定 价:58 元
丛书名:“十三五”国家重点出版物出版规划项目 卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材(电气工程及其自
- 作者:穆钢 主编
- 出版时间:2021/7/1
- ISBN:9787111672609
- 出 版 社:机械工业出版社
- 中图法分类:TM711.2
- 页码:
- 纸张:胶版纸
- 版次:
- 开本:16开
全书共分12章,主要内容有:电力系统的基本概念;电力系统稳态分析各元件特性及建模、简单和复杂电力系统的潮流计算方法、有功功率平衡和频率调整、电压调整和无功补偿;电力系统短路故障概述、对称短路故障和不对称故障计算原理和方法;发电机及其他动态元件的建模、电力系统稳定性概述、电力系统静态稳定性和暂态稳定性分析。
在每章中都安排有与该章内容相关的工程引例和扩展阅读,并配有相应的习题和自行开发的计算平台,有助于初学者了解所学内容的工程背景及发展趋势,并初步具备利用仿真工具分析电力系统问题的能力。
本书可作为高等学校本科电气工程及其自动化专业的教学用书,也可作为高职高专相关专业教材,同时可供电力系统行业的工程技术人员参考。
经过多年发展,我国电力系统已经成为世界上的互联电力系统,无论是总装机容量、发电量,还是电压等级、输电线路长度,以及可再生能源装机规模都居世界首位。
电力系统的规模增长和发电装机结构的显著变化,带动了电力系统相关技术的进步。电力系统形态的变化也带来了很多新问题和新需求。
编者所在的东北电力大学电气工程教学团队长期从事“电力系统分析”课程的教学,在教学改革和课程建设的长期实践中,总结凝练了“工程—理论—工程”的教学思路并经过长期实践,曾获教学成果二等奖,课程也先后入选精品课和精品资源共享课。
通过编写一部教材来反映教学改革的思路和实践,是我们萦绕已久的心愿。又唯恐才疏学浅,力所不逮,延宕数载而不决。2017年,在第六届全国高校电气工程系列课程教师研修班上,我们介绍了关于教学改革的思考和教材建设的想法,得到与会老师们的积极共鸣,机械工业出版社的编辑也大力推动,开启了编写本书的征程。
在本书编写过程中,我们力图体现“工程—理论—工程”的教学改革思路。注重从工程实践和工程场景中提出问题,注意讲清从工程问题提炼数学模型时采用的假设条件,注重分析产生问题的症结和解决问题的关键;对于解决问题的理论分析过程,注重讲清楚逻辑思路;对于理论分析的结果,再回到工程问题的场景中分析其价值和局限。
电力系统课程的主要教学内容已成体系,本书沿用了这一传统架构。
在继承的基础上,如何创新?在编写中怎样才能突出“工程—理论—工程”的理念?我们在编写本书时做了一点尝试。
1.编撰引例。从第2章开始,每一章均编写了引例,从不同的角度引出本章待解的工程问题,初步交代问题的形貌,说明解决问题的意义和不解决问题的危害。在具体教学内容的处理上,物理概念的清晰交代和数学方法的运用并重,以解决问题的思路脉络引领公式推导,讲清推导意图,简化一些比较冗繁的推导过程。
2.充实小结。为实现理论回归工程,努力剖析了每一个理论所解决问题的工程价值体现,并在各章结尾编写了小结。小结不拘泥于本章教学内容的简单概述,尽量结合教学内容对相关领域工程问题进行梳理总结,帮助学生举一反三,了解所学知识的工程应用价值和延展。
3.增加扩展阅读。为了反映电力系统发展带来的一些新问题,以及因教学内容限制而未能介绍的工程问题,我们编写了数量不等的扩展阅读材料附在各章末尾。扩展阅读选题灵活,体例不限,帮助学生快速了解一个工程领域或一个工程问题的概貌,扩展学生视野,有兴趣者亦可循此深入探究。
4.开发计算平台。为了帮助学生更好地了解复杂电力系统的运行特性,学会分析复杂电力系统的运行问题,开发了“电力系统分析”课程习题用扩展计算平台(EPSCPS)。
本书由穆钢教授担任主编,安军教授任副主编,参加编写的老师有周毅博、杨修宇、王玉鹏、刘洪波、陈奇。感谢东北电力大学电力系统课程组的陈厚合、孙亮、孙正龙、李娟、罗远翔、姜涛、杨德友、杨玉龙、李本新、杨浩和李玲老师在百忙之中抽时间审阅了初稿,并提出宝贵的修改意见。
大学之本,在于教学。教学之基,在于教材。对于像“电力系统分析”这样历史悠久的成熟课程,编写一部新教材是一件十分辛苦的工作。若试想在某些方面有新的尝试和探索,就更加艰难。掩卷之余,犹如学生交上考卷,等待老师的评判。对编者而言,判定本书是否合格的恰恰是使用本书的学生。真诚地希望我们的辛苦付出能稍稍降低学生学习这门课程的难度,真诚地期待我们教学改革的构思、教材编写的构想能如丝丝春雨般浸润到学生的心田。
诚然,囿于编者的学识和水平,书中不妥之处在所难免,恳请各位同道、各位同学不吝赐教!批评指正!
感谢东北电力大学电气工程学院、教务处对本书编写工作的大力支持和热忱帮助!
编者
序
前言
第1章电力系统的基本概念1
1.1电力系统概述1
1.1.1电力系统的形成和发展1
1.1.2现代电力系统3
1.1.3电力系统的基本参量和接线图4
1.2电力系统运行应满足的基本要求6
1.2.1电能生产和供应的特点6
1.2.2电力系统运行的基本要求7
1.3电力系统的接线方式9
1.3.1几种典型接线方式的特点9
1.3.2电气设备的额定电压要求10
1.4电力系统分析课程的内容和相关研究工具12
1.4.1电力系统分析课程的定位和主要内容12
1.4.2电力系统研究工具简介12
小结14
扩展阅读1.1我国电力系统未来发展的展望14
习题16
第2章电力系统元件特性和数学模型17
【引例】17
2.1交流电路中的功率18
2.1.1单相正弦交流电路的功率18
2.1.2三相正弦交流电路的功率20
2.1.3电功率与电能量的关系22
2.2电力线路的参数和数学模型22
2.2.1电力线路分类和结构特点22
2.2.2架空交流输电线路的参数25
2.2.3电力线路的数学模型28
2.2.4输电线路的自然功率31
2.3电力变压器的参数和等效电路32
2.3.1电力变压器的等效电路32
2.3.2双绕组变压器的参数计算34
2.3.3三绕组变压器参数计算35
2.3.4变压器Π形等效电路37
2.4发电机组的稳态运行特性39
2.5负荷的静态特性和等效模型41
2.5.1负荷的静态特性41
2.5.2电力系统计算中的负荷等效模型42
2.6电力网络的数学模型43
2.6.1电力网络等效电路43
2.6.2标幺制43
2.6.3不同电压等级电网中各元件参数标幺值的计算46
2.6.4基准值改变时标幺值的换算49
2.6.5标幺值的简化计算方法49
小结51
扩展阅读2.1输电网扩展规划简介52
习题53
电力系统分析目录第3章简单电力系统的潮流计算与分析54
【引例】54
3.1稳态运行时输电元件的功率、电压关系55
3.1.1稳态运行时电力线路的功率、电压关系55
3.1.2分析电力线路运行状态的功率圆图60
3.1.3稳态运行时变压器的功率、电压关系62
3.2潮流计算中的功率等效和简化64
3.3简单电力网络的潮流计算与分析65
3.3.1辐射网的潮流计算65
3.3.2简单环网的潮流计算70
3.3.3两端供电网的潮流初始分布计算74
3.4电力网络潮流的调整控制76
3.4.1潮流调控的必要性76
3.4.2借附加串联加压器控制潮流76
3.4.3借柔性交流输电装置控制潮流79
小结81
扩展阅读3.1分布式电源接入对主动配电网潮流的影响81
扩展阅读3.2电磁环网的运行问题82
习题83
第4章复杂电力系统的潮流计算方法85
【引例】85
4.1一般电力网络功率方程86
4.1.1节点电压方程88
4.1.2网络结构变化时节点导纳矩阵的修改90
4.1.3电力网络的功率方程和节点类型划分91
4.2牛顿法潮流计算94
4.2.1求解非线性代数方程的牛顿拉夫逊法94
4.2.2潮流计算的修正方程式97
4.2.3牛顿拉夫逊法潮流计算的基本步骤100
4.3PQ分解法潮流计算102
小结105
扩展阅读4.1交直流混联系统的潮流计算105
扩展阅读4.2潮流107
扩展阅读4.3电力系统状态估计108
习题109
第5章电力系统有功功率平衡和频率调整112
【引例1】112
【引例2】113
5.1电力系统的有功功率平衡113
5.1.1频率偏移的起因及其影响113
5.1.2有功负荷变化的分类和平衡对策115
5.1.3有功功率备用容量116
5.2电力系统有功功率的经济分配117
5.2.1各类发电厂的运行特点与机组组合117
5.2.2电力系统有功负荷在发电机上的分配119
5.3电力系统的频率调整126
5.3.1电力系统及其元件的功率频率特性126
5.3.2有功功率不平衡量与频率偏移的定量关系130
小结136
扩展阅读5.1电力系统自动发电控制(AGC)137
扩展阅读5.2防止频率过度降低的紧急控制—低频减载138
习题139
第6章电力系统的电压调整和无功补偿141
【引例】141
6.1电力系统电压调整的必要性142
6.2电力系统电压调整的定量关系144
6.2.1简单电力系统中电压调整的定量关系144
6.2.2复杂电力系统中电压调整的定量关系145
6.3不同运行方式下调压控制量的协调147
6.4无功电源的运行特性和调压控制量计算150
6.4.1无功电源的运行特性150
6.4.2变压器分接头计算153
6.4.3无功补偿设备的小补偿容量计算155
6.4.4调压措施的综合运用158
小结158
扩展阅读6.1电力系统的自动电压控制(AVC)159
扩展阅读6.2电压九区图控制法160
习题161
第7章电力系统对称短路电流的计算方法163
【引例】163
7.1电力系统短路故障概述163
7.2电力系统三相短路电流分析166
7.2.1恒定电动势源电路的三相短路电流分析166
7.2.2同步发电机三相短路电流的主要特点分析168
7.2.3短路冲击电流和短路电流有效值168
7.3短路电流周期分量初始值计算170
7.3.1短路电流近似计算时的计算条件170
7.3.2简单电力系统短路电流的计算171
7.3.3复杂电力系统短路电流的计算172
7.4短路电流的计算机计算172
7.4.1等效网络173
7.4.2基于节点阻抗矩阵的稳态短路电流计算方法174
7.4.3基于节点导纳矩阵的稳态短路电流计算方法175
7.4.4输电线路非端点位置短路时的计算方法176
小结177
扩展阅读7.1大电网短路电流超标问题177
习题178
第8章电力系统不对称故障的分析和计算181
【引例】181
8.1对称分量法的基本原理182
8.1.1同频率三