动态电力系统稳定与控制

本书为全国电力行业“十四五”规划教材,新型电力系统系列教材。
本书系统地叙述了电力系统各元件的动态模型、稳定性的机理和控制措施。
全书内容共17章。第1章介绍了电力系统的基本结构和动态特性;第2章阐述了电力系统稳定性的概念与分
类;第3~9章介绍电力系统动态分析中常用元件的数学模型,包括同步发电机组动态数学模型、新能源发电单元
模型、新能源场站动态等值模型、交流网络元件模型、柔性交流输电装备模型、高压直流输电系统模型、负荷模
型;第10~17章阐述了电力系统功角稳定性,次同步振荡与轴系扭振,新型电力系统次/超同步振荡,新型电力
系统同步稳定性、电压稳定性、频率稳定性,电力系统失步解列控制。本书力求突出电力系统稳定性问题的物理
本质,对新能源并网系统新型稳定形态和电力系统各类稳定问题的分析与控制进行了充分论述。

第1章  电力系统的基本结构和动态特性
1.1 电力系统的发展历史
1.2 电力系统的基本结构
1.3 电力系统的动态特性
第2章  电力系统稳定性的概念与分类
2.1 基本概念和定义
2.2 稳定性的分类
2.2.1 角度稳定性
2.2.2 电压稳定性
2.2.3 频率稳定性
2.3 本章小结
第3章  同步发电机组动态数学模型
3.1 引言
3.2 同步发电机模型
3.2.1 同步发电机的基本方程
3.2.2 功率、力矩及转子运动方程
3.3 励磁系统模型
3.3.1 励磁系统动态模型
3.3.2 电力系统稳定器模型
3.4 原动机及调速系统模型
3.4.1 原动机模型
3.4.2 调速系统模型
3.4.3 超速保护控制模型
3.5 本章小结
第4章  新能源发电单元模型
4.1 引言
4.2 双馈风电机组模型
4.3 直驱风电机组模型
4.4 光伏发电单元模型
4.5 本章小结
第5章  新能源场站动态等值模型
5.1 引言
5.2 风电机组分群算法
5.3 群内等值参数辨识方法
5.3.1 基于参数辨识的控制器参数等值方法
5.3.2 风电场其他参数等值方法
5.3.3 风电场动态等值步骤
5.4 本章小结
第6章  交流网络元件模型
6.1 引言
6.2 交流线路准稳态模型
6.2.1 abc相坐标准稳态模型
6.2.2 xy同步坐标实数域准稳态模型
6.3 交流线路电磁暂态模型
6.3.1 abc相坐标电磁暂态模型
6.3.2 dq旋转坐标电磁暂态模型
6.3.3 xy同步坐标电磁暂态模型
6.4 变压器准稳态模型
6.5 变压器电磁暂态模型
6.5.1 abc相坐标电磁暂态模型
6.5.2 xy同步坐标电磁暂态模型
6.6 本章小结
第7章  柔性交流输电装备模型
7.1 引言
7.2 静止无功补偿器模型
7.2.1 SVC简介
7.2.2 SVC工作原理与数学模型
7.3 静止同步补偿器模型
7.3.1 STATCOM简介
7.3.2 STATCOM工作原理与数学模型
7.4 静止同步串联补偿器模型
7.4.1 SSSC简介
7.4.2 SSSC工作原理与数学模型
7.5 晶闸管控制串联电容器模型
7.5.1 TCSC简介
7.5.2 TCSC工作原理与数学模型
7.6 统一潮流控制器模型
7.6.1 UPFC简介
7.6.2 UPFC工作原理与数学模型
7.7 本章小结
第8章  高压直流输电系统模型
8.1 引言
8.2 常规直流输电模型
8.2.1 LCC-HVDC系统的动态模型
8.2.2 换流器模型
8.2.3 交直流系统模型
8.2.4 控制系统模型
8.3 柔性直流输电模型
8.3.1 两电平VSC-HVDC系统的动态模型
8.3.2 MMC-HVDC系统的动态模型
8.4 本章小结
第9章  负荷模型
9.1 引言
9.2 负荷静态模型
9.2.1 多项式模型
9.2.2 幂函数模型
9.3 负荷动态模型
9.3.1 机理式负荷动态模型
9.3.2 非机理式负荷动态模型
9.4 综合负荷模型
9.4.1 感应电动机并联恒阻抗模型
9.4.2 感应电动机并联ZIP模型
9.4.3 考虑配电网支路的综合负荷模型
9.4.4 综合负荷模型参数获取方法
9.5 本章小结
第10章  电力系统小干扰功角稳定性分析与控制
10.1 引言
10.2 动态系统稳定性的基本概念
10.2.1 状态的概念
10.2.2 平衡点
10.2.3 动态系统的稳定性
10.3 李雅普诺夫第一法
10.4 系统方程的线性化
10.5 状态矩阵的特征行为
10.5.1 模态矩阵
10.5.2 动态系统的自由运动
10.5.3 模态、灵敏度和参与因子
10.5.4 可控性与可观测性
10.6 单机无穷大系统小干扰功角稳定性分析
10.7 多机系统小干扰功角稳定性分析
10.7.1 网络方程
10.7.2 全系统的线性化微分方程组
10.7.3 小扰动稳定性分析的步骤
10.8 电力系统强迫振荡
10.8.1 单机无限大系统强迫振荡
10.8.2 多机系统强迫振荡
10.9 提升小干扰功角稳定性的控制措施
10.9.1 自由振荡的控制措施
10.9.2 强迫振荡的控制措施
10.10 本章小结
第11章  电力系统大干扰功角稳定性分析与控制
11.1 引言
11.2 大干扰功角稳定性基本概念
11.3 大干扰功角稳定性分析方法
11.3.1 时域仿真法
11.3.2 直接法
11.4 单机无穷大系统大干扰功角稳定性分析
11.4.1 基于等面积准则的单机无穷大系统暂态稳定分析
11.4.2 基于暂态能量函数的单机无穷大系统暂态稳定分析
11.4.3 等面积准则和能量函数的一致性分析
11.5 复杂多机系统大干扰功角稳定性分析
11.5.1 基于扩展等面积准则的多机系统暂态稳定分析
11.5.2 基于暂态能量函数法的多机系统暂态稳定分析
11.5.3 基于时域仿真法的多机系统暂态稳定分析
11.6 大干扰功角稳定控制方法
11.6.1 快关汽门控制
11.6.2 制动电阻控制
11.6.3 切机控制
11.7 本章小结
第12章  电力系统次同步振荡与轴系扭振
12.1 引言
12.2 汽轮发电机组轴系扭振特性
12.3 次同步振荡分析方法
12.3.1 频率扫描法
12.3.2 复转矩系数法
12.3.3 特征值法
12.3.4 机组作用系数法
12.3.5 时域仿真法
12.4 串补输电引起的次同步谐振
12.4.1 感应发电机效应
12.4.2 机电扭振相互作用
12.4.3 暂态力矩放大作用
12.5 装置引起的次同步振荡
12.5.1 高压直流输电引发的次同步振荡
12.5.2 电力系统稳定器引发的次同步振荡
12.6 电网投切引起的轴系扭振
12.6.1 稳态投切
12.6.2 连续电网投切
12.7 次同步振荡的控制措施
12.7.1 增设滤波器
12.7.2 避开谐振点
12.7.3 提高系统阻尼
12.8 本章小结
第13章  新型电力系统次/超同步振荡分析与控制
13.1 引言
13.2 新型电力系统次/超同步振荡分析方法
13.2.1 谐波响应分析法
13.2.2 阻抗分析法
13.2.3 基于盖尔原理的稳定性分析方法
13.2.4 基于描述函数-广义奈奎斯特判据的分析方法
13.3 风电场并网系统次/超同步振荡算例分析
13.3.1 风电并网系统次同步振荡频率及影响因素分析
13.3.2 基于谐波响应法的次/超同步振荡分析
13.3.3 基于盖尔原理的次同步振荡分析
13.3.4 基于描述函数—广义奈氏判据的次同步振荡分析
13.4 光伏并网系统次同步振荡算例分析
13.4.1 光伏并网系统拓扑结构
13.4.2 光伏并网系统次同步振荡分析
13.5 新型电力系统次/超同步振荡的控制
13.5.1 次/超同步振荡的机组侧控制
13.5.2 次/超同步振荡的电网侧控制
13.6 本章小结
第14章  变流器并网系统大扰动同步稳定性分析
14.1 引言
14.2 同步稳定性的基本概念
14.2.1 含变流器系统同步稳定问题的提出
14.2.2 含变流器系统广义同步稳定性定义
14.2.3 含变流器系统同步失稳类型
14.3 跟网型变流器并网系统大扰动同步稳定性分析
14.3.1 跟网型变流器的同步机制
14.3.2 跟网型变流器闭环反馈回路与数学模型
14.3.3 跟网型变流器静态同步稳定性分析
14.3.4 跟网型变流器大扰动同步稳定性分析
14.4 构网型变流器并网系统同步稳定性分析
14.4.1 构网型变流器的同步机制
14.4.2 构网型变流器闭环反馈回路与数学模型
14.4.3 构网型变流器静态同步稳定性分析
14.4.4 构网型变流器大扰动同步稳定性分析
14.5 本章小结
第15章  电压稳定性分析与控制
15.1 引言
15.2 电压稳定性的基本概念
15.3 电压稳定性分析方法
15.4 电压稳定控制措施
15.4.1 提升电压稳定性措施
15.4.2 实时稳定控制
15.4.3 低压减负荷控制
15.5 本章小结
第16章  频率稳定性分析与控制
16.1 引言
16.2 电力系统频率特性分析
16.2.1 传统发电机组频率特性
16.2.2 新能源机组频率特性
16.3 电力系统频率稳定控制
16.3.1 低频减载
16.3.2 高频切机
16.4 频率稳定分析控制方法展望
16.5 本章小结
第17章  电力系统失步解列控制
17.1 引言
17.2 失步的概念
17.3 失步解列判据及解列断面的选择
17.3.1 基于相位角的失步解列判据
17.3.2 基于视在阻抗角的失步解列判据
17.3.3 基于ucosφ轨迹的失步解列判据
17.3.4 其他失步解列判据
17.4 失步解列装置的协调配合
17.5 失步解列控制系统
17.6 本章小结