电力系统基础

为响应电气工程及其自动化专业的国际工程教育认证要求,本书作为电气工程及其自动化专业核心课程教材而编写。本书的特点是,强化电气工程一级学科宽口径、厚基础的人才培养目标。鉴于现代电力系统分析工程计算中需要编程实现的行业背景,本书对于电力系统的潮流计算、短路电流计算和故障分析这三类常规理论分析,在讲清基本概念和基本原理的基础上,侧重从应用计算编程的角度进行讲授与阐述。 全书共分13章,包括电力系统正常运行、优化调整、短路电流计算等内容。 本书可作为高等院校电气工程及其自动化专业本科生教材使用,也可供从事电力系统运行、规划、设计的技术人员参考。

李培强，1975年10月生，工学博士，毕业于湖南大学电气工程专业。现任湖南大学电气与信息工程学院教授、博士生导师。研究方向为电力系统负荷建模与电压稳定、大规模储能及其在电网中的应用、分布式能源与微电网等。任IEEE PES电力系统建模仿真分委会常务理事，湖南省电工技术学会常务理事。湖南省线下一流课程《电力系统基础》负责人，湖南大学电力系统分析理论与实践教学团队负责人。 主持完成国家重点研发计划子课题3项、国家自然科学基金面上项目3项，完成中国电力科学研究院、南方电网公司等横向项目20余项。获授权国家发明专利、实用新型专利30余项，发表学术论文150余篇。获省部科技进步一等奖1项、二等奖4项。 李欣然，1957年10月生，男，工学博士，毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业。曾任湖南大学电气与信息工程学院教授、博士生导师。国务院特殊津贴专家，获爱思唯尔2020中国高被引学者；中国电机工程学会高级会员，担任2本中文核心期刊编委；研究方向为电力系统负荷建模与电压稳定、大规模储能及其在电网中的应用、分布式能源与微电网等。 主持完成国家重点研发计划课题2项、国家自然科学基金面上项目3项，完成国家电网公司、南方电网公司等横向项目30余项。获授权国家发明专利、实用新型专利60余项，发表学术论文200余篇。获省部科技进步一等奖3项、二等奖5项。

序 前言 第1章电力系统的基本概念 1.1电力系统的组成 1.2电力系统的额定电压和额定频率 1.3电力系统运行的基本特点及对电力系统运行的基本要求 1.4电力系统的接线方式 1.5电力系统中性点的运行方式 1.6我国电力系统的发展历程及新的挑战 1.6.1我国电力系统的发展历程 1.6.2我国电网的发展历程及新的挑战 1.7电力系统分析课程的主要内容与研究工具 1.8小结 1.9复习题 第2章电力系统的参数和等效网络 2.1电力线路的参数和等效电路 2.1.1单位长度线路的参数 2.1.2一般线路的等效电路 2.1.3长线路的等效电路 2.2变压器、电抗器的参数和等效电路 2.2.1双绕组变压器的参数和等效电路 2.2.2三绕组变压器的参数和等效电路 2.2.3自耦变压器的参数和等效电路 2.2.4电抗器的参数和等效电路 2.3发电机、负荷的参数和等效电路 2.3.1发电机的电抗和电势 2.3.2负荷的功率和阻抗 2.4电力系统的等效网络 2.4.1电压级的归算 2.4.2标幺制 2.4.3电力系统的等效网络 2.5小结 2.6复习题 第3章电力网络的数学模型 3.1节点导纳矩阵 3.1.1节点方程 3.1.2节点导纳矩阵元素的物理意义 3.1.3节点导纳矩阵的修改 3.1.4支路间存在互感时的节点导纳矩阵 3.2网络方程的解法 3.2.1用高斯消去法求解网络方程 3.2.2用高斯消去法简化网络 3.3节点阻抗矩阵 3.3.1节点阻抗矩阵元素的物理意义 3.3.2用支路追加法形成节点阻抗矩阵 3.3.3用线性方程直接解法对导纳矩阵求逆 3.4节点编号顺序的优化 3.5小结 3.6复习题 电力系统基础 目录第4章电力系统的负荷 4.1负荷的组成 4.2负荷曲线 4.3负荷特性与负荷模型的基本概念 4.4综合负荷的数学建模 4.4.1负荷的静态特性模型 4.4.2负荷的动态特性模型 4.5小结 4.6复习题 第5章电力网络的功率和电压分布计算(简单电力系统的潮流计算) 5.1网络元件的电压降落和功率损耗 5.1.1网络元件的电压降落 5.1.2网络元件的功率损耗 5.2开式网络的电压和功率分布计算 5.2.1已知供电点电压和负荷节点功率时的计算方法 5.2.2两级电压的开式电力网计算 5.3简单闭式网络的功率分布计算 5.3.1两端供电网络的功率分布 5.3.2闭式电力网中的电压损耗计算 5.3.3含变压器的简单环网的功率分布 5.3.4环网中的潮流控制 5.4小结 5.5复习题 第6章输电线路的传输特性 6.1输电线路的功率特性 6.2沿长线的功率传送 6.2.1长线的稳态方程 6.2.2输电线路的自然功率 6.2.3无损线的功率圆图 6.2.4沿长线的电压和电流分布 6.2.5有损耗线路稳态运行时的电压和电流分布 6.3单端供电系统的功率特性 6.4小结 6.5复习题 第7章电力系统的潮流计算 7.1复杂电力系统潮流计算的数学模型 7.1.1潮流计算的定解条件 7.1.2潮流计算的约束条件 7.2牛顿-拉夫逊法潮流计算 7.2.1牛顿-拉夫逊法的基本原理 7.2.2节点电压用直角坐标表示时的牛顿-拉夫逊法潮流计算 7.2.3节点电压用极坐标表示时的牛顿-拉夫逊法潮流计算 7.3P-Q分解法潮流计算 7.4小结 7.5复习题 第8章电力系统的无功功率平衡和电压调整 8.1电力系统的无功功率平衡 8.1.1无功功率负荷和无功功率损耗 8.1.2无功功率电源 8.1.3无功功率平衡 8.1.4无功功率平衡和电压水平的关系 8.2电压调整的基本概念 8.2.1允许电压偏移 8.2.2中枢点的电压管理 8.2.3电压调整的基本原理 8.3电压调整的措施 8.3.1发电机调压 8.3.2改变变压器电压比调压 8.3.3利用无功功率补偿调压 8.3.4线路串联电容补偿调压 8.4调压措施的应用 8.4.1各种调压措施的合理应用 8.4.2各种措施调压效果的综合分析 8.5调压措施的组合和自动调压 8.5.1分析调压措施组合时的敏感度方程式 8.5.2分析调压措施组合时的敏感度矩阵 8.5.3调压措施的组合——调压问题的敏感度分析 8.5.4关于无功功率和电压的自动调整 8.6小结 8.7复习题 第9章电力系统的有功功率平衡和频率调整 9.1频率调整的必要性 9.2电力系统的频率特性 9.2.1系统负荷的有功功率-频率静态特性 9.2.2发电机组的有功功率-频率静态特性 9.2.3电力系统的有功功率-频率静态特性 9.3电力系统的频率调整 9.3.1频率的一次调整 9.3.2频率的二次调整 9.3.3互联系统的频率调整 9.3.4主调频厂的选择 9.3.5频率调整和电压调整的关系 9.4有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂间的合理分配 9.4.1有功功率平衡和备用容量 9.4.2各类发电厂负荷的合理分配 9.5有功功率和频率的自动调整 9.6小结 9.7复习题 第10章电力系统的经济运行 10.1电力网中的能量损耗 10.1.1电力网的能量损耗和损耗率 10.1.2线路中能量损耗的计算方法 10.1.3降低网损的技术措施 10.2火电厂间有功功率负荷的经济分配 10.2.1耗量特性 10.2.2等微增率准则 10.2.3多个发电厂间的负荷经济分配 10.2.4计及网损的有功负荷经济分配 10.3水、火电厂间有功功率负荷的经济分配 10.3.1一个水电厂和一个火电厂间负荷的经济分配 10.3.2计及网损时若干个水、火电厂间负荷的经济分配 10.4无功功率负荷的经济分配 10.4.1等微增率准则的应用 10.4.2无功功率补偿的经济配置 10.5小结 10.6复习题 第11章电力系统三相短路电流的实用计算 11.1短路的一般概念 11.1.1短路的原因、类型及后果 11.1.2短路计算的目的 11.2恒定电势源电路的三相短路 11.2.1短路的暂态过程 11.2.2短路冲击电流 11.2.3短路电流的最大有效值 11.2.4短路功率 11.3短路电流计算的基本原理和方法 11.3.1电力系统节点方程的建立 11.3.2利用节点阻抗矩阵计算短路电流 11.3.3利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 11.4起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 11.5短路电流计算曲线及其应用 11.5.1计算曲线的概念 11.5.2计算曲线的制作条件 11.5.3计算曲线的应用 11.6短路电流周期分量的近似计算 11.7小结 11.8复习题 第12章电力系统元件的序阻抗和等效电路 12.1对称分量法在不对称短路计算中的应用 12.1.1不对称三相量的分解 12.1.2序阻抗的概念 12.1.3对称分量法在不对称短路计算中的应用 12.2同步发电机的负序和零序电抗 12.3变压器的零序等效电路及其参数 12.3.1普通变压器的零序等效电路及其参数 12.3.2变压器零序等效电路与外电路的联接 12.3.3中性点有接地阻抗时变压器的零序等效电路 12.3.4自耦变压器的零序等效电路及其参数 12.4架空输电线路的零序阻抗及其等效电路 12.4.1“单导线-大地”回路的自阻抗相互阻抗 12.4.2三相输电线路的零序阻抗 12.4.3平行架设的双回输电线路的零序阻抗及等效电路 12.4.4架空地线对输电线路零序阻抗及等效电路的影响 12.5架空输电线路的零序电纳 12.5.1无架空地线时输电线路的零序电纳 12.5.2架空地线对输电线路零序电纳的影响 12.6综合负荷的序阻抗 12.7电力系统各序网络的制定 12.7.1正序网络 12.7.2负序网络 12.7.3零序网络 12.8小结 12.9复习题 第13章电力系统不对称故障的分析和计算 13.1简单不对称短路的分析 13.1.1单相(a相)接地短路 13.1.2两相(b相和c相)短路 13.1.3两相(b相和c相)短路接地 13.1.4正序等效定则 13.1.5非故障处的电流和电压的计算 13.2电压和电流对称分量经变压器后的相位变换 13.3非全相断线的分析计算 13.3.1单相(a相)断线 13.3.2两相(b相和c相)断开 13.4应用节点阻抗矩阵计算不对称故障 13.4.1各序网络的电压方程式 13.4.2横向不对称故障 13.4.3纵向不对称故障 13.4.4简单不对称故障的计算通式 13.5复杂故障的计算方法 13.5.1分析复杂故障的一般方法 13.5.2不对称故障的通用边界条件 13.5.3双重故障的分析计算 13.6小结 13.7复习题 附录 附录A电感的计算 A.1单根导线的电感 A.2两平行导线间的互感 A.3复合导体的自感 A.4两组平行复合导体之间的互感 附录B线性方程组的直接解法 B.1高斯消去法 B.2三角分解法 附录C常用的网络等效变换 C.1星网变换 C.2星形电路中心节点电流的移置 C.3有源网络的等效变换 附录D短路电流周期分量计算曲线数字表 参考文献