停电的关键。本书将介绍各种失步检测算法，包括基于功角、频率、电压幅值以及综合指标的检测方法。还将讨论失步保护的策略，如就地保护、区域性保护和全网保护，以及如何协调这些保护措施以快速隔离失步区域，防止事故蔓延。 第十五章：考虑电网互联与阻尼功率流的稳定性分析。 在大规模互联系统中，不同区域之间的功率交换对系统的整体稳定性具有重要影响。本书将探讨在多区域电力系统中进行暂态稳定分析时面临的挑战，并介绍如何考虑阻尼功率流（Damping Power Flow）对系统动态特性的影响。 第十六章：新能源发电对暂态稳定性的影响与应对策略。 随着风电、光伏等间歇性、波动性电源的大规模接入，电力系统的暂态稳定性面临前所未有的挑战。本书将深入分析这些新能源接入对系统惯量、电压支撑、功率平衡等方面的影响，并探讨相应的应对策略，如强化电网互联、发展柔性直流输电、推广储能技术、开发新能源发电的暂态稳定控制功能等。 第十七章：未来电力系统稳定性的研究方向。 本章将展望电力系统暂态稳定研究的未来发展趋势。这包括：人工智能和机器学习在稳定分析中的应用（如故障预测、参数辨识、控制优化）、考虑更复杂的非线性因素（如发电机饱和、磁轭饱和、动态负荷特性）、发展更高效、更精确的仿真算法（如并行计算、GPU加速）、以及对直流电网、微电网等新型电力系统的稳定性研究。 本书的特点： 1. 理论严谨，逻辑清晰： 以经典的控制理论和物理原理为基础，系统阐述暂态稳定分析的理论框架。 2. 模型详尽，参数考究： 深入介绍各类电力元件的数学模型，并强调参数准确性的重要性。 3. 方法全面，应用广泛： 涵盖数值仿真、典型故障分析、稳定提升措施等多个方面。 4. 注重实践，易于理解： 通过算例和程序设计思路，帮助读者将理论知识转化为实际应用能力。 5. 前瞻性强，紧跟前沿： 探讨了新能源接入、AC/DC混合系统等最新研究课题，并对未来发展方向进行了展望。 通过阅读本书，读者不仅能够掌握电力系统暂态稳定分析的精髓，更能够培养独立分析和解决复杂电力系统稳定问题的能力，为保障电力系统的安全稳定运行贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏书中对于“信息融合与多源数据分析在稳定性评估中的应用”的探讨。在现代电力系统中，传感器的数量和种类日益增多，如何有效地利用这些多源数据来提升稳定性评估的精度和实时性，是一个重要的课题。本书从多个角度阐述了信息融合技术在直接法中的应用。我从中了解到，如何通过卡尔曼滤波、粒子滤波等技术，将不同传感器采集到的数据进行融合，从而构建更准确的系统状态估计，并在此基础上进行稳定性分析。书中还讨论了如何利用机器学习方法，从海量数据中学习系统的动力学特性，并将其用于构建更精确的李雅普诺夫函数。我尤其对书中关于“大数据分析”的讨论感到兴奋，它预示着未来电力系统稳定性分析将更加依赖于数据驱动的方法。书中还结合了一些实际案例，展示了如何通过多源数据融合来提前预警潜在的不稳定风险。

评分☆☆☆☆☆

我被书中对“人机交互与可视化技术在稳定性分析中的结合”的深入讲解所吸引。在复杂的电力系统分析过程中，清晰直观的可视化呈现方式，能够极大地提升分析效率和理解能力。本书详细阐述了如何将直接法的计算结果，通过图形化的方式展示出来，例如绘制相轨迹图、能量函数曲面图、以及系统状态演化动画等。我从中学习到了如何利用先进的可视化工具，来直观地展示系统的稳定性边界、不稳定区域以及故障发生后的动态响应过程。我尤其喜欢书中关于“实时监控与预警系统”的设计理念，它强调了如何将直接法的计算能力与实时数据采集系统相结合，构建一套能够实时监测系统稳定性并提前发出预警的系统。书中还探讨了如何通过人机交互界面，让操作人员能够直观地理解系统的运行状态，并及时做出决策。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开这本书时，首先吸引我的是其章节的安排。它并非简单地罗列概念，而是围绕“直接法”这一核心，构建了一个严密的知识体系。我特别关注了书中关于“等面积准则”和“滑模控制”在稳定性分析中的应用部分。等面积准则作为一种经典的暂态稳定性评估方法，在书中得到了非常详细的阐述，作者不仅介绍了其基本原理，还深入探讨了其局限性以及如何结合其他方法来克服。而对于滑模控制在电力系统稳定性中的应用，则是一种全新的视角，书中详细解释了滑模控制器的设计原理，以及如何利用其鲁棒性来提高系统的抗扰能力。我从中了解到，通过合理设计滑模切换函数，可以有效抑制系统在扰动下的非线性振荡，从而保证系统的长期稳定性。书中还穿插了一些关于“小干扰稳定性”和“大扰动稳定性”的对比分析，这对于我理解不同尺度下的系统行为非常有帮助。我特别对书中关于“能量函数法”的讲解印象深刻，作者通过不同区域的能量函数的计算，直观地展示了系统在不同状态下的能量变化趋势，以及能量的积累和耗散如何影响系统的稳定性。这种可视化、直观的分析方法，对于我这种需要借助图像和类比来理解抽象概念的学习者来说，无疑是极大的福音。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术严谨性，体现在其对每一个数学推导的清晰阐释，以及对每一个概念的准确定义。我尤其关注了书中关于“模型降阶与简化在直接法中的应用”的章节。实际的电力系统模型往往非常庞大和复杂，直接在全模型上进行稳定性分析计算量巨大。本书详细介绍了如何通过各种模型降阶技术，例如模态分析、主元分析等，将高维度的系统模型简化为低维度的模型，从而降低计算复杂度，提高分析效率。我从中学习到了如何识别模型中的关键状态变量和动力学特征，并在此基础上构建简化的模型。书中还讨论了模型降阶过程中可能引入的误差，以及如何通过选择合适的降阶方法来减小误差。我印象深刻的是书中对“多体动力学”在模型降阶中的应用，它为理解复杂机械系统的简化提供了一种新的思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计大气磅礴，深蓝色的背景衬托着金色的书名“电力系统稳定分析直接法”，给人一种专业、严谨的学术氛围。我是一名刚刚接触电力系统稳定分析领域的在读研究生，对这本似乎集大成的著作充满了好奇。我印象最深的是其中一个章节，它详细讲解了李雅普诺夫直接法的应用，从理论推导到具体算例，层层递进，逻辑清晰。作者以严谨的数学语言阐述了如何构造李雅普诺夫函数，并通过能量函数的概念来判断系统的稳定性。我特别喜欢其中对于不同类型扰动下系统动态响应的分析，例如在发电机突加负荷或线路跳闸等典型故障情况下，如何利用直接法快速准确地评估系统的暂态稳定性。书中还引用了大量国内外最新的研究成果，包括一些前沿的优化算法在直接法中的应用，比如模糊逻辑控制和神经网络在建立李雅普诺夫函数方面的探索。虽然有些内容对我而言还稍显晦涩，需要反复研读和与其它教材对照，但其深度和广度无疑为我打开了新的视野。我尤其赞赏作者在处理复杂系统时的系统性思维，他并没有将系统看作孤立的单元，而是强调了各个子系统之间相互耦合、相互影响的动态关系，这对于理解真实的电力系统运行至关重要。书中附带的附录中，还包含了大量实际工程案例的分析，这让我对理论知识的应用有了更直观的认识，也让我看到了直接法在解决实际工程问题中的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，在于它能够帮助读者构建一个系统的、全面的电力系统稳定分析框架。我尤其关注了书中关于“故障诊断与恢复策略研究”的部分。当电力系统发生故障时，如何快速准确地诊断故障的类型和位置，并制定有效的恢复策略，是保障系统安全稳定运行的关键。本书从直接法的角度，阐述了如何结合故障特征提取和状态重构技术，来实现故障的快速诊断。我从中学习到了如何利用系统的动态响应特征来判断故障类型，以及如何通过求解逆向动力学问题来推断故障发生前的系统状态。书中还详细介绍了如何利用直接法来评估不同恢复策略的效果，从而选择最优的恢复方案。我印象深刻的是书中对“故障传播与连锁反应”的分析，它揭示了单个故障可能引发一系列连锁反应，导致更大范围的系统崩溃。

评分☆☆☆☆☆

我被书中关于“历史状态回溯”的分析方法所吸引。在电力系统故障的发生和发展过程中，系统的状态时刻都在变化，而直接法能够帮助我们“回溯”系统故障前的关键状态，从而判断故障的严重程度以及系统的恢复能力。书中详细阐述了如何利用数值积分和逆向求解等方法来推断历史状态，并通过构建相应的评估指标来量化系统的稳定性。我从中学习到了如何识别“失效边界”，即系统状态可能导致不稳定的临界区域。这对于我理解系统的脆弱性和潜在风险非常有帮助。书中还结合了大量仿真算例，展示了如何在实际操作中应用这些方法。例如，在模拟线路接地故障时，通过直接法可以快速估算出故障持续时间和系统恢复所需的最小裕度。这种“事后诸葛亮”式的分析，对于事故复盘和经验总结具有重要的参考价值。我特别赞赏作者在处理复杂动力学模型时的耐心和细致，他并没有回避模型中的复杂性，而是试图通过直接法将其化繁为简，从中提炼出关键的稳定性判据。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格严谨而富有逻辑，我尤其喜欢其中关于“非线性系统分析的挑战与应对”这一章节。电力系统本质上是一个高度非线性的复杂系统，传统的线性分析方法在面对大扰动时显得力不从心。本书重点阐述了如何运用直接法来处理这种非线性特性。我从中学习到了如何通过引入非线性能量函数，并利用其梯度信息来判断系统的稳定性。书中还详细介绍了“分段线性化”和“多尺度分析”等方法，如何帮助我们近似处理复杂的非线性模型，从而实现更精确的稳定性评估。我印象深刻的是书中对“混沌现象”在电力系统中的讨论，虽然篇幅不多，但作者指出了在极端情况下，电力系统可能呈现出混沌行为，而直接法在这种情况下提供了另一种思考问题的角度。书中还对比了不同非线性分析方法的优劣，以及它们在电力系统稳定分析中的适用范围。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，在于它不仅仅是知识的堆砌，更是方法的传承。我尤其欣赏书中关于“新能源接入对电网稳定性的影响”这一章节。随着风电、光伏等新能源的大规模接入，传统电力系统的稳定性分析方法面临着巨大的挑战。本书从多个角度探讨了如何运用直接法来应对这些挑战。例如，书中详细介绍了如何将新能源的随机性和间歇性纳入稳定性评估模型，并提出了相应的改进型李雅普诺夫函数构造方法。我了解到，新能源的接入会使得系统的模型变得更加复杂，非线性特征更加显著，因此，直接法的优势就更加凸显出来。书中还分析了新能源可能引发的特有不稳定现象，如低频振荡和高频振荡，并给出了相应的分析和控制策略。我特别喜欢书中关于“概率性稳定性”的讨论，这是一种更贴近实际运行情况的稳定性概念，它考虑到系统中存在的各种不确定性，并通过概率的方法来评估系统的稳定裕度。这让我意识到，在未来的电力系统中，概率性分析将扮演越来越重要的角色。

评分☆☆☆☆☆

在我阅读的过程中，对书中关于“优化设计与稳定性协同”的部分留下了深刻的印象。这本书并没有将稳定性分析孤立起来，而是将其与电力系统的实际设计过程紧密结合。我了解到，在进行发电机组、输电线路等设备的设计时，如何通过考虑稳定性因素来优化设计参数，以获得更高的鲁棒性和可靠性。书中详细介绍了一些先进的优化算法，如遗传算法和粒子群算法，如何与直接法相结合，用于求解最优的控制器参数和系统运行策略。我尤其关注了书中关于“系统冗余度与稳定性”的讨论，它揭示了如何通过增加系统冗余，例如增加备用电源或备用线路，来提高系统的容错能力和稳定性。这种从宏观层面考虑稳定性的设计思路，让我对电力系统的整体架构有了更深层次的理解。书中还通过一些具体的工程案例，展示了如何通过优化设计参数来避免潜在的不稳定现象，例如在设计调相机时如何考虑其对系统阻尼的影响。