电力系统低频功率振荡模式分析理论与方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杜文娟，王海风 著

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• 电力系统
• 低频振荡
• 功率系统分析
• 模式识别
• 振荡特性
• 稳定性分析
• 电力电子
• 控制系统
• 数学建模
• 信号处理

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030506092

版次：01

商品编码：12162814

包装：平装

开本：32开

出版时间：2017-03-01

页数：420

正文语种：中文

内容简介

电力系统低频振荡严重时会危害到系统的安全稳定运行，是一个长期未得到有效解决的、复杂的工程科学问题。模式分析应用于电力系统低频振荡分析与控制，具有数学基础严谨、应用面广、效果显著的特点，一直在不断发展之中，并被广泛应用于电力系统工程实践。本书在介绍模式分析的基本理论和方法的基础上，系统总结了著者二十多年来对模式分析理论和应用的研究成果，包括模式分析应用于灵活交流输电系统稳定性分析与控制、储能系统稳定控制、以及风电接入电力系统稳定性分析的*新研究成果。

目录

前言

第1章 电力系统小干扰功角稳定性
1.1 电力系统小干扰功角稳定性的基本概念
1.2 电力系统低频功率振荡研究回顾
1.2.1 早期对单机无穷大电力系统小干扰功角稳定性的研究(1970年前)
1.2.2 对电力系统低频功率振荡分析与阻尼控制研究的发展时期(1970～2000年)
1.2.3 含大规模新能源高渗透率接入的电力系统低频功率振荡分析
1.3 电力系统低频功率振荡分析与阻尼控制研究专题回顾
1.3.1 稳定器反馈信号和安装地点的选择
1.3.2 多机电力系统中稳定器的协调设计
1.3.3 机电波方法
1.3.4 广域阻尼控制
1.3.5 电力系统小于扰功角概率稳定性
参考文献

第2章 模式分析的基本理论与方法
2.1 单机无穷大电力系统线性化模型
2.1.1 详细线性化模型
2.1.2 简化Heffron.Phillips模型
2.2 模式分析
2.2.1 模式分析理论基础
2.2.2 模式分析理论与方法的应用
2.3 阻尼转矩分析
2.3.1 阻尼转矩和同步转矩
2.3.2 相位补偿法设计PSS
2.4 举例——单机无穷大电力系统
2.4.1 建立线性化模型
2.4.2 模式分析过程
2.4.3 阻尼转矩分析和模式分析的等效性
2.5 变增益稳定器
2.5.1 变增益稳定器的设计
2.5.2 举例——单机无穷大系统的仿真
参考文献

第3章 多机电力系统的线性化模型
3.1 装有PSS的多机电力系统线性化模型
3.1.1 一般线性化模型
3.1.2 Heffron-Phillips模型
3.2 装有晶闸管控制型FACTS装置的多机电力系统线性化模型
3.2.1 发电机的线性化模型
3.2.2 静态无功补偿器(SVC)的线性化模型
3.2.3 晶闸管控制型串联补偿器(TCSC)的线性化模型
3.2.4 晶闸管控制型移相器(TCPS)的线性化模型
3.2.5 装有晶闸管控制型FACTS装置的JV机电力系统的线性化模型
3.3 装有VSC控制型FACTS装置的多机电力系统的线性化模型
3.3.1 装有并联VSC控制型FACTS稳定器的多机电力系统的线性化模型
3.3.2 装有UPFC的多机电力系统的线性化模型
3.3.3 装有采用矢量控制的UPFC的多机电力系统线性化模型

第4章 模式分析方法在多机电力系统中的基本应用
4.1 多机电力系统中的模式分析
4.1.1 参与因子、机电回路相关比和模态分析
4.1.2 留数指标
4.2 多机系统中稳定器的协调设计
4.2.1 多机系统中稳定器安装地点和反馈信号的选择
4.2.2 多机系统中多个PSS的参数协调整定
4.3 降阶模式分析
4.3.1 振荡模式的降阶计算
4.3.2 PSS降阶协调设计方法
4.4 UPFC附加稳定器阻尼低频振荡
4.4.1 UPFC附加稳定器附加控制回路的选择
4.4.2 多个UPFC附加稳定器的协调设计
4.4.3 利用UPFC附加稳定器阻尼多模式振荡
参考文献

第5章 多机电力系统中模式分析方法的扩展应用与阻尼控制
5.1 鲁棒稳定器设计
5.1.1 稳定器鲁棒安装地点和反馈信号
5.1.2 基于调速系统实现的自适应鲁棒稳定器
5.2 固定模式问题
5.3 紧急阻尼控制
5.3.1 紧急阻尼控制策略
5.3.2 举例——16机电力系统
5.3.3 举例——实际电力系统
5.4 广域阻尼控制
5.4.1 模式分析和稳定器参数设计
5.4.2 本地信号的重构算法
5.4.3 举例——四机两区域系统
参考文献

第6章 风电接入影响电力系统小干扰稳定性分析
6.1 风力发电机模型
6.1.1 永磁直驱风力发电机电气模型
6.1.2 双馈感应风力发电机的电气数学模型
6.2 双馈感应风力发电机接入对电力系统小干扰稳定性的影响分析
6.2.1 含双馈感应风力发电机的电力系统线性化模型
6.2.2 双馈感应风力发电机与电力系统动态交互对系统小干扰稳定性的影响
6.2.3 举例——含DFIG的电力系统
6.3 永磁同步风力发电机接入影响电力系统小干扰稳定性分析
6.3.1 电压源换流器控制的影响
6.3.2 举例——含PMSG的电力系统
6.4 含并网风电的电力系统小干扰功角概率稳定性
6.4.1 并网风力发电随机波动的概率分布函数及相关参数
6.4.2 机电振荡模式阻尼概率分布函数的构造
6.4.3 风电源之间的空间相关性
6.4.4 机电振荡模式阻尼分布函数区间端点值的处理
6.4.5 多点线性化
6.4.6 联合风功率并协性的方差指标
6.4.7 举例——概率小干扰功角稳定性
6.5 风电接入影响电力系统小干扰功角稳定性的机电波分析方法
6.5.1 电力系统连续体模型
6.5.2 风力发电机替换同步发电机造成的低频功率振荡中心漂移
参考文献

深度解析电力系统低频功率振荡：理论、成因与控制策略 电力系统是现代社会运行的基石，其稳定与可靠性至关重要。然而，随着电网规模的不断扩大、新能源的接入以及复杂控制策略的应用，电力系统面临着日益严峻的低频功率振荡（Low-Frequency Power Oscillation, LFPO）问题。这种振荡通常发生在0.1Hz至2Hz的频率范围内，会对电力系统的稳定运行造成严重威胁，可能导致大范围停电事故。本书将深入探讨电力系统低频功率振荡的本质，揭示其产生的深层原因，并系统性地介绍一系列有效的分析与控制方法，旨在为电力系统工程师、科研人员以及相关领域的学生提供一份全面而深入的参考。 一、低频功率振荡的根源：系统不平衡与动态耦合 低频功率振荡并非单一因素导致，而是多种动态过程耦合作用下的复杂现象。本书将从以下几个关键维度剖析其成因： 发电机同步稳定性的挑战： 发电机是电力系统的能量源头，其励磁系统、调速器以及机组本身的机械动力学特性，都可能在扰动下产生低频振荡。尤其是在大规模并网机组中，不同机组间的同步特性差异、快速调频调压控制器的引入，都可能加剧振荡的产生与传播。本书将详细阐述发电机各子系统的动态模型，分析其在不同运行工况下的稳定性边界，以及如何通过参数调整和控制器设计来抑制振荡。 电力电子设备的影响： 随着高压直流输电（HVDC）、柔性交流输电系统（FACTS）等电力电子技术在电网中的广泛应用，它们为电网提供了更灵活的调度和控制手段，但也引入了新的不稳定性源。这些设备的高速开关特性、特殊的控制算法，可能在特定条件下与电网产生频率耦合，诱发低频振荡。本书将重点分析不同类型电力电子设备（如MMC-HVDC、SVC、STATCOM等）的建模方法，探讨其对系统低频振荡的贡献，并提出相应的抑制策略，例如改进控制策略、优化参数设置等。 负荷侧的动态响应： 传统负荷模型往往被简化为静态特性，然而，现代负荷，特别是工业拖动设备（如大型电动机）、暖通空调系统（HVAC）以及智能家居设备，都表现出一定的动态响应特性。这些负荷的非线性行为和功率需求变化，可能与电网动态相互作用，成为低频功率振荡的诱因。本书将介绍如何建立更精细的负荷模型，分析其动态特性，并探索如何通过负荷侧的控制手段来改善系统的低频稳定性。 电网结构与互联效应： 大型互联电网的特性决定了功率振荡能够跨越区域边界传播，并在系统内形成复杂的耦合。长距离输电线路、串联电容器组等元件的参数，会影响系统的阻尼特性，而节点间的功率流动和电压变化，也会对振荡产生影响。本书将从网络拓扑、传输容量、阻尼比等多个角度，分析电网结构对低频功率振荡的影响，并探讨如何通过优化电网结构、合理规划输电线路来提升系统的抗振能力。 二、低频功率振荡的监测与分析：诊断关键，预警先行 准确地识别和分析低频功率振荡的模式、幅值和频率，是有效控制的前提。本书将聚焦于先进的监测与分析技术： 时频分析技术： 传统频谱分析方法难以应对非线性、时变系统产生的振荡。本书将介绍短时傅里叶变换（STFT）、小波变换（Wavelet Transform）以及经验模态分解（EMD）及其改进方法（如CEEMDAN）等时频分析工具，如何有效地从带有噪声的测量数据中提取低频功率振荡的瞬时频率和幅值信息，从而精确诊断振荡的发生和演变过程。 模态分析技术： 模态分析是理解系统动态行为的有效手段。本书将深入阐述线性系统模态分析（如特征值分析）在识别系统固有频率和振幅衰减率方面的应用，并在此基础上，介绍非线性系统模态分析方法，例如谐波平衡法（Harmonic Balance Method）以及降阶模型（Reduced Order Model）的建立，如何帮助我们理解低频功率振荡的非线性特性及其与系统参数的关系。 扰动分析与系统辨识： 通过在系统中引入特定的扰动（如发电机甩负荷、线路跳闸等），可以激发起低频功率振荡，从而通过测量数据辨识系统的动态模型参数。本书将介绍如何设计合理的扰动信号，以及如何利用系统辨识算法（如最小二乘法、卡尔曼滤波等）来构建系统的低频振荡模型，为后续的控制设计提供依据。 实时监测与故障诊断： 结合 SCADA 系统和 PMU（Phasor Measurement Unit）等先进的测量技术，本书将探讨如何实现低频功率振荡的实时监测和预警。通过建立有效的故障诊断规则和算法，能够快速定位振荡源，评估振荡的严重性，并为操作人员提供及时的决策支持。 三、低频功率振荡的控制与抑制：多管齐下，协同应对 一旦低频功率振荡被识别和分析，有效的控制策略就显得尤为重要。本书将系统性地介绍多种控制手段： 发电机励磁与调速器控制优化： 针对发电机产生的低频振荡，本书将详细讨论如何设计先进的励磁控制器（如PID、模糊逻辑、自适应控制）和调速器控制器，以增强系统的阻尼。特别地，将深入分析阻尼信号的提取（如频率、功率、电压导数等），以及如何通过增强型励磁控制器（PSS）来有效抑制系统振荡。 电力电子设备控制策略的改进： 针对电力电子设备引入的不稳定性，本书将探讨如何设计更加鲁棒和有效的控制策略，例如改进HVDC和FACTS设备的控制环路，优化其与电网的交互，以及设计专门的阻尼控制器来抑制低频功率振荡。 系统级阻尼控制器： 在区域或整个电力系统层面，可以引入专门的系统级阻尼控制器（System Damping Controllers, SDCs）。本书将介绍不同类型的SDCs，例如基于模态的阻尼控制器、基于信号的阻尼控制器以及基于人工智能的阻尼控制器，并分析其在抑制大范围低频功率振荡方面的优势和局限性。 混合控制策略与人工智能应用： 面对复杂多变的电力系统动态，单一的控制策略往往难以满足要求。本书将探讨如何结合多种控制方法，例如将传统的基于模型的控制与基于学习的控制（如强化学习、神经网络）相结合，以实现更优的控制性能。特别是，将介绍如何利用机器学习技术来预测振荡的发生，并自主地调整控制参数，以提高系统的自适应性和鲁棒性。 电网规划与运行策略的优化： 除了直接的控制手段，合理的电网规划和运行策略也能有效预防和缓解低频功率振荡。本书将讨论如何通过优化电网互联方式、合理配置发电机组、制定灵活的调度策略，以及考虑新能源消纳的影响，来提升电网的低频功率振荡抵抗能力。 本书旨在为读者提供一个清晰、系统且深入的学习框架，帮助理解电力系统低频功率振荡这一复杂的工程挑战。通过理论与方法的结合，希望能为保障电力系统安全稳定运行贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，电力系统的稳定性分析是一个极其复杂的领域，尤其是在面对低频功率振荡这种隐蔽而又具有破坏性的现象时。之前我尝试阅读过一些相关的资料，但总觉得难以入门，很多概念晦涩难懂，很难形成一个清晰的认知。这本书的出现，无疑为我打开了一扇新的大门。 书中对于“特征值分析”的讲解，是我认为最精彩的部分之一。作者通过清晰的数学推导，解释了特征值和特征向量如何能够揭示电力系统动态特性的本质。特别是如何通过计算特征值的实部和虚部，来判断系统的稳定性以及振荡的频率和阻尼。书中还详细讲解了如何利用不同的数值算法来求解特征值问题，以及如何处理大型电力系统的计算复杂性。我之前对于这些计算方法只是略知一二，但通过这本书的深入讲解，我对其原理和应用有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，对我来说是一次关于系统思维的再教育。以往我对电力系统的理解，更多地停留在静态或准静态的分析层面，忽略了其动态、复杂的内在联系。这本书则以“振荡模式”为切入点，展现了电力系统作为一个整体，其各个组成部分是如何相互影响，又如何共同演化出复杂的动态行为。 作者在书中对于“模态分解”的详细阐述，尤其让我受益匪浅。通过将一个复杂的系统振荡分解成一系列独立的、具有特定频率和阻尼特性的模态，我们能够更清晰地看到各个子系统的贡献。书中还深入探讨了不同模态之间的耦合关系，以及这种耦合如何影响整体系统的稳定性。这种从整体到局部的分析方法，让我重新审视了电力系统的复杂性，并认识到理解其动态行为的重要性。它不仅提供了分析工具，更重要的是培养了一种系统性的思考方式。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我惊喜的是其“理论与方法”的融合度。我读过很多电力系统相关的书籍，有些过于侧重理论的深度，读起来像是啃一本厚厚的数学手册，而有些则过于偏重工程实践，但缺乏理论的支撑，看完后总是感觉不够“扎实”。这本书则在这两者之间找到了一个绝佳的平衡点。作者在引入每一个分析方法之前，都会先对其背后的物理原理进行深入的阐述，解释为什么这个方法有效，它基于什么样的假设。 例如，在讲解阻尼分析时，作者并没有止步于阻尼比的计算，而是花了大量篇幅解释了阻尼是如何产生的，包括同步发电机内部的励磁系统、调速器系统、电力系统稳定器（PSS）等在提供阻尼方面的作用。书中还详细介绍了不同类型的PSS的设计原理及其对不同振荡模式的阻尼效果。这种深入浅出的讲解方式，让我能够真正理解每个环节的意义，而不是简单地套用公式。我觉得这本书就像一位经验丰富的导师，能够循循善诱地引导读者逐步深入理解电力系统低频功率振荡的本质。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，电力系统的研究离不开数学工具的支持，但很多时候，过于晦涩的数学公式反而会成为阻碍理解的屏障。这本书在这方面做得非常出色，它在保证数学严谨性的同时，最大限度地降低了理解门槛。 作者在引入数学模型时，都会辅以直观的物理解释和生动的类比。比如，在讲解状态空间模型时，他并没有直接抛出大段的矩阵方程，而是先用一个简单的弹簧-质量-阻尼系统来类比，从而帮助读者建立起对状态变量、输入和输出的直观认识。而且，书中还穿插了大量的图示和仿真结果，将抽象的数学概念具象化，让我能够更轻松地理解复杂的动态过程。我认为，对于想要深入理解电力系统低频功率振荡，但又对繁琐数学公式感到畏惧的读者来说，这本书无疑是一个非常好的选择。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的价值在于，它提供了一套系统、完整的解决电力系统低频功率振荡问题的“方法论”。很多时候，我们之所以难以解决工程中的难题，并不是因为缺乏技术，而是因为缺乏一套清晰的、可行的分析框架。这本书恰恰提供了这样的框架。 作者在书中对于“模态分析”的阐述，让我对电力系统的动态行为有了全新的认识。他将复杂的系统振荡分解为一系列相对独立的“振荡模式”，并对每一种模式的产生机理、传播路径以及对系统稳定性的影响进行了深入的分析。更重要的是，书中还提供了如何利用这些分析结果来指导实际工程的建议，例如如何通过调整控制器的参数来抑制不希望出现的振荡模式，或者如何通过加强对特定模态的监控来提前预警潜在的系统风险。这种“从分析到决策”的完整流程，让我觉得这本书非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的时候，我最先关注的是它是否能够提供一套完整的、可操作的分析流程。坦白说，我是一名初级电力系统工程师，在实际工作中经常会遇到一些难以解释的系统功率波动，但对于如何系统性地分析这些波动，尤其是低频功率振荡，缺乏清晰的思路。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅是罗列方法，而是将分析过程分解成一系列清晰的步骤，从数据采集、模型建立，到特征值分析、模态分解，再到阻尼比和频率的评估，每一步都讲解得非常到位。 特别是关于“模态分解”这一部分，作者用了大量的篇幅去解释不同模态的物理意义，以及如何通过模态参与因子来判断各个机组或线路对特定振荡模式的贡献度。书中还提供了如何利用实际运行数据来辨识这些模态的案例分析，这让我觉得非常实用。我可以直接将书中的方法应用到我的实际工作中，通过分析实际数据来找出导致系统不稳定的关键因素。这本书的价值在于，它将复杂的理论知识转化为了可以指导实践的工具，让我不再对那些“看不见的”系统问题感到束手无策。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大启发，在于它让我认识到电力系统的“动态美”。我们通常关注的是电力系统的稳态运行，即电压、频率是否稳定。但这本书则将我们的目光引向了那些隐藏在表象之下的动态过程，那些在微小扰动下悄然发生的功率振荡。 作者通过对不同振荡模式的细致刻画，展现了电力系统内部千丝万缕的联系。比如，他详细分析了区域性振荡和全系统振荡的区别，以及它们是如何相互影响的。书中还探讨了不同区域电力系统之间的耦合关系，以及这种耦合如何可能放大或减弱低频功率振荡的影响。这种深入挖掘系统内在动态的行为，让我觉得电力系统不再是一个冰冷的机器，而是一个充满生命力的、复杂的有机体。

评分☆☆☆☆☆

我一直对电力系统中的“黑箱”现象感到困惑，尤其是那些难以追踪的低频功率振荡。很多时候，即使系统出现振荡，我们也只能看到现象，却很难找到根本原因。《电力系统低频功率功率振荡模式分析理论与方法》这本书，给了我一个全新的视角来理解这些现象。它不仅仅是停留在“分析”层面，而是更进一步地去“诊断”和“预测”。 书中关于“模式识别”和“故障诊断”的部分，给我留下了深刻的印象。作者通过引入一些先进的信号处理技术，例如傅里叶变换、小波分析等，来提取和分析系统运行数据中的隐藏信息，从而识别出不同频率和特性的振荡模式。更重要的是，书中还讨论了如何根据这些识别出的模式，来推断可能导致振荡的设备故障或控制策略问题。这就像给电力系统安装了一个“健康体检仪”，能够帮助我们提前发现潜在的“疾病”，并及时采取措施。

评分☆☆☆☆☆

这本书我大概翻阅了几章，不得不说，它的内容远超出了我对“电力系统低频功率振荡模式分析”这一主题的预期。我原本以为会是一本偏重理论推导、充斥着大量数学公式的学术专著，但实际读下来，作者在理论讲解的基础上，花了相当大的篇幅去阐述这些理论在实际工程中的应用。例如，书中关于小信号稳定性分析的部分，并非简单地罗列巴拉布拉的方程，而是深入剖析了不同类型振荡模式产生的根源，比如发电机-电力系统振荡、同步振荡、区域振荡等等。作者通过生动的比喻和形象化的图示，将抽象的数学模型具象化，让我这个非电力系统专业出身（虽然我对电力系统一直很好奇）的读者也能大致理解其中的逻辑。 更让我印象深刻的是，书中对于不同类型的低频振荡模式，提供了非常详尽的分析方法。不仅仅是线性分析，还涉及了非线性特性在振荡过程中的作用。比如，对于系统参数扰动、负荷变化等非线性因素如何影响振荡的幅度和频率，作者给出了细致的建模和仿真方法。书中还专门辟了一个章节来讨论阻尼不足的系统在受到扰动后可能出现的各种复杂振荡现象，以及如何通过仿真软件来捕捉和分析这些现象。这对于电力系统运行人员来说，无疑是一本宝贵的参考书，能够帮助他们提前预判和规避潜在的系统风险。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最直接的感受是，它将“抽象理论”与“实际应用”完美地结合在了一起。我曾经阅读过一些电力系统分析的理论书籍，虽然理论严谨，但往往脱离实际，难以应用于工程实践。而一些工程手册，则又过于注重操作步骤，缺乏对原理的深入讲解。这本书则恰恰弥补了这些不足。 作者在讲解每一个理论概念的时候，都会紧密联系实际的电力系统运行场景。比如，在讨论发电机-电力系统振荡时，作者并没有仅仅停留在数学模型的层面，而是详细阐述了在实际运行中，发电机并列运行时如何可能因为同步力不足而产生振荡，以及如何通过调整励磁系统和调速器来改善这一状况。书中还提供了许多实际案例，分析了历史上发生的重大功率振荡事故，并结合书中提出的理论和方法，对事故原因进行了深入剖析。这种理论与实践的紧密结合，让我觉得这本书不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的工程师在分享他的知识和经验。