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編輯推薦: |
在本书编写过程中,我们力图体现“工程—理论—工程”的教学改革思路。注重从工程实践和工程场景中提出问题,注意讲清从工程问题提炼数学模型时采用的假设条件,注重分析产生问题的症结和解决问题的关键;对于解决问题的理论分析过程,注重讲清楚逻辑思路;对于理论分析的结果,再回到工程问题的场景中分析其价值和局限。
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內容簡介: |
机 械 工 业 出 版 社全书共分12章,主要内容有:电力系统的基本概念;电力系统稳态分析各元件特性及建模、简单和复杂电力系统的潮流计算方法、有功功率平衡和频率调整、电压调整和无功补偿;电力系统短路故障概述、对称短路故障和不对称故障计算原理和方法;发电机及其他动态元件的建模、电力系统稳定性概述、电力系统静态稳定性和暂态稳定性分析。 在每章中都安排有与该章内容相关的工程引例和扩展阅读,并配有相应的习题和自行开发的计算平台,有助于初学者了解所学内容的工程背景及发展趋势,并初步具备利用仿真工具分析电力系统问题的能力。每章后都有在线测试题,读者可以扫描二维码进行在线自测。 书中的大量扩展阅读资料,有助于学生了解我国电力系统发展的成就和未来发展趋势,更好地树立强电报国的理想和信念。 本书可作为高等学校本科电气工程及其自动化专业的教学用书,也可作为高职高专相关专业教材,同时可供电力系统行业的工程技术人员参考。
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目錄:
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目录 序 前言 第1章电力系统的基本概念1 1.1电力系统概述1 1.1.1电力系统的形成和发展1 1.1.2现代电力系统3 1.1.3电力系统的基本参量和接线图4 1.2电力系统运行应满足的基本要求6 1.2.1电能生产和供应的特点6 1.2.2电力系统运行的基本要求7 1.3电力系统的接线方式9 1.3.1几种典型接线方式的特点9 1.3.2电气设备的额定电压要求10 1.4电力系统分析课程的内容和相关研究工具12 1.4.1电力系统分析课程的定位和主要内容12 1.4.2电力系统研究工具简介12 小结14 扩展阅读1.1我国电力系统未来发展的展望14 习题16 第2章电力系统元件特性和数学模型17 【引例】17 2.1交流电路中的功率18 2.1.1单相正弦交流电路的功率18 2.1.2三相正弦交流电路的功率20 2.1.3电功率与电能量的关系22 2.2电力线路的参数和数学模型22 2.2.1电力线路分类和结构特点22 2.2.2架空交流输电线路的参数25 2.2.3电力线路的数学模型28 2.2.4输电线路的自然功率31 2.3电力变压器的参数和等效电路32 2.3.1电力变压器的等效电路32 2.3.2双绕组变压器的参数计算34 2.3.3三绕组变压器参数计算35 2.3.4变压器Π形等效电路37 2.4发电机组的稳态运行特性39 2.5负荷的静态特性和等效模型41 2.5.1负荷的静态特性41 2.5.2电力系统计算中的负荷等效模型42 2.6电力网络的数学模型43 2.6.1电力网络等效电路43 2.6.2标幺制43 2.6.3不同电压等级电网中各元件参数标幺值的计算46 2.6.4基准值改变时标幺值的换算49 2.6.5标幺值的简化计算方法49 小结51 扩展阅读2.1输电网扩展规划简介52 习题53 第3章简单电力系统的潮流计算与分析54 【引例】54 3.1稳态运行时输电元件的功率、电压关系55 3.1.1稳态运行时电力线路的功率、电压关系55 3.1.2分析电力线路运行状态的功率圆图60 3.1.3稳态运行时变压器的功率、电压关系62 3.2潮流计算中的功率等效和简化64 3.3简单电力网络的潮流计算与分析65 3.3.1辐射网的潮流计算65 3.3.2简单环网的潮流计算70 3.3.3两端供电网的潮流初始分布计算74 3.4电力网络潮流的调整控制76 3.4.1潮流调控的必要性76 3.4.2借附加串联加压器控制潮流76 3.4.3借柔性交流输电装置控制潮流79 小结81 扩展阅读3.1分布式电源接入对主动配电网潮流的影响81 扩展阅读3.2电磁环网的运行问题82 习题83 第4章复杂电力系统的潮流计算方法85 【引例】85 4.1一般电力网络功率方程86 4.1.1节点电压方程88 4.1.2网络结构变化时节点导纳矩阵的修改90 4.1.3电力网络的功率方程和节点类型划分91 4.2牛顿法潮流计算94 4.2.1求解非线性代数方程的牛顿-拉夫逊法94 4.2.2潮流计算的修正方程式97 4.2.3牛顿-拉夫逊法潮流计算的基本步骤100 4.3PQ分解法潮流计算102 小结105 扩展阅读4.1交直流混联系统的潮流计算105 扩展阅读4.2最优潮流107 扩展阅读4.3电力系统状态估计108 习题109 第5章电力系统有功功率平衡和频率调整112 【引例1】112 【引例2】113 5.1电力系统的有功功率平衡113 5.1.1频率偏移的起因及其影响113 5.1.2有功负荷变化的分类和平衡对策115 5.1.3有功功率备用容量116 5.2电力系统有功功率的经济分配117 5.2.1各类发电厂的运行特点与机组组合117 5.2.2电力系统有功负荷在发电机间的最优分配119 5.3电力系统的频率调整126 5.3.1电力系统及其元件的功率-频率特性126 5.3.2有功功率不平衡量与频率偏移的定量关系130 小结136 扩展阅读5.1电力系统自动发电控制(AGC)137 扩展阅读5.2防止频率过度降低的紧急控制—低频减载138 习题139 第6章电力系统的电压调整和无功补偿141 【引例】141 6.1电力系统电压调整的必要性142 6.2电力系统电压调整的定量关系144 6.2.1简单电力系统中电压调整的定量关系144 6.2.2复杂电力系统中电压调整的定量关系145 6.3不同运行方式下调压控制量的协调147 6.4无功电源的运行特性和调压控制量计算150 6.4.1无功电源的运行特性150 6.4.2变压器分接头计算153 6.4.3无功补偿设备的最小补偿容量计算155 6.4.4调压措施的综合运用158 小结158 扩展阅读6.1电力系统的自动电压控制(AVC)159 扩展阅读6.2电压九区图控制法160 习题161 第7章电力系统对称短路电流的计算方法163 【引例】163 7.1电力系统短路故障概述163 7.2电力系统三相短路电流分析166 7.2.1恒定电动势源电路的三相短路电流分析166 7.2.2同步发电机三相短路电流的主要特征分析168 7.2.3短路冲击电流和短路电流有效值168 7.3短路电流周期分量初始值计算170 7.3.1短路电流近似计算时的计算条件170 7.3.2简单电力系统短路电流的计算171 7.3.3复杂电力系统短路电流的计算172 7.4短路电流的计算机计算172 7.4.1等效网络173 7.4.2基于节点阻抗矩阵的稳态短路电流计算方法174 7.4.3基于节点导纳矩阵的稳态短路电流计算方法175 7.4.4输电线路非端点位置短路时短路电流计算方法176 小结177 扩展阅读7.1大电网短路电流超标问题177 习题178 第8章电力系统不对称故障的分析和计算181 【引例】181 8.1对称分量法的基本原理182 8.1.1同频率三相不对称相量的对称分量变换182 8.1.2不对称短路计算的序网络电压方程184 8.2电力系统接地方式及各元件的序阻抗188 8.2.1电力系统中性点接地方式188 8.2.2同步发电机的负序电抗和零序电抗188 8.2.3异步电动机的负序电抗和零序电抗189 8.2.4变压器的零序等效电路及其参数190 8.2.5输电线路的零序阻抗及其等效电路193 8.3电力系统的各序网络198 8.4简单不对称短路的计算199 8.4.1单相接地短路200 8.4.2相间短路201 8.4.3两相短路接地203 8.4.4正序等效定则205 8.5非故障处电流和电压的计算206 8.5.1对称分量经变压器后的相位变换206 8.5.2不对称短路的序网络的电压分布208 8.6非全相断线的分析计算209 小结212 扩展阅读8.1小电流接地系统及其故障选线213 习题214 第9章同步发电机的基本方程及三相突然短路分析216 【引例】216 9.1同步发电机的结构与abc坐标系下的基本方程217 9.2派克变换与dq0坐标系下的同步发电机基本方程220 9.3同步发电机的基本参数226 9.3.1同步发电机的稳态参数226 9.3.2同步发电机的暂态参数227 9.4同步发电机突然短路后的电流波形和分析232 9.5应用同步发电机基本方程(拉普拉斯运算形式)分析突然三相短路电流234 9.5.1不计阻尼绕组时的短路电流235 9.5.2计及阻尼绕组时同步发电机突然三相短路电流表达式241 9.6同步发电机机端突然三相短路时短路电流周期分量初始值的计算243 小结247 扩展阅读9.1分布式电源故障特性248 习题249 第10章电力系统稳定性问题概述和各元件的机电动态模型250 【引例】250 10.1电力系统运行状态稳定性概述251 10.1.1电力系统暂态过程的特点251 10.1.2一般动力学系统的稳定性概念和基本分析方法252 10.1.3电力系统稳定性分类254 10.2同步发电机组的机电特性255 10.2.1同步发电机组转子运动方程255 10.2.2同步发电机的电磁转矩和电磁功率258 10.2.3电动势变化过程的方程式268 10.3自动调节励磁系统的数学模型269 10.4用于机电暂态过程分析的负荷动态模型271 小结272 扩展阅读10.1《电力系统安全稳定导则》简介273 习题275 第11章电力系统运行状态的静态稳定性276 【引例】276 11.1简单电力系统运行状态的静态稳定性276 11.1.1静态稳定性的物理分析277 11.1.2静态稳定判据279 11.1.3静态稳定极限和储备系数279 11.2简单电力系统运行状态静态稳定性的数学分析280 11.2.1应用小干扰法分析简单系统运行状态的静态稳定性280 11.2.2阻尼对静态稳定性的影响284 11.3自动励磁调节系统对静态稳定性影响的分析286 11.4多机电力系统静态稳定性的基本分析方法293 11.5提高静态稳定性的措施294 11.5.1采用自动励磁调节器295 11.5.2减小元件的电抗295 11.5.3改善系统的结构和采用中间补偿设备296 小结296 扩展阅读11.1大规模互联电力系统低频振荡296 扩展阅读11.2串联电容补偿298 习题298 第12章电力系统运行状态经受大扰动后的暂态稳定性300 【引例】300 12.1暂态稳定性概述301 12.2简单系统运行状态经受大扰动后的暂态稳定性计算方法303 12.2.1故障扰动物理过程303 12.2.2等面积定则305 12.2.3简单系统暂态稳定分析的数值积分法310 12.3复杂电力系统暂态稳定性的数值仿真计算方法312 12.4提高暂态稳定性的措施和失稳后的控制317 12.4.1提高暂态稳定性的措施318 12.4.2电力系统失去暂态稳定后的控制措施321 小结321 扩展阅读12.1提高交直流混联电力系统暂态稳定性措施概述322 扩展阅读12.2电力系统暂态仿真简介323 习题324 附录325 附录A直角坐标系下的牛顿法潮流计算325 附录B短路后任意时刻短路电流周期分量的计算327 附录C同步电机定转子绕组的电感系数330 附录D同步电机的标幺制333 附录E计及阻尼绕组作用时同步机突然三相短路电流表达式338 附录F“电力系统分析”课程习题用扩展计算平台(EPSCPS)简介342 参考文献348
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內容試閱:
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工程教育在我国高等教育中占有重要地位,高素质工程科技人才是支撑产业转型升级、实施国家重大发展战略的重要保障。当前,世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行,以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展,迫切需要培养、造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才。目前,我国高等工程教育规模世界第一。我国工科本科在校生约占我国本科在校生总数的1/3。近年来我国每年工科本科毕业生占世界总数的1/3以上。如何保证和提高高等工程教育质量,如何适应国家战略需求和企业需要,一直受到教育界、工程界和社会各方面的关注。多年以来,我国一直致力于提高高等教育的质量,组织并实施了多项重大工程,包括卓越工程师教育培养计划(以下简称卓越计划)、工程教育专业认证和新工科建设等。 卓越计划的主要任务是探索建立高校与行业企业联合培养人才的新机制,创新工程教育人才培养模式,建设高水平工程教育教师队伍,扩大工程教育的对外开放。计划实施以来,各相关部门建立了协同育人机制。卓越计划要求试点专业要大力改革课程体系和教学形式,依据卓越计划培养标准,遵循工程的集成与创新特征,以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心,重构课程体系和教学内容,加强跨专业、跨学科的复合型人才培养,着力推动基于问题的学习、基于项目的学习、基于案例的学习等多种研究性学习方法,加强学生创新能力训练,“真刀真枪”做毕业设计。卓越计划实施以来,培养了一批获得行业认可、具备很好的国际视野和创新能力、适应经济社会发展需要的各类型高质量人才,教育培养模式改革创新取得突破,教师队伍建设初见成效,为卓越计划的后续实施和最终目标的达成奠定了坚实基础。各高校以卓越计划为突破口,逐渐形成各具特色的人才培养模式。 2016 年6 月2 日,我国正式成为工程教育“华盛顿协议”第18个成员,标志着我国工程教育真正融入世界工程教育,人才培养质量开始与其他成员达到了实质等效,同时,也为以后我国参加国际工程师认证奠定了基础,为我国工程师走向世界创造了条件。专业认证把以学生为中心、以产出为导向和持续改进作为三大基本理念,与传统的内容驱动、重视投入的教育形成了鲜明对比,是一种教育范式的革新。通过专业认证,把先进的教育理念引入我国工程教育,有力地推动了我国工程教育专业教学改革,逐步引导我国高等工程教育实现从以教师为中心向以学生为中心转变、从以课程为导向向以产出为导向转变、从质量监控向持续改进转变。 在实施卓越计划和开展工程教育专业认证的过程中,许多高校的电气工程及其自动化、自动化专业结合自身的办学特色,引入先进的教育理念,在专业建设、人才培养模式、教学内容、教学方法、课程建设等方面积极开展教学改革,取得了较好的效果,建设了一大批优质课程。为了将这些优秀的教学改革经验和教学内容推广给广大高校,中国工程教育专业认证协会电子信息与电气工程类专业认证分委员会、高等学校电气类专业教学指导委员会、高等学校自动化类专业教学指导委员会、中国机械工业教育协会自动化学科教学委员会、中国机械工业教育协会电气工程及其自动化学科教学委员会联合组织规划了“卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材(电气工程及其自动化、自动化专业)”。本套教材通过国家新闻出版广电总局的评审,入选了“十三五”国家重点图书。本套教材密切联系行业和市场需求,以学生工程能力培养为主线,以教育培养优秀工程师为目标,突出学生工程理念、工程思维和工程能力的培养。本套教材在广泛吸纳相关学校在“卓越工程师教育培养计划”实施和工程教育专业认证过程中的经验和成果的基础上,针对目前同类教材存在的内容滞后、与工程脱节等问题,紧密结合工程应用和行业企业需求,突出实际工程案例,强化学生工程能力的教育培养,积极进行教材内容、结构、体系和展现形式的改革。 电力系统分析第2版序经过全体教材编审委员会委员和编者的努力,本套教材陆续跟读者见面了。由于时间紧迫,各校相关专业教学改革推进的程度不同,本套教材还存在许多问题。希望各位老师对本套教材多提宝贵意见,以使教材内容不断完善提高。也希望通过本套教材在高校的推广使用,促进我国高等工程教育教学质量的提高,为实现高等教育的内涵式发展贡献一份力量。 卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材 (电气工程及其自动化、自动化专业) 编审委员会前言前言 经过多年发展,我国电力系统已经成为世界上最大的互联电力系统,无论是总装机容量、发电量,还是最高电压等级、输电线路长度,以及可再生能源装机规模都居世界首位。 电力系统的规模增长和发电装机结构的显著变化,带动了电力系统相关技术的进步。电力系统形态的变化也带来了很多新问题和新需求。 编者所在的东北电力大学电气工程教学团队长期从事“电力系统分析”课程的教学,在教学改革和课程建设的长期实践中,总结凝练了“工程—理论—工程”的教学思路并经过长期实践,曾获国家级教学成果二等奖,课程也先后入选国家级精品课和精品资源共享课。 通过编写一部教材来反映教学改革的思路和实践,是我们萦绕已久的心愿。又唯恐才疏
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