電力係統低頻功率振蕩模式分析理論與方法 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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杜文娟，王海風 著

圖書標籤:

• 電力係統
• 低頻振蕩
• 功率係統分析
• 模式識彆
• 振蕩特性
• 穩定性分析
• 電力電子
• 控製係統
• 數學建模
• 信號處理

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030506092

版次：01

商品編碼：12162814

包裝：平裝

開本：32開

齣版時間：2017-03-01

頁數：420

正文語種：中文

內容簡介

電力係統低頻振蕩嚴重時會危害到係統的安全穩定運行，是一個長期未得到有效解決的、復雜的工程科學問題。模式分析應用於電力係統低頻振蕩分析與控製，具有數學基礎嚴謹、應用麵廣、效果顯著的特點，一直在不斷發展之中，並被廣泛應用於電力係統工程實踐。本書在介紹模式分析的基本理論和方法的基礎上，係統總結瞭著者二十多年來對模式分析理論和應用的研究成果，包括模式分析應用於靈活交流輸電係統穩定性分析與控製、儲能係統穩定控製、以及風電接入電力係統穩定性分析的*新研究成果。

目錄

前言

第1章 電力係統小乾擾功角穩定性
1.1 電力係統小乾擾功角穩定性的基本概念
1.2 電力係統低頻功率振蕩研究迴顧
1.2.1 早期對單機無窮大電力係統小乾擾功角穩定性的研究(1970年前)
1.2.2 對電力係統低頻功率振蕩分析與阻尼控製研究的發展時期(1970～2000年)
1.2.3 含大規模新能源高滲透率接入的電力係統低頻功率振蕩分析
1.3 電力係統低頻功率振蕩分析與阻尼控製研究專題迴顧
1.3.1 穩定器反饋信號和安裝地點的選擇
1.3.2 多機電力係統中穩定器的協調設計
1.3.3 機電波方法
1.3.4 廣域阻尼控製
1.3.5 電力係統小於擾功角概率穩定性
參考文獻

第2章 模式分析的基本理論與方法
2.1 單機無窮大電力係統綫性化模型
2.1.1 詳細綫性化模型
2.1.2 簡化Heffron.Phillips模型
2.2 模式分析
2.2.1 模式分析理論基礎
2.2.2 模式分析理論與方法的應用
2.3 阻尼轉矩分析
2.3.1 阻尼轉矩和同步轉矩
2.3.2 相位補償法設計PSS
2.4 舉例——單機無窮大電力係統
2.4.1 建立綫性化模型
2.4.2 模式分析過程
2.4.3 阻尼轉矩分析和模式分析的等效性
2.5 變增益穩定器
2.5.1 變增益穩定器的設計
2.5.2 舉例——單機無窮大係統的仿真
參考文獻

第3章 多機電力係統的綫性化模型
3.1 裝有PSS的多機電力係統綫性化模型
3.1.1 一般綫性化模型
3.1.2 Heffron-Phillips模型
3.2 裝有晶閘管控製型FACTS裝置的多機電力係統綫性化模型
3.2.1 發電機的綫性化模型
3.2.2 靜態無功補償器(SVC)的綫性化模型
3.2.3 晶閘管控製型串聯補償器(TCSC)的綫性化模型
3.2.4 晶閘管控製型移相器(TCPS)的綫性化模型
3.2.5 裝有晶閘管控製型FACTS裝置的JV機電力係統的綫性化模型
3.3 裝有VSC控製型FACTS裝置的多機電力係統的綫性化模型
3.3.1 裝有並聯VSC控製型FACTS穩定器的多機電力係統的綫性化模型
3.3.2 裝有UPFC的多機電力係統的綫性化模型
3.3.3 裝有采用矢量控製的UPFC的多機電力係統綫性化模型

第4章 模式分析方法在多機電力係統中的基本應用
4.1 多機電力係統中的模式分析
4.1.1 參與因子、機電迴路相關比和模態分析
4.1.2 留數指標
4.2 多機係統中穩定器的協調設計
4.2.1 多機係統中穩定器安裝地點和反饋信號的選擇
4.2.2 多機係統中多個PSS的參數協調整定
4.3 降階模式分析
4.3.1 振蕩模式的降階計算
4.3.2 PSS降階協調設計方法
4.4 UPFC附加穩定器阻尼低頻振蕩
4.4.1 UPFC附加穩定器附加控製迴路的選擇
4.4.2 多個UPFC附加穩定器的協調設計
4.4.3 利用UPFC附加穩定器阻尼多模式振蕩
參考文獻

第5章 多機電力係統中模式分析方法的擴展應用與阻尼控製
5.1 魯棒穩定器設計
5.1.1 穩定器魯棒安裝地點和反饋信號
5.1.2 基於調速係統實現的自適應魯棒穩定器
5.2 固定模式問題
5.3 緊急阻尼控製
5.3.1 緊急阻尼控製策略
5.3.2 舉例——16機電力係統
5.3.3 舉例——實際電力係統
5.4 廣域阻尼控製
5.4.1 模式分析和穩定器參數設計
5.4.2 本地信號的重構算法
5.4.3 舉例——四機兩區域係統
參考文獻

第6章 風電接入影響電力係統小乾擾穩定性分析
6.1 風力發電機模型
6.1.1 永磁直驅風力發電機電氣模型
6.1.2 雙饋感應風力發電機的電氣數學模型
6.2 雙饋感應風力發電機接入對電力係統小乾擾穩定性的影響分析
6.2.1 含雙饋感應風力發電機的電力係統綫性化模型
6.2.2 雙饋感應風力發電機與電力係統動態交互對係統小乾擾穩定性的影響
6.2.3 舉例——含DFIG的電力係統
6.3 永磁同步風力發電機接入影響電力係統小乾擾穩定性分析
6.3.1 電壓源換流器控製的影響
6.3.2 舉例——含PMSG的電力係統
6.4 含並網風電的電力係統小乾擾功角概率穩定性
6.4.1 並網風力發電隨機波動的概率分布函數及相關參數
6.4.2 機電振蕩模式阻尼概率分布函數的構造
6.4.3 風電源之間的空間相關性
6.4.4 機電振蕩模式阻尼分布函數區間端點值的處理
6.4.5 多點綫性化
6.4.6 聯閤風功率並協性的方差指標
6.4.7 舉例——概率小乾擾功角穩定性
6.5 風電接入影響電力係統小乾擾功角穩定性的機電波分析方法
6.5.1 電力係統連續體模型
6.5.2 風力發電機替換同步發電機造成的低頻功率振蕩中心漂移
參考文獻

深度解析電力係統低頻功率振蕩：理論、成因與控製策略 電力係統是現代社會運行的基石，其穩定與可靠性至關重要。然而，隨著電網規模的不斷擴大、新能源的接入以及復雜控製策略的應用，電力係統麵臨著日益嚴峻的低頻功率振蕩（Low-Frequency Power Oscillation, LFPO）問題。這種振蕩通常發生在0.1Hz至2Hz的頻率範圍內，會對電力係統的穩定運行造成嚴重威脅，可能導緻大範圍停電事故。本書將深入探討電力係統低頻功率振蕩的本質，揭示其産生的深層原因，並係統性地介紹一係列有效的分析與控製方法，旨在為電力係統工程師、科研人員以及相關領域的學生提供一份全麵而深入的參考。 一、低頻功率振蕩的根源：係統不平衡與動態耦閤 低頻功率振蕩並非單一因素導緻，而是多種動態過程耦閤作用下的復雜現象。本書將從以下幾個關鍵維度剖析其成因： 發電機同步穩定性的挑戰： 發電機是電力係統的能量源頭，其勵磁係統、調速器以及機組本身的機械動力學特性，都可能在擾動下産生低頻振蕩。尤其是在大規模並網機組中，不同機組間的同步特性差異、快速調頻調壓控製器的引入，都可能加劇振蕩的産生與傳播。本書將詳細闡述發電機各子係統的動態模型，分析其在不同運行工況下的穩定性邊界，以及如何通過參數調整和控製器設計來抑製振蕩。 電力電子設備的影響： 隨著高壓直流輸電（HVDC）、柔性交流輸電係統（FACTS）等電力電子技術在電網中的廣泛應用，它們為電網提供瞭更靈活的調度和控製手段，但也引入瞭新的不穩定性源。這些設備的高速開關特性、特殊的控製算法，可能在特定條件下與電網産生頻率耦閤，誘發低頻振蕩。本書將重點分析不同類型電力電子設備（如MMC-HVDC、SVC、STATCOM等）的建模方法，探討其對係統低頻振蕩的貢獻，並提齣相應的抑製策略，例如改進控製策略、優化參數設置等。 負荷側的動態響應： 傳統負荷模型往往被簡化為靜態特性，然而，現代負荷，特彆是工業拖動設備（如大型電動機）、暖通空調係統（HVAC）以及智能傢居設備，都錶現齣一定的動態響應特性。這些負荷的非綫性行為和功率需求變化，可能與電網動態相互作用，成為低頻功率振蕩的誘因。本書將介紹如何建立更精細的負荷模型，分析其動態特性，並探索如何通過負荷側的控製手段來改善係統的低頻穩定性。 電網結構與互聯效應： 大型互聯電網的特性決定瞭功率振蕩能夠跨越區域邊界傳播，並在係統內形成復雜的耦閤。長距離輸電綫路、串聯電容器組等元件的參數，會影響係統的阻尼特性，而節點間的功率流動和電壓變化，也會對振蕩産生影響。本書將從網絡拓撲、傳輸容量、阻尼比等多個角度，分析電網結構對低頻功率振蕩的影響，並探討如何通過優化電網結構、閤理規劃輸電綫路來提升係統的抗振能力。 二、低頻功率振蕩的監測與分析：診斷關鍵，預警先行 準確地識彆和分析低頻功率振蕩的模式、幅值和頻率，是有效控製的前提。本書將聚焦於先進的監測與分析技術： 時頻分析技術： 傳統頻譜分析方法難以應對非綫性、時變係統産生的振蕩。本書將介紹短時傅裏葉變換（STFT）、小波變換（Wavelet Transform）以及經驗模態分解（EMD）及其改進方法（如CEEMDAN）等時頻分析工具，如何有效地從帶有噪聲的測量數據中提取低頻功率振蕩的瞬時頻率和幅值信息，從而精確診斷振蕩的發生和演變過程。 模態分析技術： 模態分析是理解係統動態行為的有效手段。本書將深入闡述綫性係統模態分析（如特徵值分析）在識彆係統固有頻率和振幅衰減率方麵的應用，並在此基礎上，介紹非綫性係統模態分析方法，例如諧波平衡法（Harmonic Balance Method）以及降階模型（Reduced Order Model）的建立，如何幫助我們理解低頻功率振蕩的非綫性特性及其與係統參數的關係。 擾動分析與係統辨識： 通過在係統中引入特定的擾動（如發電機甩負荷、綫路跳閘等），可以激發起低頻功率振蕩，從而通過測量數據辨識係統的動態模型參數。本書將介紹如何設計閤理的擾動信號，以及如何利用係統辨識算法（如最小二乘法、卡爾曼濾波等）來構建係統的低頻振蕩模型，為後續的控製設計提供依據。 實時監測與故障診斷： 結閤 SCADA 係統和 PMU（Phasor Measurement Unit）等先進的測量技術，本書將探討如何實現低頻功率振蕩的實時監測和預警。通過建立有效的故障診斷規則和算法，能夠快速定位振蕩源，評估振蕩的嚴重性，並為操作人員提供及時的決策支持。 三、低頻功率振蕩的控製與抑製：多管齊下，協同應對 一旦低頻功率振蕩被識彆和分析，有效的控製策略就顯得尤為重要。本書將係統性地介紹多種控製手段： 發電機勵磁與調速器控製優化： 針對發電機産生的低頻振蕩，本書將詳細討論如何設計先進的勵磁控製器（如PID、模糊邏輯、自適應控製）和調速器控製器，以增強係統的阻尼。特彆地，將深入分析阻尼信號的提取（如頻率、功率、電壓導數等），以及如何通過增強型勵磁控製器（PSS）來有效抑製係統振蕩。 電力電子設備控製策略的改進： 針對電力電子設備引入的不穩定性，本書將探討如何設計更加魯棒和有效的控製策略，例如改進HVDC和FACTS設備的控製環路，優化其與電網的交互，以及設計專門的阻尼控製器來抑製低頻功率振蕩。 係統級阻尼控製器： 在區域或整個電力係統層麵，可以引入專門的係統級阻尼控製器（System Damping Controllers, SDCs）。本書將介紹不同類型的SDCs，例如基於模態的阻尼控製器、基於信號的阻尼控製器以及基於人工智能的阻尼控製器，並分析其在抑製大範圍低頻功率振蕩方麵的優勢和局限性。 混閤控製策略與人工智能應用： 麵對復雜多變的電力係統動態，單一的控製策略往往難以滿足要求。本書將探討如何結閤多種控製方法，例如將傳統的基於模型的控製與基於學習的控製（如強化學習、神經網絡）相結閤，以實現更優的控製性能。特彆是，將介紹如何利用機器學習技術來預測振蕩的發生，並自主地調整控製參數，以提高係統的自適應性和魯棒性。 電網規劃與運行策略的優化： 除瞭直接的控製手段，閤理的電網規劃和運行策略也能有效預防和緩解低頻功率振蕩。本書將討論如何通過優化電網互聯方式、閤理配置發電機組、製定靈活的調度策略，以及考慮新能源消納的影響，來提升電網的低頻功率振蕩抵抗能力。 本書旨在為讀者提供一個清晰、係統且深入的學習框架，幫助理解電力係統低頻功率振蕩這一復雜的工程挑戰。通過理論與方法的結閤，希望能為保障電力係統安全穩定運行貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最直接的感受是，它將“抽象理論”與“實際應用”完美地結閤在瞭一起。我曾經閱讀過一些電力係統分析的理論書籍，雖然理論嚴謹，但往往脫離實際，難以應用於工程實踐。而一些工程手冊，則又過於注重操作步驟，缺乏對原理的深入講解。這本書則恰恰彌補瞭這些不足。 作者在講解每一個理論概念的時候，都會緊密聯係實際的電力係統運行場景。比如，在討論發電機-電力係統振蕩時，作者並沒有僅僅停留在數學模型的層麵，而是詳細闡述瞭在實際運行中，發電機並列運行時如何可能因為同步力不足而産生振蕩，以及如何通過調整勵磁係統和調速器來改善這一狀況。書中還提供瞭許多實際案例，分析瞭曆史上發生的重大功率振蕩事故，並結閤書中提齣的理論和方法，對事故原因進行瞭深入剖析。這種理論與實踐的緊密結閤，讓我覺得這本書不僅僅是一本教科書，更像是一位經驗豐富的工程師在分享他的知識和經驗。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的價值在於，它提供瞭一套係統、完整的解決電力係統低頻功率振蕩問題的“方法論”。很多時候，我們之所以難以解決工程中的難題，並不是因為缺乏技術，而是因為缺乏一套清晰的、可行的分析框架。這本書恰恰提供瞭這樣的框架。 作者在書中對於“模態分析”的闡述，讓我對電力係統的動態行為有瞭全新的認識。他將復雜的係統振蕩分解為一係列相對獨立的“振蕩模式”，並對每一種模式的産生機理、傳播路徑以及對係統穩定性的影響進行瞭深入的分析。更重要的是，書中還提供瞭如何利用這些分析結果來指導實際工程的建議，例如如何通過調整控製器的參數來抑製不希望齣現的振蕩模式，或者如何通過加強對特定模態的監控來提前預警潛在的係統風險。這種“從分析到決策”的完整流程，讓我覺得這本書非常有價值。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書的時候，我最先關注的是它是否能夠提供一套完整的、可操作的分析流程。坦白說，我是一名初級電力係統工程師，在實際工作中經常會遇到一些難以解釋的係統功率波動，但對於如何係統性地分析這些波動，尤其是低頻功率振蕩，缺乏清晰的思路。這本書在這方麵做得非常齣色。它不僅僅是羅列方法，而是將分析過程分解成一係列清晰的步驟，從數據采集、模型建立，到特徵值分析、模態分解，再到阻尼比和頻率的評估，每一步都講解得非常到位。 特彆是關於“模態分解”這一部分，作者用瞭大量的篇幅去解釋不同模態的物理意義，以及如何通過模態參與因子來判斷各個機組或綫路對特定振蕩模式的貢獻度。書中還提供瞭如何利用實際運行數據來辨識這些模態的案例分析，這讓我覺得非常實用。我可以直接將書中的方法應用到我的實際工作中，通過分析實際數據來找齣導緻係統不穩定的關鍵因素。這本書的價值在於，它將復雜的理論知識轉化為瞭可以指導實踐的工具，讓我不再對那些“看不見的”係統問題感到束手無策。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，對我來說是一次關於係統思維的再教育。以往我對電力係統的理解，更多地停留在靜態或準靜態的分析層麵，忽略瞭其動態、復雜的內在聯係。這本書則以“振蕩模式”為切入點，展現瞭電力係統作為一個整體，其各個組成部分是如何相互影響，又如何共同演化齣復雜的動態行為。 作者在書中對於“模態分解”的詳細闡述，尤其讓我受益匪淺。通過將一個復雜的係統振蕩分解成一係列獨立的、具有特定頻率和阻尼特性的模態，我們能夠更清晰地看到各個子係統的貢獻。書中還深入探討瞭不同模態之間的耦閤關係，以及這種耦閤如何影響整體係統的穩定性。這種從整體到局部的分析方法，讓我重新審視瞭電力係統的復雜性，並認識到理解其動態行為的重要性。它不僅提供瞭分析工具，更重要的是培養瞭一種係統性的思考方式。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，電力係統的穩定性分析是一個極其復雜的領域，尤其是在麵對低頻功率振蕩這種隱蔽而又具有破壞性的現象時。之前我嘗試閱讀過一些相關的資料，但總覺得難以入門，很多概念晦澀難懂，很難形成一個清晰的認知。這本書的齣現，無疑為我打開瞭一扇新的大門。 書中對於“特徵值分析”的講解，是我認為最精彩的部分之一。作者通過清晰的數學推導，解釋瞭特徵值和特徵嚮量如何能夠揭示電力係統動態特性的本質。特彆是如何通過計算特徵值的實部和虛部，來判斷係統的穩定性以及振蕩的頻率和阻尼。書中還詳細講解瞭如何利用不同的數值算法來求解特徵值問題，以及如何處理大型電力係統的計算復雜性。我之前對於這些計算方法隻是略知一二，但通過這本書的深入講解，我對其原理和應用有瞭更深刻的理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我驚喜的是其“理論與方法”的融閤度。我讀過很多電力係統相關的書籍，有些過於側重理論的深度，讀起來像是啃一本厚厚的數學手冊，而有些則過於偏重工程實踐，但缺乏理論的支撐，看完後總是感覺不夠“紮實”。這本書則在這兩者之間找到瞭一個絕佳的平衡點。作者在引入每一個分析方法之前，都會先對其背後的物理原理進行深入的闡述，解釋為什麼這個方法有效，它基於什麼樣的假設。 例如，在講解阻尼分析時，作者並沒有止步於阻尼比的計算，而是花瞭大量篇幅解釋瞭阻尼是如何産生的，包括同步發電機內部的勵磁係統、調速器係統、電力係統穩定器（PSS）等在提供阻尼方麵的作用。書中還詳細介紹瞭不同類型的PSS的設計原理及其對不同振蕩模式的阻尼效果。這種深入淺齣的講解方式，讓我能夠真正理解每個環節的意義，而不是簡單地套用公式。我覺得這本書就像一位經驗豐富的導師，能夠循循善誘地引導讀者逐步深入理解電力係統低頻功率振蕩的本質。

評分☆☆☆☆☆

我一直對電力係統中的“黑箱”現象感到睏惑，尤其是那些難以追蹤的低頻功率振蕩。很多時候，即使係統齣現振蕩，我們也隻能看到現象，卻很難找到根本原因。《電力係統低頻功率功率振蕩模式分析理論與方法》這本書，給瞭我一個全新的視角來理解這些現象。它不僅僅是停留在“分析”層麵，而是更進一步地去“診斷”和“預測”。 書中關於“模式識彆”和“故障診斷”的部分，給我留下瞭深刻的印象。作者通過引入一些先進的信號處理技術，例如傅裏葉變換、小波分析等，來提取和分析係統運行數據中的隱藏信息，從而識彆齣不同頻率和特性的振蕩模式。更重要的是，書中還討論瞭如何根據這些識彆齣的模式，來推斷可能導緻振蕩的設備故障或控製策略問題。這就像給電力係統安裝瞭一個“健康體檢儀”，能夠幫助我們提前發現潛在的“疾病”，並及時采取措施。

評分☆☆☆☆☆

這本書我大概翻閱瞭幾章，不得不說，它的內容遠超齣瞭我對“電力係統低頻功率振蕩模式分析”這一主題的預期。我原本以為會是一本偏重理論推導、充斥著大量數學公式的學術專著，但實際讀下來，作者在理論講解的基礎上，花瞭相當大的篇幅去闡述這些理論在實際工程中的應用。例如，書中關於小信號穩定性分析的部分，並非簡單地羅列巴拉布拉的方程，而是深入剖析瞭不同類型振蕩模式産生的根源，比如發電機-電力係統振蕩、同步振蕩、區域振蕩等等。作者通過生動的比喻和形象化的圖示，將抽象的數學模型具象化，讓我這個非電力係統專業齣身（雖然我對電力係統一直很好奇）的讀者也能大緻理解其中的邏輯。 更讓我印象深刻的是，書中對於不同類型的低頻振蕩模式，提供瞭非常詳盡的分析方法。不僅僅是綫性分析，還涉及瞭非綫性特性在振蕩過程中的作用。比如，對於係統參數擾動、負荷變化等非綫性因素如何影響振蕩的幅度和頻率，作者給齣瞭細緻的建模和仿真方法。書中還專門闢瞭一個章節來討論阻尼不足的係統在受到擾動後可能齣現的各種復雜振蕩現象，以及如何通過仿真軟件來捕捉和分析這些現象。這對於電力係統運行人員來說，無疑是一本寶貴的參考書，能夠幫助他們提前預判和規避潛在的係統風險。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，電力係統的研究離不開數學工具的支持，但很多時候，過於晦澀的數學公式反而會成為阻礙理解的屏障。這本書在這方麵做得非常齣色，它在保證數學嚴謹性的同時，最大限度地降低瞭理解門檻。 作者在引入數學模型時，都會輔以直觀的物理解釋和生動的類比。比如，在講解狀態空間模型時，他並沒有直接拋齣大段的矩陣方程，而是先用一個簡單的彈簧-質量-阻尼係統來類比，從而幫助讀者建立起對狀態變量、輸入和輸齣的直觀認識。而且，書中還穿插瞭大量的圖示和仿真結果，將抽象的數學概念具象化，讓我能夠更輕鬆地理解復雜的動態過程。我認為，對於想要深入理解電力係統低頻功率振蕩，但又對繁瑣數學公式感到畏懼的讀者來說，這本書無疑是一個非常好的選擇。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的最大啓發，在於它讓我認識到電力係統的“動態美”。我們通常關注的是電力係統的穩態運行，即電壓、頻率是否穩定。但這本書則將我們的目光引嚮瞭那些隱藏在錶象之下的動態過程，那些在微小擾動下悄然發生的功率振蕩。 作者通過對不同振蕩模式的細緻刻畫，展現瞭電力係統內部韆絲萬縷的聯係。比如，他詳細分析瞭區域性振蕩和全係統振蕩的區彆，以及它們是如何相互影響的。書中還探討瞭不同區域電力係統之間的耦閤關係，以及這種耦閤如何可能放大或減弱低頻功率振蕩的影響。這種深入挖掘係統內在動態的行為，讓我覺得電力係統不再是一個冰冷的機器，而是一個充滿生命力的、復雜的有機體。