本书全面讲解了现代电力系统的动态行为和控制问题，内容包括电力系统规划、设计、运行和控制中特别关注的静态稳定性、暂态稳定性、电压稳定性、频率稳定性、次同步振荡稳定性、动态等效和发电机自励磁等重要主题。本书的突出优势是注重物理原理、内容全面、分析深入、解释透彻。本书可作为电力系统专业硕士和博士研究生“电力系统暂态分析”课程的教材。同时，本书也特别适合于从事电力系统研究、规划、设计、运行和控制的专业人员阅读。

译者序
原书前言
符号汇总
缩略语
部分电力系统导论
章引言2
1.1动态系统的稳定性与控制2
1.2电力系统动态的分类4
1.3两对重要的物理量：无功功率与电压和有功功率与频率6
1.4电力系统的稳定性7
1.5电力系统的安全性8
1.6简单的历史回顾10
第2章电力系统元件12
2.1引言12
2.1.1供电的可靠性12
2.1.2优质电能的供给12
2.1.3经济发电和输电13
2.1.4环境问题13
2.2电力系统结构13
2.2.1发电14
2.2.2输电15
2.2.3配电15
2.2.4负荷需求16
2.3发电机组16
2.3.1同步发电机17
2.3.2励磁机和自动电压调节器17
2.3.3涡轮机及其调速系统21
2.4变电站29
2.5输配电网络29
2.5.1架空线路和地下电缆30
2.5.2变压器30
2.5.3并联和串联元件35
2.5.4FACTS装置36
2.6保护45
2.6.1输电线路保护45
2.6.2变压器保护47
2.6.3母线保护48
2.6.4发电机组保护48
2.7广域测量系统48
2.7.1基于GPS信号的WAMS和WAMPAC49
2.7.2相量50
2.7.3相量测量单元51
2.7.4WAMS和WAMPAC的结构52
第3章电力系统稳态分析54
3.1输电线路54
3.1.1输电线路方程与*形等效电路55
3.1.2输电线路的性能55
3.1.3电缆线路60
3.2变压器60
3.2.1等效电路60
3.2.2非标称电压比62
3.3同步发电机63
3.3.1圆柱形转子电机64
3.3.2凸极电机70
3.3.3作为功率源的同步发电机75
3.3.4圆柱形转子发电机的无功功率能力曲线77
3.3.5电压-无功功率能力特性9(Q)80
3.3.6考虑网络的等效阻抗85
3.4电力系统负荷88
3.4.1照明与加热设备89
3.4.2感应电动机90
3.4.3负荷的静态特性93
3.4.4负荷模型95
3.5网络方程97
3.6输电网中的潮流101
3.6.1潮流的控制101
3.6.2潮流计算104
第2部分电力系统动态导论
第4章电磁暂态过程108
4.1基本原理108
4.2同步发电机上的三相短路110
4.2.1发电机空载且忽略绕组电阻时的三相短路110
4.2.2将绕组的电阻效应考虑进来113
4.2.3电枢磁通路径与等效电抗115
4.2.4发电机电动势与等效电路119
4.2.5初始状态为空载时的发电机短路电流125
4.2.6带载发电机的短路电流127
4.2.7次暂态转矩128
4.3相间短路130
4.3.1忽略绕组电阻时的短路电流和磁通130
4.3.2次暂态凸极效应的影响134
4.3.3正序和负序电抗136
4.3.4绕组电阻的影响137
4.3.5次暂态转矩138
4.4发电机同期并网140
4.4.1电流与转矩140
4.5网络中的短路及其清除142
第5章小扰动机电动态过程145
5.1摇摆方程145
5.2阻尼功率148
5.2.1大转速偏差下的阻尼功率151
5.3平衡点151
5.4不控系统的静态稳定性153
5.4.1失步功率153
5.4.2暂态功率-功角特性154
5.4.3转子摇摆和等面积法则160
5.4.4阻尼绕组的影响161
5.4.5转子磁链变化的影响162
5.4.6围绕平衡点的转子摇摆分析166
5.4.7单机-无穷大系统的力学模拟169
5.5受控系统的静态稳定性170
5.5.1受控发电机的稳态功率-功角特性170
5.5.2受控发电机的暂态功率-功角特性174
5.5.3转子磁链变化的影响176
5.5.4AVR作用于阻尼绕组的影响178
5.5.5对负阻尼分量的补偿179
第6章大扰动机电动态过程180
6.1暂态稳定性180
6.1.1故障清除不改变等效网络阻抗时的稳定性分析180
6.1.2有自动重合闸与无自动重合闸的短路清除185
6.1.3功率振荡187
6.1.4磁通衰减的影响187
6.1.5AVR的影响188
6.2多机系统中的转子摇摆191
6.3用于稳定性评估的直接法194
6.3.1数学背景194
6.3.2能量型Lyapunov函数196
6.3.3暂态稳定区域198
6.3.4等面积法则199
6.3.5用于多机系统的Lyapunov直接法201
6.4同期过程206
6.5异步运行与再同步209
6.5.1辻渡到异步运行的辻程210
6.5.2异步运行211
6.5.3再同步的可能性211
6.6失步保护系统213
6.6.1功率振荡时的阻抗轨迹214
6.6.2功率振荡闭锁216
6.6.3同步发电机的滑极保护217
6.6.4电网中的失步跳闸219
6.6.5大停电的例子221
6.7传动轴系中的扭转振荡221
6.7.1汽轮机-发电机转子的自然扭振频率222
6.7.2系统故障的效应227
6.7.3次同步谐振229
第7章风力发电232
7.1风力机232
7.1.1发电机系统235
7.2感应电机等效电路239
7.3接入电网的感应发电机242
7.4通过外部转子电阻略微增大转速变化范围的感应发电机245
7.5转速变化范围显著增大的感应发电机：DFIG246
7.5.1注入电压与转子电流同相时的运行特性248
7.5.2注入电压与转子电流非同相时的运行特性250
7.5.3作为同步发电机的DFIG250
7.5.4DFIG的控制策略252
7.6全功率换流器系统：大范围变速控制253
7.6.1机侧逆变器254
7.6.2网侧逆变器255
7.7变速风力机的峰值功率跟踪256
7.8海上风电场的接入256
7.9感应发电机的故障行为257
7.9.1定速感应发电机257
7.9.2变速感应发电机258
7.10风电机组对电力系统稳定性的影响258
第8章电压稳定性260
8.1网络可行性260
8.1.1理想刚性负荷261
8.1.2负荷特性的影响263
8.2稳定性判据265
8.2.1d△Q/dV判据265
8.2.2dE/dV判据267
8.2.3dQG/dQL判据268
8.3临界负荷水平与电压崩溃269
8.3.1负荷增加的效应270
8.3.2网络故障的影响273
8.3.3负荷特性曲线形状的影响274
8.3.4电压控制的影响275
8.4静态分析276
8.4.1电压稳定性与潮流的关系276
8.4.2电压稳定指标278
8.5动态分析279
8.5.1电压崩溃的动态辻程279
8.5.2电力系统大停电事故实例281
8.5.3电压崩溃的计算机仿真284
8.6电压崩溃的预防284
8.7发电机带容性负荷时的自励磁286
8.7.1RLC电路中的参数谐振286
8.7.2励磁绕组开路时发电机的自励磁286
8.7.3励磁绕组闭合时的发电机自励磁289
8.7.4自励磁的实际可能性290
第9章频率稳定和控制291
9.1自动发电控制291
9.1.1发电出力特性曲线292
9.1.2一次控制294
9.1.3二次控制296
9.1.4三次控制300
9.1.5作为多级控制的AGC300
9.1.6抗频率不稳定的防御计划301
9.1.7频率控制的质量评估302
9.2阶段Ⅰ：发电机群中的转子摇摆304
9.3阶段Ⅱ：频率下降306
9.4阶段Ⅲ：一次控制308
9.4.1旋转备用的重要性309
9.4.2频率崩溃311
9.4.3低频切负荷313
9.5阶段Ⅳ：二次控制313
9.5.1孤岛系统313
9.5.2互联系统与联络线功率振荡316
9.6联络线上的FACTS装置322
9.6.1多机系统的增量模型322
9.6.2基于Lyapunov方法的状态变量控制326
9.6.3仿真结果实例329
9.6.4AGC与联络线中串联型FACTS装置的协调331
0章提高稳定性的措施332
10.1电力系统稳定器332
10.1.1应用于励磁系统的PSS332
10.1.2应用于涡轮机调速器的PSS335
10.2快关汽门336
10.3制动电阻339
10.4切机340
10.4.1预防性切机341
10.4.2恢复性切机342
10.5并联FACTS装置342
10.5.1功率-功角特性曲线343
10.5.2状态变量控制345
10.5.3基于就地测量量的控制347
10.5.4可控并联元件实例350
10.5.5多机系统的推广352
10.5.6仿真结果示例358
10.6串联补偿器360
10.6.1状态变量控制361
10.6.2基于等面积法则的解释363
10.6.3基于电流二次方的控制策略364
10.6.4基于其他就地测量量的控制365
10.6.5仿真结果366
10.7统一潮流控制器367
10.7.1功率-功角特性曲线367
10.7.2状态变量控制369
10.7.3基于就地测量量的控制370
10.7.4仿真结果示例371
第3部分电力系统动态不错专题
1章电力系统不错建模374
11.1同步发电机374
11.1.1假设汇总374
11.1.2定子坐标系下的磁链方程375
11.1.3转子坐标系下的磁链方程376
11.1.4电压方程380
11.1.5基于电路量的发电机电抗383
11.1.6同步发电机方程386
11.1.7同步发电机模型392
11.1.8饱和效应395
11.2励磁系统399
11.2.1传感器与比较器的模型400
11.2.2励磁机和调节器400
11.2.3电力系统稳定器(PSS)406
11.3涡轮机与涡轮机调速器406
11.3.1汽轮机模型407
11.3.2水轮机411
11.3.3风力机416
11.4动态负荷模型420
11.5FACTS装置422
11.5.1并联FACTS装置422
11.5.2串联FACTS装置423
2章多机系统的静态稳定性424
12.1数学背景424
12.1.1特征值和特征向量424
12.1.2实方阵的对角化428
12.1.3矩阵微分方程的求解432
12.1.4模态分析与灵敏度分析439
12.1.5具有输入的状态方程的模态形式442
12.1.6非线性系统442
12.2不控系统的静态稳定性443
12.2.1状态空间方程444
12.2.2简化的静态稳定条件446
12.2.3包括负荷的电压特性450
12.2.4网络传输能力451
12.3受控系统的静态稳定性451
12.3.1发电机和网络451
12.3.2将励磁系统模型及电压控制列入方程455
12.3.3系统的线性状态方程456
12.3.4实例458
3章电力系统动态仿真462
13.1数值积分法463
13.2分割解法467
13.2.1部分矩阵求逆469
13.2.2矩阵分解472
13.2.3牛顿法473
13.2.4避免迭代的方法和网络求解的多种方法476
13.3统一解法478
13.4求解方法的比较479
4章电力系统模型简化——等效方法481
14.1等效的类型481
14.2网络变换482
14.2.1消去节点法482
14.2.2采用Dimo法的节点聚合485
14.2.3采用Zhukov法的节点聚合486
14.2.4同调性488
14.3发电机组的聚合490
14.4外部子系统的等效模型490
14.5同调辨识491
14.6同调等效的特性495
14.6.1Zhukov法的电气解释495
14.6.2增量等效模型497
14.6.3精确同调性的模态解释499
14.6.4等效模型的特征值和特征向量503
14.6.5等效模型的平衡点508
附录512
参考文献528