為響應(yīng)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的國(guó)際工程教育認(rèn)證要求,本書(shū)作為電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)核心課程教材而編寫(xiě)。本書(shū)的特點(diǎn)是,強(qiáng)化電氣工程一級(jí)學(xué)科寬口徑、厚基礎(chǔ)的人才培養(yǎng)目標(biāo)。鑒于現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析工程計(jì)算中需要編程實(shí)現(xiàn)的行業(yè)背景,本書(shū)對(duì)于電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算、短路電流計(jì)算和故障分析這三類(lèi)常規(guī)理論分析,在講清基本概念和基本原理的基礎(chǔ)上,側(cè)重從應(yīng)用計(jì)算編程的角度進(jìn)行講授與闡述。
全書(shū)共分13章,包括電力系統(tǒng)正常運(yùn)行、優(yōu)化調(diào)整、短路電流計(jì)算等內(nèi)容。
本書(shū)可作為高等院校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科生教材使用,也可供從事電力系統(tǒng)運(yùn)行、規(guī)劃、設(shè)計(jì)的技術(shù)人員參考。
強(qiáng)化電氣工程學(xué)科寬口徑、厚基礎(chǔ)的人才培養(yǎng)特點(diǎn)，講授內(nèi)容適合電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、電氣與電器、電力電子與電力傳動(dòng)、高電壓與絕緣技術(shù)、電工理論與新技術(shù)方向的高年級(jí)本科生學(xué)習(xí)。
基于電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)國(guó)際工程教育認(rèn)證要求和標(biāo)準(zhǔn)，建立面向產(chǎn)出，面向行業(yè)，從理論講解、工程實(shí)踐、知識(shí)總結(jié)、復(fù)習(xí)思考的多維度構(gòu)建教材體系。
?對(duì)于電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算、短路計(jì)算和故障分析這三類(lèi)核心理論分析，在講清基本概念和基本原理的基礎(chǔ)上，側(cè)重從應(yīng)用計(jì)算編程的角度進(jìn)行講解與闡述。
可作為高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)的本科教材，也可供從事電力系統(tǒng)工作的工程技術(shù)人員參考。
本書(shū)是為電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生專(zhuān)業(yè)核心課程講授而編寫(xiě)的,全書(shū)內(nèi)容按64個(gè)課時(shí)安排。內(nèi)容包括電力系統(tǒng)分析的元件模型、正常運(yùn)行、優(yōu)化調(diào)整、短路計(jì)算等內(nèi)容,即電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析與電力系統(tǒng)暫態(tài)分析中的故障計(jì)算內(nèi)容。核心內(nèi)容包括:電力系統(tǒng)的基本概念、電力系統(tǒng)的參數(shù)和等效網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)的功率和電壓分布計(jì)算、復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型、電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡和電壓調(diào)整、電力系統(tǒng)的有功功率平衡和頻率調(diào)整、短路電流計(jì)算的基本原理和方法、電力系統(tǒng)元件的序阻抗和等效電路、電力系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)故障的分析和計(jì)算。關(guān)于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的同步發(fā)電機(jī)基本模型和機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定性分析的內(nèi)容,在本書(shū)的姊妹篇《電力系統(tǒng)分析》(李勇等編,機(jī)械工業(yè)出版社出版)中講授。這樣安排主要是便于電氣工程所含的五個(gè)二級(jí)學(xué)科的本科學(xué)生掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行與分析的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論,對(duì)于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化方向的本科生則需要后續(xù)再學(xué)習(xí)“電力系統(tǒng)分析”課程的內(nèi)容。
當(dāng)前新型電力系統(tǒng)建設(shè)正如火如荼地進(jìn)行中,電力系統(tǒng)分析的理論研究和工程應(yīng)用得到了飛速發(fā)展,但其核心理論基礎(chǔ)仍是本書(shū)講授的內(nèi)容。鑒于現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析工程計(jì)算中需要編程實(shí)現(xiàn),本書(shū)對(duì)于電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算、短路計(jì)算和故障分析這三類(lèi)常規(guī)理論分析,在講清基本概念和基本原理的基礎(chǔ)上,側(cè)重從應(yīng)用計(jì)算編程的角度進(jìn)行講授與闡述。習(xí)題演練是加深和掌握基本概念、基本計(jì)算方法的必要手段,更是建立電力系統(tǒng)工程概念的重要途徑,因此每章配備了精選的復(fù)習(xí)題作為課后鞏固學(xué)習(xí)使用。
本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中得到了湖南大學(xué)“電力系統(tǒng)分析理論與實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)”全體同仁的大力支持,另外,湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院帥智康教授、李勇教授、王華副研究員,機(jī)械工業(yè)出版社李小平編輯在成書(shū)過(guò)程中付出了大量的心血,在此一并表示感謝。
限于作者的水平和條件,書(shū)中難免存在不妥之處,敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。如有問(wèn)題或建議請(qǐng)直接聯(lián)系:lpqcs@hnu.edu.cn,不勝感激。
編者2023年9月于湖南大學(xué)知心樓目錄
李培強(qiáng)，1975年10月生，工學(xué)博士，畢業(yè)于湖南大學(xué)電氣工程專(zhuān)業(yè)�，F(xiàn)任湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)負(fù)荷建模與電壓穩(wěn)定、大規(guī)模儲(chǔ)能及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用、分布式能源與微電網(wǎng)等。任IEEE PES電力系統(tǒng)建模仿真分委會(huì)常務(wù)理事，湖南省電工技術(shù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事。湖南省線(xiàn)下一流課程《電力系統(tǒng)基礎(chǔ)》負(fù)責(zé)人，湖南大學(xué)電力系統(tǒng)分析理論與實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。
主持完成國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題3項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目3項(xiàng)，完成中國(guó)電力科學(xué)研究院、南方電網(wǎng)公司等橫向項(xiàng)目20余項(xiàng)。獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利、實(shí)用新型專(zhuān)利30余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇。獲省部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)4項(xiàng)。
李欣然，1957年10月生，男，工學(xué)博士，畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。曾任湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。國(guó)務(wù)院特殊津貼專(zhuān)家，獲愛(ài)思唯爾2020中國(guó)高被引學(xué)者；中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，擔(dān)任2本中文核心期刊編委；研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)負(fù)荷建模與電壓穩(wěn)定、大規(guī)模儲(chǔ)能及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用、分布式能源與微電網(wǎng)等。
主持完成國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題2項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目3項(xiàng)，完成國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司等橫向項(xiàng)目30余項(xiàng)。獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利、實(shí)用新型專(zhuān)利60余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇。獲省部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)5項(xiàng)。
序
前言
第1章電力系統(tǒng)的基本概念
1.1電力系統(tǒng)的組成
1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和額定頻率
1.3電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本特點(diǎn)及對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求
1.4電力系統(tǒng)的接線(xiàn)方式
1.5電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式
1.6我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展歷程及新的挑戰(zhàn)
1.6.1我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展歷程
1.6.2我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展歷程及新的挑戰(zhàn)
1.7電力系統(tǒng)分析課程的主要內(nèi)容與研究工具
1.8小結(jié)
1.9復(fù)習(xí)題
第2章電力系統(tǒng)的參數(shù)和等效網(wǎng)絡(luò)
2.1電力線(xiàn)路的參數(shù)和等效電路
2.1.1單位長(zhǎng)度線(xiàn)路的參數(shù)
2.1.2一般線(xiàn)路的等效電路
2.1.3長(zhǎng)線(xiàn)路的等效電路
2.2變壓器、電抗器的參數(shù)和等效電路
2.2.1雙繞組變壓器的參數(shù)和等效電路
2.2.2三繞組變壓器的參數(shù)和等效電路
2.2.3自耦變壓器的參數(shù)和等效電路
2.2.4電抗器的參數(shù)和等效電路
2.3發(fā)電機(jī)、負(fù)荷的參數(shù)和等效電路
2.3.1發(fā)電機(jī)的電抗和電勢(shì)
2.3.2負(fù)荷的功率和阻抗
2.4電力系統(tǒng)的等效網(wǎng)絡(luò)
2.4.1電壓級(jí)的歸算
2.4.2標(biāo)幺制
2.4.3電力系統(tǒng)的等效網(wǎng)絡(luò)
2.5小結(jié)
2.6復(fù)習(xí)題
第3章電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型
3.1節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣
3.1.1節(jié)點(diǎn)方程
3.1.2節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣元素的物理意義
3.1.3節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的修改
3.1.4支路間存在互感時(shí)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣
3.2網(wǎng)絡(luò)方程的解法
3.2.1用高斯消去法求解網(wǎng)絡(luò)方程
3.2.2用高斯消去法簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)
3.3節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣
3.3.1節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣元素的物理意義
3.3.2用支路追加法形成節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣
3.3.3用線(xiàn)性方程直接解法對(duì)導(dǎo)納矩陣求逆
3.4節(jié)點(diǎn)編號(hào)順序的優(yōu)化
3.5小結(jié)
3.6復(fù)習(xí)題
電力系統(tǒng)基礎(chǔ)
目錄第4章電力系統(tǒng)的負(fù)荷
4.1負(fù)荷的組成
4.2負(fù)荷曲線(xiàn)
4.3負(fù)荷特性與負(fù)荷模型的基本概念
4.4綜合負(fù)荷的數(shù)學(xué)建模
4.4.1負(fù)荷的靜態(tài)特性模型
4.4.2負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性模型
4.5小結(jié)
4.6復(fù)習(xí)題
第5章電力網(wǎng)絡(luò)的功率和電壓分布計(jì)算(簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算)
5.1網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗
5.1.1網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落
5.1.2網(wǎng)絡(luò)元件的功率損耗
5.2開(kāi)式網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率分布計(jì)算
5.2.1已知供電點(diǎn)電壓和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率時(shí)的計(jì)算方法
5.2.2兩級(jí)電壓的開(kāi)式電力網(wǎng)計(jì)算
5.3簡(jiǎn)單閉式網(wǎng)絡(luò)的功率分布計(jì)算
5.3.1兩端供電網(wǎng)絡(luò)的功率分布
5.3.2閉式電力網(wǎng)中的電壓損耗計(jì)算
5.3.3含變壓器的簡(jiǎn)單環(huán)網(wǎng)的功率分布
5.3.4環(huán)網(wǎng)中的潮流控制
5.4小結(jié)
5.5復(fù)習(xí)題
第6章輸電線(xiàn)路的傳輸特性
6.1輸電線(xiàn)路的功率特性
6.2沿長(zhǎng)線(xiàn)的功率傳送
6.2.1長(zhǎng)線(xiàn)的穩(wěn)態(tài)方程
6.2.2輸電線(xiàn)路的自然功率
6.2.3無(wú)損線(xiàn)的功率圓圖
6.2.4沿長(zhǎng)線(xiàn)的電壓和電流分布
6.2.5有損耗線(xiàn)路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電壓和電流分布
6.3單端供電系統(tǒng)的功率特性
6.4小結(jié)
6.5復(fù)習(xí)題
第7章電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算
7.1復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型
7.1.1潮流計(jì)算的定解條件
7.1.2潮流計(jì)算的約束條件
7.2牛頓-拉夫遜法潮流計(jì)算
7.2.1牛頓-拉夫遜法的基本原理
7.2.2節(jié)點(diǎn)電壓用直角坐標(biāo)表示時(shí)的牛頓-拉夫遜法潮流計(jì)算
7.2.3節(jié)點(diǎn)電壓用極坐標(biāo)表示時(shí)的牛頓-拉夫遜法潮流計(jì)算
7.3P-Q分解法潮流計(jì)算
7.4小結(jié)
7.5復(fù)習(xí)題
第8章電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡和電壓調(diào)整
8.1電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡
8.1.1無(wú)功功率負(fù)荷和無(wú)功功率損耗
8.1.2無(wú)功功率電源
8.1.3無(wú)功功率平衡
8.1.4無(wú)功功率平衡和電壓水平的關(guān)系
8.2電壓調(diào)整的基本概念
8.2.1允許電壓偏移
8.2.2中樞點(diǎn)的電壓管理
8.2.3電壓調(diào)整的基本原理
8.3電壓調(diào)整的措施
8.3.1發(fā)電機(jī)調(diào)壓
8.3.2改變變壓器電壓比調(diào)壓
8.3.3利用無(wú)功功率補(bǔ)償調(diào)壓
8.3.4線(xiàn)路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓
8.4調(diào)壓措施的應(yīng)用
8.4.1各種調(diào)壓措施的合理應(yīng)用
8.4.2各種措施調(diào)壓效果的綜合分析
8.5調(diào)壓措施的組合和自動(dòng)調(diào)壓
8.5.1分析調(diào)壓措施組合時(shí)的敏感度方程式
8.5.2分析調(diào)壓措施組合時(shí)的敏感度矩陣
8.5.3調(diào)壓措施的組合——調(diào)壓?jiǎn)栴}的敏感度分析
8.5.4關(guān)于無(wú)功功率和電壓的自動(dòng)調(diào)整
8.6小結(jié)
8.7復(fù)習(xí)題
第9章電力系統(tǒng)的有功功率平衡和頻率調(diào)整
9.1頻率調(diào)整的必要性
9.2電力系統(tǒng)的頻率特性
9.2.1系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性
9.2.2發(fā)電機(jī)組的有功功率-頻率靜態(tài)特性
9.2.3電力系統(tǒng)的有功功率-頻率靜態(tài)特性
9.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整
9.3.1頻率的一次調(diào)整
9.3.2頻率的二次調(diào)整
9.3.3互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整
9.3.4主調(diào)頻廠的選擇
9.3.5頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的關(guān)系
9.4有功功率平衡和系統(tǒng)負(fù)荷在各類(lèi)發(fā)電廠間的合理分配
9.4.1有功功率平衡和備用容量
9.4.2各類(lèi)發(fā)電廠負(fù)荷的合理分配
9.5有功功率和頻率的自動(dòng)調(diào)整
9.6小結(jié)
9.7復(fù)習(xí)題
第10章電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
10.1電力網(wǎng)中的能量損耗
10.1.1電力網(wǎng)的能量損耗和損耗率
10.1.2線(xiàn)路中能量損耗的計(jì)算方法
10.1.3降低網(wǎng)損的技術(shù)措施
10.2火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配
10.2.1耗量特性
10.2.2等微增率準(zhǔn)則
10.2.3多個(gè)發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配
10.2.4計(jì)及網(wǎng)損的有功負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配
10.3水、火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配
10.3.1一個(gè)水電廠和一個(gè)火電廠間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配
10.3.2計(jì)及網(wǎng)損時(shí)若干個(gè)水、火電廠間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配
10.4無(wú)功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配
10.4.1等微增率準(zhǔn)則的應(yīng)用
10.4.2無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)配置
10.5小結(jié)
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