為響應(yīng)電氣工程及其自動化專業(yè)的國際工程教育認證要求,本書作為電氣工程及其自動化專業(yè)核心課程教材而編寫。本書的特點是,強化電氣工程一級學(xué)科寬口徑、厚基礎(chǔ)的人才培養(yǎng)目標。鑒于現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析工程計算中需要編程實現(xiàn)的行業(yè)背景,本書對于電力系統(tǒng)的潮流計算、短路電流計算和故障分析這三類常規(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)用計算編程的角度進行講授與闡述。
全書共分13章,包括電力系統(tǒng)正常運行、優(yōu)化調(diào)整、短路電流計算等內(nèi)容。
本書可作為高等院校電氣工程及其自動化專業(yè)本科生教材使用,也可供從事電力系統(tǒng)運行、規(guī)劃、設(shè)計的技術(shù)人員參考。
強化電氣工程學(xué)科寬口徑、厚基礎(chǔ)的人才培養(yǎng)特點，講授內(nèi)容適合電力系統(tǒng)及其自動化、電氣與電器、電力電子與電力傳動、高電壓與絕緣技術(shù)、電工理論與新技術(shù)方向的高年級本科生學(xué)習(xí)。
基于電氣工程及其自動化專業(yè)國際工程教育認證要求和標準，建立面向產(chǎn)出，面向行業(yè)，從理論講解、工程實踐、知識總結(jié)、復(fù)習(xí)思考的多維度構(gòu)建教材體系。
?對于電力系統(tǒng)的潮流計算、短路計算和故障分析這三類核心理論分析，在講清基本概念和基本原理的基礎(chǔ)上，側(cè)重從應(yīng)用計算編程的角度進行講解與闡述。
可作為高等學(xué)校電氣工程及其自動化類專業(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。
本書是為電氣工程及其自動化專業(yè)本科學(xué)生專業(yè)核心課程講授而編寫的,全書內(nèi)容按64個課時安排。內(nèi)容包括電力系統(tǒng)分析的元件模型、正常運行、優(yōu)化調(diào)整、短路計算等內(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算、復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流計算的數(shù)學(xué)模型、電力系統(tǒng)的無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)不對稱故障的分析和計算。關(guān)于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的同步發(fā)電機基本模型和機電暫態(tài)穩(wěn)定性分析的內(nèi)容,在本書的姊妹篇《電力系統(tǒng)分析》(李勇等編,機械工業(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二級學(xué)科的本科學(xué)生掌握電力系統(tǒng)運行與分析的基礎(chǔ)知識和基本理論,對于電力系統(tǒng)及其自動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。
當前新型電力系統(tǒng)建設(shè)正如火如荼地進行中,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)仍是本書講授的內(nèi)容。鑒于現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析工程計算中需要編程實現(xiàn),本書對于電力系統(tǒng)的潮流計算、短路計算和故障分析這三類常規(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)用計算編程的角度進行講授與闡述。習(xí)題演練是加深和掌握基本概念、基本計算方法的必要手段,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。
本書編寫過程中得到了湖南大學(xué)“電力系統(tǒng)分析理論與實踐教學(xué)團隊”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,機械工業(yè)出版社李小平編輯在成書過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,書中難免存在不妥之處,敬請讀者批評指正。如有問題或建議請直接聯(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，1975年10月生，工學(xué)博士，畢業(yè)于湖南大學(xué)電氣工程專業(yè)。現(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。研究方向為電力系統(tǒng)負荷建模與電壓穩(wěn)定、大規(guī)模儲能及其在電網(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)建模仿真分委會常務(wù)理事，湖南省電工技術(shù)學(xué)會常務(wù)理事。湖南省線下一流課程《電力系統(tǒng)基礎(chǔ)》負責人，湖南大學(xué)電力系統(tǒng)分析理論與實踐教學(xué)團隊負責人。
主持完成國家重點研發(fā)計劃子課題3項、國家自然科學(xué)基金面上項目3項，完成中國電力科學(xué)研究院、南方電網(wǎng)公司等橫向項目20余項。獲授權(quán)國家發(fā)明專利、實用新型專利30余項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇。獲省部科技進步一等獎1項、二等獎4項。
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)及其自動化專業(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。國務(wù)院特殊津貼專家，獲愛思唯爾2020中國高被引學(xué)者；中國電機工程學(xué)會高級會員，擔任2本中文核心期刊編委；研究方向為電力系統(tǒng)負荷建模與電壓穩(wěn)定、大規(guī)模儲能及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用、分布式能源與微電網(wǎng)等。
主持完成國家重點研發(fā)計劃課題2項、國家自然科學(xué)基金面上項目3項，完成國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司等橫向項目30余項。獲授權(quán)國家發(fā)明專利、實用新型專利60余項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇。獲省部科技進步一等獎3項、二等獎5項。
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)運行的基本特點及對電力系統(tǒng)運行的基本要求
1.4電力系統(tǒng)的接線方式
1.5電力系統(tǒng)中性點的運行方式
1.6我國電力系統(tǒng)的發(fā)展歷程及新的挑戰(zhàn)
1.6.1我國電力系統(tǒng)的發(fā)展歷程
1.6.2我國電網(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電力線路的參數(shù)和等效電路
2.1.1單位長度線路的參數(shù)
2.1.2一般線路的等效電路
2.1.3長線路的等效電路
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、負荷的參數(shù)和等效電路
2.3.1發(fā)電機的電抗和電勢
2.3.2負荷的功率和阻抗
2.4電力系統(tǒng)的等效網(wǎng)絡(luò)
2.4.1電壓級的歸算
2.4.2標幺制
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)點導(dǎo)納矩陣
3.1.1節(jié)點方程
3.1.2節(jié)點導(dǎo)納矩陣元素的物理意義
3.1.3節(jié)點導(dǎo)納矩陣的修改
3.1.4支路間存在互感時的節(jié)點導(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用高斯消去法簡化網(wǎng)絡(luò)
3.3節(jié)點阻抗矩陣
3.3.1節(jié)點阻抗矩陣元素的物理意義
3.3.2用支路追加法形成節(jié)點阻抗矩陣
3.3.3用線性方程直接解法對導(dǎo)納矩陣求逆
3.4節(jié)點編號順序的優(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)的負荷
4.1負荷的組成
4.2負荷曲線
4.3負荷特性與負荷模型的基本概念
4.4綜合負荷的數(shù)學(xué)建模
4.4.1負荷的靜態(tài)特性模型
4.4.2負荷的動態(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算(簡單電力系統(tǒng)的潮流計算)
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開式網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率分布計算
5.2.1已知供電點電壓和負荷節(jié)點功率時的計算方法
5.2.2兩級電壓的開式電力網(wǎng)計算
5.3簡單閉式網(wǎng)絡(luò)的功率分布計算
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)中的電壓損耗計算
5.3.3含變壓器的簡單環(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章輸電線路的傳輸特性
6.1輸電線路的功率特性
6.2沿長線的功率傳送
6.2.1長線的穩(wěn)態(tài)方程
6.2.2輸電線路的自然功率
6.2.3無損線的功率圓圖
6.2.4沿長線的電壓和電流分布
6.2.5有損耗線路穩(wěn)態(tài)運行時的電壓和電流分布
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)的潮流計算
7.1復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流計算的數(shù)學(xué)模型
7.1.1潮流計算的定解條件
7.1.2潮流計算的約束條件
7.2牛頓-拉夫遜法潮流計算
7.2.1牛頓-拉夫遜法的基本原理
7.2.2節(jié)點電壓用直角坐標表示時的牛頓-拉夫遜法潮流計算
7.2.3節(jié)點電壓用極坐標表示時的牛頓-拉夫遜法潮流計算
7.3P-Q分解法潮流計算
7.4小結(jié)
7.5復(fù)習(xí)題
第8章電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整
8.1電力系統(tǒng)的無功功率平衡
8.1.1無功功率負荷和無功功率損耗
8.1.2無功功率電源
8.1.3無功功率平衡
8.1.4無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)電機調(diào)壓
8.3.2改變變壓器電壓比調(diào)壓
8.3.3利用無功功率補償調(diào)壓
8.3.4線路串聯(lián)電容補償調(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調(diào)壓
8.5.1分析調(diào)壓措施組合時的敏感度方程式
8.5.2分析調(diào)壓措施組合時的敏感度矩陣
8.5.3調(diào)壓措施的組合——調(diào)壓問題的敏感度分析
8.5.4關(guān)于無功功率和電壓的自動調(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)負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性
9.2.2發(fā)電機組的有功功率-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)負荷在各類發(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各類發(fā)電廠負荷的合理分配
9.5有功功率和頻率的自動調(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)濟運行
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線路中能量損耗的計算方法
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荷的經(jīng)濟分配
10.2.1耗量特性
10.2.2等微增率準則
10.2.3多個發(fā)電廠間的負荷經(jīng)濟分配
10.2.4計及網(wǎng)損的有功負荷經(jīng)濟分配
10.3水、火電廠間有功功率負荷的經(jīng)濟分配
10.3.1一個水電廠和一個火電廠間負荷的經(jīng)濟分配
10.3.2計及網(wǎng)損時若干個水、火電廠間負荷的經(jīng)濟分配
10.4無功功率負荷的經(jīng)濟分配
10.4.1等微增率準則的應(yīng)用
10.4.2無功功率補償?shù)慕?jīng)濟配置
10.5小結(jié)
10
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