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江曉東等著 著

圖書標籤:

• 電力係統
• 穩定分析
• 直接法
• 電力係統分析
• 電力係統穩定性
• 控製係統
• 數學建模
• 數值計算
• 電氣工程
• 電力工程

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030483478

商品編碼：10498700745

齣版時間：2016-06-01

作  者:江曉東 等 著 定  價:168 齣 版 社:科學齣版社 齣版日期:2016年06月01日 頁  數:423 裝  幀:精裝 ISBN:9787030483478 ●序
●第1章概述
●1.1引言
●1.2運行環境的變化趨勢
●1.3在綫暫態穩定評估
●1.4對新工具的要求
●1.5直接法：局限與挑戰
●1.6本書的目的
●第2章係統建模與穩定性問題
●2.1引言
●2.2電力係統的穩定性問題
●2.3模型結構與參數
●2.4基於測量的建模方法
●2.5電力係統的穩定性問題
●2.6穩定性分析方法
●2.7本章小結
●第3章非綫性動力係統的李雅普諾夫穩定與穩定域
●3.1引言
●……

內容簡介

本書全麵係統從三個方麵介紹瞭BCU方法的理論基礎、計算方法論及數值方法和實際應用情況。全書共分25章，在針對性地提齣瞭目前直接法的應用局限性後，提齣瞭一整套依據不穩定平衡點進行電力係統暫態穩定分析的方法論。本書既包含直接法完整的理論基礎，又涵蓋瞭BCU求解的整套方法。

電力係統暫態穩定分析：基於劉教授經典理論的深入探討 本書並非一本簡單的教科書，而是一部凝聚瞭數十年電力係統穩定研究智慧的力作。它旨在為電力係統工程師、研究人員以及高年級本科生和研究生提供一個深入理解電力係統暫態穩定現象及其分析方法的理論框架。本書的核心在於係統地闡述和應用基於經典控製理論和數值仿真相結閤的分析手段，特彆是聚焦於在劉教授嚴謹而富有洞察力的理論體係指導下，如何準確、高效地評估電力係統在各種擾動下的動態響應。 第一部分：電力係統暫態穩定的基本概念與數學模型 在深入探究復雜分析方法之前，本書首先為讀者構建堅實的基礎。 第一章：電力係統的基本組成與運行特性。 詳細介紹發電機、變壓器、輸電綫路、負荷等關鍵電氣元件的結構、參數以及它們在電力係統中的功能。我們將從最基本的能量轉換過程入手，闡述電力係統是如何維持頻率和電壓的穩定，並討論不同運行狀態下的係統行為特性，例如正常運行、輕微擾動下的暫態響應以及可能發生的失步現象。本章還將簡要迴顧電力係統發展的曆史，以及穩定問題在不同時期扮演的角色，從而引齣暫態穩定分析的重要性。 第二章：暫態穩定性的定義與判定準則。 明確界定什麼是電力係統的暫態穩定性，並區分它與穩態穩定和動態穩定。本書將深入分析導緻係統失步的物理根源，即發電機轉子角度的快速偏離。在此基礎上，詳細闡述經典的“等麵積定則”（Equal Area Criterion, EAC）及其適用條件與局限性。雖然現代分析方法日益依賴數值仿真，但EAC作為一種直觀的物理概念，對於理解暫態穩定行為的本質仍然具有不可替代的價值。我們將通過多種典型的係統結構和擾動場景，來演示EAC的計算與應用。 第三章：發電機、勵磁係統及調速器的高精度數學模型。 這是進行精確暫態穩定分析的基石。我們將詳細介紹發電機同步機模型的建立，從兩軸d-q坐標係下的基本方程齣發，推導功角方程（swing equation），並深入討論不同階次同步機模型（如一階、三階、五階模型）的適用性及其參數的選取。對於勵磁係統，本書將剖析各種典型勵磁控製器的結構和動態特性，包括電壓反饋、電流反饋、復閤控製等，並給齣相應的數學模型。特彆地，對於現代高動態性能的勵磁係統，如POSC-REM，我們將提供詳細的模型推導和參數化方法。同樣，對汽輪機調速係統（包括水輪機調速係統）的經典模型及其改進模型也將進行詳盡的分析，重點關注其對發電機功率輸齣和頻率響應的影響。本書將強調模型參數的準確性對於仿真結果可靠性的決定性作用，並提供一些參數辨識的思路。 第四章：輸電綫路、變壓器及負荷的動態模型。 除瞭發電機和控製係統，其他電力元件的動態特性同樣影響著係統的暫態穩定性。本書將詳細介紹輸電綫路的集總參數模型和分布參數模型，以及在暫態分析中如何進行簡化。變壓器的動態模型，尤其是在有載調壓變壓器和飽和效應下的模型，也將被深入探討。對於負荷模型，本書將區分靜態負荷模型（恒定阻抗、恒定電流、恒定功率）和動態負荷模型，並分析不同負荷模型對係統穩定性的影響。尤其會強調，在大型互聯係統中，負荷的動態行為對於係統整體穩定性的貢獻不容忽視。 第二部分：電力係統暫態穩定分析的數值仿真方法 在構建瞭精確的數學模型之後，本書將聚焦於如何利用先進的數值計算技術來求解這些復雜的微分-代數方程組，從而實現對電力係統暫態穩定性的全麵評估。 第五章：常微分方程組的數值求解方法。 暫態穩定分析的核心是求解包含大量變量和方程的非綫性常微分方程組（ODE）和代數方程組（DAE）。本章將係統介紹幾種常用的數值積分方法，包括歐拉法（Euler Method）、改進歐拉法（Improved Euler Method）、龍格-庫塔法（Runge-Kutta Method）的各種階次，如四階龍格-庫塔法（RK4）。本書將詳細分析這些方法的原理、收斂性、穩定性和計算效率，並重點討論它們在電力係統暫態穩定分析中的適用性。特彆是，我們將深入比較顯式方法和隱式方法的優缺點，以及它們在處理剛性問題（stiff problems）時的性能錶現。 第六章：代數方程組的求解與潮流計算。 在每個時間步長，都需要求解潮流方程組以獲得係統各點的電壓幅值和相角。本書將詳細闡述牛頓-拉夫遜法（Newton-Raphson Method）及其在潮流計算中的應用，包括其收斂速度、全局收斂性問題和雅可比矩陣的構建。還將介紹其他一些潮流計算方法，如高斯-賽德爾法（Gauss-Seidel Method），並討論它們在不同場景下的優劣。此外，將討論如何將潮流計算結果作為初始條件，為後續的暫態仿真提供支撐。 第七章：暫態穩定仿真程序的開發與應用。 本章將指導讀者如何將上述數學模型和數值求解方法整閤到一個完整的暫態穩定仿真程序中。我們將從程序的整體架構設計入手，包括數據結構、模塊劃分、輸入輸齣接口等。然後，詳細講解如何實現各部分的計算功能，例如潮流計算模塊、發電機模型積分模塊、勵磁係統及調速器積分模塊、潮流更新模塊等。本書將提供實際的程序設計思路和僞代碼示例，幫助讀者理解程序的實現細節。同時，還將重點討論如何進行仿真參數的設置，如步長選擇、收斂判據、計算精度等，以及如何對仿真結果進行後處理和可視化分析。 第八章：典型故障場景的仿真分析。 為瞭驗證仿真程序的有效性並加深讀者對暫態穩定行為的理解，本章將選取一係列典型的故障場景進行詳細的仿真分析。這包括：單相接地故障、兩相短路故障、三相短路故障、綫路切除故障、發電機跳閘故障、負荷甩動故障等。對於每種故障，都將詳細分析故障的性質、故障持續時間、故障清除過程，並預測係統在這些擾動下的動態響應，如功角麯綫、頻率偏差、電壓波動等。本書將通過仿真結果，展示係統是否會失步，以及失步的程度，並探討不同因素（如故障位置、故障類型、係統阻抗、發電機參數等）對係統穩定性的影響。 第三部分：提高電力係統暫態穩定性的措施與先進技術 在掌握瞭暫態穩定分析的方法之後，本書將進一步探討如何通過各種技術手段來提高電力係統的暫態穩定性。 第九章：增強係統慣量的技術。 慣量是抵抗頻率偏差的重要因素。本書將分析增加係統總慣量的方法，如采用大型發電機組、增加飛輪儲能裝置等。同時，還將介紹虛擬慣量技術，特彆是新能源發電（如風電、光伏）如何通過電力電子接口模擬慣量，從而支持電網頻率穩定。 第十章：快速勵磁控製與動態無功補償。 快速響應的勵磁係統是提高發電機暫態功角穩定性的關鍵。本書將深入分析各種先進的勵磁控製器，如靜止同步補償器（STATCOM）、動態電壓恢復器（DVR）等，以及它們如何通過快速調節無功功率來穩定係統電壓，進而影響暫態穩定性。特彆是，我們將重點關注這些裝置在故障期間如何提供快速的動態支撐，以避免係統電壓崩潰或功角失穩。 第十一章：電力係統穩定器（PSS）的設計與整定。 PSS是用於抑製係統振蕩、提高暫態穩定性的常用裝置。本書將詳細介紹PSS的工作原理，包括其結構、輸入信號（如發電機轉速、功角、頻率等）和輸齣信號。我們將深入探討各種類型的PSS，如基於速度信號的PSS、基於功角信號的PSS、基於復閤信號的PSS，並分析其設計原則和參數整定方法。本書將提供實際的PSS整定算例，展示PSS如何有效地抑製功率振蕩，提高係統穩定性裕度。 第十二章：高壓直流輸電（HVDC）在穩定分析中的作用。 HVDC技術因其快速的功率控製能力，在提高大跨距輸電係統的暫態穩定性方麵扮演著越來越重要的角色。本書將分析HVDC換流站的控製策略，特彆是其在故障穿越、功率支撐和係統穩定控製方麵的功能。我們將通過仿真算例，展示HVDC如何通過快速調節直流功率，緩解交流係統在擾動下的失穩風險。 第十三章：直流輸電（AC/DC）混閤係統穩定性分析。 隨著新能源的大規模接入和對電網穩定性的更高要求，AC/DC混閤係統的穩定性分析變得日益重要。本書將探討如何耦閤交流係統和直流係統進行聯閤仿真分析，特彆是在發生交流側故障或直流側擾動時，如何評估整個係統的穩定性。還將介紹一些旨在提高AC/DC混閤係統穩定性的控製策略。 第四部分：暫態穩定分析的進階課題與未來展望 在掌握瞭基礎理論和應用之後，本書將觸及一些更深層次的議題，並展望電力係統暫態穩定研究的未來發展方嚮。 第十四章：係統失步檢測與保護。 及時準確地檢測係統失步是避免大麵積停電的關鍵。本書將介紹各種失步檢測算法，包括基於功角、頻率、電壓幅值以及綜閤指標的檢測方法。還將討論失步保護的策略，如就地保護、區域性保護和全網保護，以及如何協調這些保護措施以快速隔離失步區域，防止事故蔓延。 第十五章：考慮電網互聯與阻尼功率流的穩定性分析。 在大規模互聯係統中，不同區域之間的功率交換對係統的整體穩定性具有重要影響。本書將探討在多區域電力係統中進行暫態穩定分析時麵臨的挑戰，並介紹如何考慮阻尼功率流（Damping Power Flow）對係統動態特性的影響。 第十六章：新能源發電對暫態穩定性的影響與應對策略。 隨著風電、光伏等間歇性、波動性電源的大規模接入，電力係統的暫態穩定性麵臨前所未有的挑戰。本書將深入分析這些新能源接入對係統慣量、電壓支撐、功率平衡等方麵的影響，並探討相應的應對策略，如強化電網互聯、發展柔性直流輸電、推廣儲能技術、開發新能源發電的暫態穩定控製功能等。 第十七章：未來電力係統穩定性的研究方嚮。 本章將展望電力係統暫態穩定研究的未來發展趨勢。這包括：人工智能和機器學習在穩定分析中的應用（如故障預測、參數辨識、控製優化）、考慮更復雜的非綫性因素（如發電機飽和、磁軛飽和、動態負荷特性）、發展更高效、更精確的仿真算法（如並行計算、GPU加速）、以及對直流電網、微電網等新型電力係統的穩定性研究。 本書的特點： 1. 理論嚴謹，邏輯清晰： 以經典的控製理論和物理原理為基礎，係統闡述暫態穩定分析的理論框架。 2. 模型詳盡，參數考究： 深入介紹各類電力元件的數學模型，並強調參數準確性的重要性。 3. 方法全麵，應用廣泛： 涵蓋數值仿真、典型故障分析、穩定提升措施等多個方麵。 4. 注重實踐，易於理解： 通過算例和程序設計思路，幫助讀者將理論知識轉化為實際應用能力。 5. 前瞻性強，緊跟前沿： 探討瞭新能源接入、AC/DC混閤係統等最新研究課題，並對未來發展方嚮進行瞭展望。 通過閱讀本書，讀者不僅能夠掌握電力係統暫態穩定分析的精髓，更能夠培養獨立分析和解決復雜電力係統穩定問題的能力，為保障電力係統的安全穩定運行貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格嚴謹而富有邏輯，我尤其喜歡其中關於“非綫性係統分析的挑戰與應對”這一章節。電力係統本質上是一個高度非綫性的復雜係統，傳統的綫性分析方法在麵對大擾動時顯得力不從心。本書重點闡述瞭如何運用直接法來處理這種非綫性特性。我從中學習到瞭如何通過引入非綫性能量函數，並利用其梯度信息來判斷係統的穩定性。書中還詳細介紹瞭“分段綫性化”和“多尺度分析”等方法，如何幫助我們近似處理復雜的非綫性模型，從而實現更精確的穩定性評估。我印象深刻的是書中對“混沌現象”在電力係統中的討論，雖然篇幅不多，但作者指齣瞭在極端情況下，電力係統可能呈現齣混沌行為，而直接法在這種情況下提供瞭另一種思考問題的角度。書中還對比瞭不同非綫性分析方法的優劣，以及它們在電力係統穩定分析中的適用範圍。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值，在於它不僅僅是知識的堆砌，更是方法的傳承。我尤其欣賞書中關於“新能源接入對電網穩定性的影響”這一章節。隨著風電、光伏等新能源的大規模接入，傳統電力係統的穩定性分析方法麵臨著巨大的挑戰。本書從多個角度探討瞭如何運用直接法來應對這些挑戰。例如，書中詳細介紹瞭如何將新能源的隨機性和間歇性納入穩定性評估模型，並提齣瞭相應的改進型李雅普諾夫函數構造方法。我瞭解到，新能源的接入會使得係統的模型變得更加復雜，非綫性特徵更加顯著，因此，直接法的優勢就更加凸顯齣來。書中還分析瞭新能源可能引發的特有不穩定現象，如低頻振蕩和高頻振蕩，並給齣瞭相應的分析和控製策略。我特彆喜歡書中關於“概率性穩定性”的討論，這是一種更貼近實際運行情況的穩定性概念，它考慮到係統中存在的各種不確定性，並通過概率的方法來評估係統的穩定裕度。這讓我意識到，在未來的電力係統中，概率性分析將扮演越來越重要的角色。

評分☆☆☆☆☆

我被書中對“人機交互與可視化技術在穩定性分析中的結閤”的深入講解所吸引。在復雜的電力係統分析過程中，清晰直觀的可視化呈現方式，能夠極大地提升分析效率和理解能力。本書詳細闡述瞭如何將直接法的計算結果，通過圖形化的方式展示齣來，例如繪製相軌跡圖、能量函數麯麵圖、以及係統狀態演化動畫等。我從中學習到瞭如何利用先進的可視化工具，來直觀地展示係統的穩定性邊界、不穩定區域以及故障發生後的動態響應過程。我尤其喜歡書中關於“實時監控與預警係統”的設計理念，它強調瞭如何將直接法的計算能力與實時數據采集係統相結閤，構建一套能夠實時監測係統穩定性並提前發齣預警的係統。書中還探討瞭如何通過人機交互界麵，讓操作人員能夠直觀地理解係統的運行狀態，並及時做齣決策。

評分☆☆☆☆☆

我被書中關於“曆史狀態迴溯”的分析方法所吸引。在電力係統故障的發生和發展過程中，係統的狀態時刻都在變化，而直接法能夠幫助我們“迴溯”係統故障前的關鍵狀態，從而判斷故障的嚴重程度以及係統的恢復能力。書中詳細闡述瞭如何利用數值積分和逆嚮求解等方法來推斷曆史狀態，並通過構建相應的評估指標來量化係統的穩定性。我從中學習到瞭如何識彆“失效邊界”，即係統狀態可能導緻不穩定的臨界區域。這對於我理解係統的脆弱性和潛在風險非常有幫助。書中還結閤瞭大量仿真算例，展示瞭如何在實際操作中應用這些方法。例如，在模擬綫路接地故障時，通過直接法可以快速估算齣故障持續時間和係統恢復所需的最小裕度。這種“事後諸葛亮”式的分析，對於事故復盤和經驗總結具有重要的參考價值。我特彆贊賞作者在處理復雜動力學模型時的耐心和細緻，他並沒有迴避模型中的復雜性，而是試圖通過直接法將其化繁為簡，從中提煉齣關鍵的穩定性判據。

評分☆☆☆☆☆

在我閱讀的過程中，對書中關於“優化設計與穩定性協同”的部分留下瞭深刻的印象。這本書並沒有將穩定性分析孤立起來，而是將其與電力係統的實際設計過程緊密結閤。我瞭解到，在進行發電機組、輸電綫路等設備的設計時，如何通過考慮穩定性因素來優化設計參數，以獲得更高的魯棒性和可靠性。書中詳細介紹瞭一些先進的優化算法，如遺傳算法和粒子群算法，如何與直接法相結閤，用於求解最優的控製器參數和係統運行策略。我尤其關注瞭書中關於“係統冗餘度與穩定性”的討論，它揭示瞭如何通過增加係統冗餘，例如增加備用電源或備用綫路，來提高係統的容錯能力和穩定性。這種從宏觀層麵考慮穩定性的設計思路，讓我對電力係統的整體架構有瞭更深層次的理解。書中還通過一些具體的工程案例，展示瞭如何通過優化設計參數來避免潛在的不穩定現象，例如在設計調相機時如何考慮其對係統阻尼的影響。

評分☆☆☆☆☆

當我翻開這本書時，首先吸引我的是其章節的安排。它並非簡單地羅列概念，而是圍繞“直接法”這一核心，構建瞭一個嚴密的知識體係。我特彆關注瞭書中關於“等麵積準則”和“滑模控製”在穩定性分析中的應用部分。等麵積準則作為一種經典的暫態穩定性評估方法，在書中得到瞭非常詳細的闡述，作者不僅介紹瞭其基本原理，還深入探討瞭其局限性以及如何結閤其他方法來剋服。而對於滑模控製在電力係統穩定性中的應用，則是一種全新的視角，書中詳細解釋瞭滑模控製器的設計原理，以及如何利用其魯棒性來提高係統的抗擾能力。我從中瞭解到，通過閤理設計滑模切換函數，可以有效抑製係統在擾動下的非綫性振蕩，從而保證係統的長期穩定性。書中還穿插瞭一些關於“小乾擾穩定性”和“大擾動穩定性”的對比分析，這對於我理解不同尺度下的係統行為非常有幫助。我特彆對書中關於“能量函數法”的講解印象深刻，作者通過不同區域的能量函數的計算，直觀地展示瞭係統在不同狀態下的能量變化趨勢，以及能量的積纍和耗散如何影響係統的穩定性。這種可視化、直觀的分析方法，對於我這種需要藉助圖像和類比來理解抽象概念的學習者來說，無疑是極大的福音。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計大氣磅礴，深藍色的背景襯托著金色的書名“電力係統穩定分析直接法”，給人一種專業、嚴謹的學術氛圍。我是一名剛剛接觸電力係統穩定分析領域的在讀研究生，對這本似乎集大成的著作充滿瞭好奇。我印象最深的是其中一個章節，它詳細講解瞭李雅普諾夫直接法的應用，從理論推導到具體算例，層層遞進，邏輯清晰。作者以嚴謹的數學語言闡述瞭如何構造李雅普諾夫函數，並通過能量函數的概念來判斷係統的穩定性。我特彆喜歡其中對於不同類型擾動下係統動態響應的分析，例如在發電機突加負荷或綫路跳閘等典型故障情況下，如何利用直接法快速準確地評估係統的暫態穩定性。書中還引用瞭大量國內外最新的研究成果，包括一些前沿的優化算法在直接法中的應用，比如模糊邏輯控製和神經網絡在建立李雅普諾夫函數方麵的探索。雖然有些內容對我而言還稍顯晦澀，需要反復研讀和與其它教材對照，但其深度和廣度無疑為我打開瞭新的視野。我尤其贊賞作者在處理復雜係統時的係統性思維，他並沒有將係統看作孤立的單元，而是強調瞭各個子係統之間相互耦閤、相互影響的動態關係，這對於理解真實的電力係統運行至關重要。書中附帶的附錄中，還包含瞭大量實際工程案例的分析，這讓我對理論知識的應用有瞭更直觀的認識，也讓我看到瞭直接法在解決實際工程問題中的巨大潛力。

評分☆☆☆☆☆

我特彆欣賞書中對於“信息融閤與多源數據分析在穩定性評估中的應用”的探討。在現代電力係統中，傳感器的數量和種類日益增多，如何有效地利用這些多源數據來提升穩定性評估的精度和實時性，是一個重要的課題。本書從多個角度闡述瞭信息融閤技術在直接法中的應用。我從中瞭解到，如何通過卡爾曼濾波、粒子濾波等技術，將不同傳感器采集到的數據進行融閤，從而構建更準確的係統狀態估計，並在此基礎上進行穩定性分析。書中還討論瞭如何利用機器學習方法，從海量數據中學習係統的動力學特性，並將其用於構建更精確的李雅普諾夫函數。我尤其對書中關於“大數據分析”的討論感到興奮，它預示著未來電力係統穩定性分析將更加依賴於數據驅動的方法。書中還結閤瞭一些實際案例，展示瞭如何通過多源數據融閤來提前預警潛在的不穩定風險。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值，在於它能夠幫助讀者構建一個係統的、全麵的電力係統穩定分析框架。我尤其關注瞭書中關於“故障診斷與恢復策略研究”的部分。當電力係統發生故障時，如何快速準確地診斷故障的類型和位置，並製定有效的恢復策略，是保障係統安全穩定運行的關鍵。本書從直接法的角度，闡述瞭如何結閤故障特徵提取和狀態重構技術，來實現故障的快速診斷。我從中學習到瞭如何利用係統的動態響應特徵來判斷故障類型，以及如何通過求解逆嚮動力學問題來推斷故障發生前的係統狀態。書中還詳細介紹瞭如何利用直接法來評估不同恢復策略的效果，從而選擇最優的恢復方案。我印象深刻的是書中對“故障傳播與連鎖反應”的分析，它揭示瞭單個故障可能引發一係列連鎖反應，導緻更大範圍的係統崩潰。

評分☆☆☆☆☆

這本書的學術嚴謹性，體現在其對每一個數學推導的清晰闡釋，以及對每一個概念的準確定義。我尤其關注瞭書中關於“模型降階與簡化在直接法中的應用”的章節。實際的電力係統模型往往非常龐大和復雜，直接在全模型上進行穩定性分析計算量巨大。本書詳細介紹瞭如何通過各種模型降階技術，例如模態分析、主元分析等，將高維度的係統模型簡化為低維度的模型，從而降低計算復雜度，提高分析效率。我從中學習到瞭如何識彆模型中的關鍵狀態變量和動力學特徵，並在此基礎上構建簡化的模型。書中還討論瞭模型降階過程中可能引入的誤差，以及如何通過選擇閤適的降階方法來減小誤差。我印象深刻的是書中對“多體動力學”在模型降階中的應用，它為理解復雜機械係統的簡化提供瞭一種新的思路。