电力系统电压稳定性

第I部分设备与现象

第1章简介

1.1为什么不是另一本书

1.2电压稳定性

1.3电力系统稳定性的分类

1.4本书的结构

1.5符号

第2章传输系统方面

2.1单负荷无穷大母线系统

2.2最大可传输功率

2.2.1无约束最大功率

2.2.2在一个给定负荷功率因数下的最大功率

2.2.3从电力潮流方程推演的最大功率

2.3功率压关系

2.4发电机无功功率要求

2.5对不稳定性机制的一个简单阐述

2.5.1与负荷PV特性相对的网络

2.5.2不稳定性现象

2.6补偿的影响

2.6.1线路串联补偿

2.6.2并联补偿

2.6.3静止无功补偿器

2.7VQ曲线

2.8可调节变压器分接头比例的影响

2.9习题

第3章发电方面

3.1同步发电机理论的回顾

3.1.1基本的建模假设

3.1.2派克方程

3.1.3运动动态

3.1.4仅考虑励磁的简化建模

3.1.5相量表示法

3.1.6同步参考轴

3.1.7功率关系式

3.1.8饱和的建模

3.1.9涉及饱和的稳态关系

3.1.10关于标幺值系统

3.2频率和电压控制器

3.2.1频率控制器概述

3.2.2自动电压调节器

3.2.3二次电压控制

3.3影响电压稳定性的限制装置

3.3.1过励磁限制器：描述

3.3.2过励磁限制器：建模

3.3.3电枢电流限制器

3.4同步发电机的电压一无功特性

3.4.1在自动电压调节器控制下的发电机

3.4.2在励磁电流限制下的发电机

3.4.3在电枢电流限制下的发电机

3.4.4讨论

3.5容量曲线

3.5.1简化情况：非饱和隐极机

3.5.2通常情况：详细建模

3.6关于可传输功率的发电机限制影响

3.7习题

第4章负荷方面

4.1依赖于负荷的电压

4.1.1负荷特性

4.2负荷恢复动态

4.3感应电动机

4.3.1感应电动机的重要性

4.3.2电动机建模

4.3.3受机械转矩影响的电动机行为

4.3.4单相感应电动机

4.4有载分接头转换器

4.4.1描述

4.4.2有载分接头转换器的建模

4.4.3通过有载分接头转换器实现的负荷恢复

4.4.4多级电力系统的有载分接头转换器

4.5恒温负荷恢复

4.6一般的综合负荷模型

4.6.1负荷综合

4.6.2自恢复负荷的通用模型

4.7高压直流联络线路

4.8习题

第II部分稳定性机制和分析方法

第5章数学基础

5.1微分方程(定性理论)

5.1.1解的存在性和唯一性

5.1.2平衡及其稳定性

5.1.3不变流形

5.1.4极限环及其稳定性

5.1.5吸引域

5.2分岔

5.2.1什么是分岔

5.2.2鞍结点分岔

5.2.3霍普夫分岔

5.3微分一代数系统

5.3.1平衡点与稳定性

5.3.2研究代数方程奇异性

5.4多时间标度

5.4.1奇异摄动

5.4.2慢流形

5.4.3慢动态和快动态

5.4.4例：分解的振荡器

5.4.5在二时间标度系统中的奇异点

第6章建模：系统观点

6.1一般动态模型的概述

6.1.1瞬时响应：网络

6.1.2短期动态

6.1.3长期动态

6.2网络建模

6.2.1向量形式的网络模型

6.2.2双端口建模

6.2.3复电流公式

6.2.4实电流和虚电流公式

6.2.5有功电流和无功电流公式

6.3一个详细的例子

6.3.1全面描述

6.3.2主要的建模假设

6.3.3网络建模

6.3.4发电机建模

6.3.5负荷建模

6.3.6总结

6.4时间标度分解透视

6.5电压稳定性研究的平衡方程

6.5.1短期动态平衡

6.5.2长期动态平衡

6.5.3将平衡方程约简到仅存网络方程

6.5.4关于电力潮流方程的应用

6.6详细的例子(续)：平衡公式

6.6.1网络方程

6.6.2发电机平衡方程

6.6.3负荷平衡方程

6.7数据处理问题

第7章载荷能力、灵敏度和分岔分析

7.1载荷能力限制

7.1.1负荷特性的影响

7.1.2载荷能力限制的特性

7.1.3关于两母线系统的例证

7.2灵敏度分析

7.2.1灵敏度的推导

7.2.2关于两母线系统的例证

7.3分岔分析

7.3.1建模需要考虑的事项

7.3.2短期动态的鞍结点分岔

7.3.3例子

7.3.4长期动态的鞍结点分岔

7.3.5例子

7.3.6时间标度之间的相互作用

7.3.7例子

7.4特征向量和奇异向量特性

7.4.1关于特征向量的应用

7.4.2关于奇异值分解

7.5载荷能力曲面或分岔曲面

7.5.1参数空间

7.5.2法向量和最近分岔点

7.5.3对参数裕度的灵敏度

7.6存在不连续性的载荷能力限制

7.6.1不等式约束公式

7.6.2对受限发电机的应用

7.6.3关于灵敏度的影响

7.7习题

第8章不稳定性机制及抑制措施

8.1措施类型

8.2不稳定性机制的分类

8.2.1短期电压不稳定性

8.2.2长期电压不稳定性

8.2.3由长期动态诱导的短期不稳定性

8.3短期电压不稳定性的例子

8.3.1例1：短期1不稳定性

8.3.2例2：短期2不稳定性

8.3.3例3：短期3不稳定性

8.4短期不稳定性的抑制措施

8.4.1快速电容器投切

8.4.2静止无功补偿器

8.4.3高压直流调节

8.4.4快速故障清除

8.4.5快速甩负荷

8.5长期电压不稳定性的情况研究

8.5.1案例1：长期1不稳定性

8.5.2案例2：短期一长期1发电机不稳定性

8.5.3案例3：短期一长期1电动机不稳定性

8.6抑制长期不稳定性的校正措施

8.6.1措施的目的

8.6.2长期平衡恢复：何地动作

8.6.3长期平衡恢复：何时动作

8.6.4校正措施：数量对时间的问题

8.7习题

第9章电压安全评估的标准和方法

9.1电压安全：定义和标准

9.1.1运行状态

9.1.2安全分析

9.1.3安全裕度确定

9.1.4静态方法的符号

9.2意外事故估计

9.2.1意外事故后的电力潮流

9.2.2不可解情况的电力潮流方法

9.2.3VQ曲线

9.2.4多时间标度仿真方法

9.2.5准稳态长期仿真

9.3载荷能力限制计算

9.3.1定义及问题的陈述

9.3.2连续方法

9.3.3最优化方法

9.3.4结合灵敏度分析的时间仿真

9.3.5基于多电力潮流解的方法

9.4安全运行限制决策

9.4.1定义及问题陈述

9.4.2二分搜索

9.5不稳定性诊断的特征分析法

9.5.1特征向量分析

9.5.2特征向量计算方法

9.6源白实际系统的例子

9.6.1魁北克水电系统的电压稳定性

9.6.2系统建模

9.6.3准稳态仿真的有效性

9.6.4不稳定性机制和抑制措施的例子

9.6.5安全运行限制决策

9.6.6载荷能力限制决策

9.6.7临界点识别

9.7实时问题

9.7.1意外事故选择

9.7.2电压稳定性指标

9.7.3自动学习方法

参考文献

索引

　　几十年来，功角稳定性一直是电网公司首要关注的对象。在20世纪80年代，由于对发电机和传输设备的新投入逐渐减少，电力系统的负荷越来越重，导致了迄今为止在很大程度上给予忽略的新现象，即电压稳定性。因而，无功功率在维持系统适当的电压水平中的作用开始受到关注。全球范围内的几个电压崩溃事件极大地提高了人们对这个课题研究的兴趣。最初，将电压稳定性作为静态概念来处理。但后来发现，发电机、励磁机、分接头转换器和负荷动态的重要性，明显地影响到电压稳定性。这本专著从严格的解析观点到实际观察深入地阐述了所有这些问题。本书对工业界的工程技术人员是有意义的资料，而且对在这个领域的新研究者，也是一本很好的入门教材。　　本书是一本在电力系统稳定性领域中极负盛名的著作，专门阐述非线性系统理论方法在电压稳定性分析中的应用。第1章介绍电力系统电压不稳定性的基本概念；第2章至第4章分别从与电压稳定性相关的三个方面，即传输系统、发电机和负荷，描述它们的数学模型；第5章是本书的关键点，介绍后续章节需要用到的非线性系统分析的基本概念，特别是分岔理论、奇异摄动理论、快流形、慢流形和时间标度分解：第6章从整个电力系统的角度讨论与电压稳定性相关的模型；第7章专注于载荷能力、灵敏度和分岔分析；第8章阐述稳定性机制和抑制措施；第9章说明电压安全评估的标准和方法，同时，通过仿真，验证时间标度分解的有效性。　　本书取材广泛，叙述清晰，论证严谨，文字简洁流畅，适合作为电力系统自动化专业的研究生教材，也适合作为与电力系统自动化相关领域的学者和工程师的参考书。