电力系统稳态分析与经济运行 （第2版）

本书第一版发行以来，读者提出了一些宝贵意见和建议。在修订本书时充分考虑了这些意见和建议，并对其他方面进行了修改和完善。书中主要修改的内容如下：（1）改写了第1章的内容，对目前电力系统的数据和信息进行了更新，增加了我国“双碳”目标和新型电力系统的介绍。（2）第4章完善了P-Q分解法潮流计算的程序流程图。（3）第7章改进了同类型发电机组在考虑机组功率约束条件下进行负荷经济分配计算的方法，提高了应用等耗量微增率准则的求解精准度。（4）第8章介绍了中压配电网智能柔性互联的接线方式。（5）删除了部分附录内容。（6）电力系统的有关技术术语和数据都按照新颁布的相关国家或行业标准进行了修改。（7）各章均增加了更多的思考题和习题类型。此外，还对其他个别之处进行了修改和补充。本书第2、3、5章和附录由井天军修订，第6章、第7.2~7.4节和第8.2、8.3节由耿光飞修订，其余部分由杨建华修订。全书由杨建华统稿。限于编者水平，书中难免有疏漏和不妥之处，请读者批评指正。

电力系统稳态是指电力系统正常的、相对静止的运行状态。电力系统稳态分析主要涉及电力系统中各元件的参数与数学模型、电力系统的正常运行特性分析与潮流计算、电力系统运行调节与优化，是电力系统运行、规划、设计及控制的基础。
本书阐述了电力系统正常运行的分析，包括电力系统元件的数学模型、潮流计算、频率和电压调整、经济运行的基本理论和方法。
鉴于计算机的广泛应用，本书增强了采用计算机计算、分析电力系统稳态问题的内容。鉴于电力电子元件在电力系统中的大量使用和可再生能源发电的快速发展，本书对传统直流输电、轻型直流输电和柔性输电系统在结构和工作原理方面进行了介绍，对包含直流电源和直流负荷的交直流混联系统潮流算法进行了阐述。此外，除了电力系统最Z基本的稳态分析方法外，还简要介绍了相关的发展，并采用最Z新的国家或行业标准内涵。

作者为中国农业大学和北京供电公司相关专业人员，多年从事相关专业的工作，曾出版过多部著作；并且在相关的领域当中做出过突出的贡献，荣获过很多工程和技术方面的荣誉。

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 电力系统的组成 1
1.1.2 电力系统的基本参量和接线图 2
1.1.3 电力系统发展概况和我国的电力系统 3
1.2电力系统运行的特点和基本要求 8
1.2.1电力系统的运行特点 8
1.2.2对电力系统运行的基本要求 8
1.3电力系统电压等级 9
1.4电力系统的负荷和负荷曲线 11
1. 4. 1 电力系统的负荷 12
1. 4. 2 负荷曲线 12
1. 4. 3 负荷特性 14
1.5电力系统基本元件概述 14
1.5.1同步发电机及其运行特性 14
1.5.2电力变压器 16
1.5.3电力线路 17
1.5.4无功功率补偿设备 24
1.6电力系统的接线方式 26
1.7电力系统中性点接地方式 28
小结 29
习题及思考题 29
第2章 电力网络的参数和等值电路 32
2.1电力变压器的参数和等值电路 32
2.1.1双绕组变压器的数学模型 32
2.1.2三绕组变压器的等值电路和参数 34
2.1.3自耦变压器的数学模型 36
2.2电力线路的参数和等值电路 37
2.2.1电力线路的参数 37
2.2.2电力线路的稳态方程和等值电路 46
2.3电力网络等值电路 51
2.3.1多电压等级电力网络的等值电路 51
2.3.2标幺制及其应用 54
2.3.3具有非标准变比变压器的电力网络等值电路 56
小结 64
习题及思考题 65
第3章 简单电力系统潮流计算与运行特性 67
3.1电力网络的电压和功率损耗 67
3.1.1 电压降落 67
3.1.2 电压损耗 69
3.1.3 电压偏移 69
3.1.4 线路功率损耗和功率分布 69
3.1.5 变压器的电压降落和功率损耗 70
3.2电力线路的运行特性 71
3.2.1 高压输电线路的空载运行特性 71
3.2.2 高压输电线路的传输功率极限 72
3.2.3 输电线路功率与电压之间的基本关系 73
3.3辐射型电力网络中的潮流计算方法 74
3.4闭式网络中的潮流计算 78
3.4.1 环式网络的功率分布和潮流计算 78
3.4.2 两端供电网的功率分布和潮流计算 82
3.4.3含变压器的简单环网的功率分布 84
3.4.4简单环网中的经济功率分布与潮流调控 88
3.5电力网络的电能损耗 91
3.5.1电力网络的电能损耗和网损率 91
3.5.2最大负荷损耗时间法 91
3.5.3均方根电流法 93
小结 95
习题及思考题 95
第4章 潮流的计算机算法 99
4.1节点电压方程和节点导纳矩阵 99
4.1.1用节点导纳矩阵表示的电力网络方程式 99
4.1.2节点导纳矩阵的特点和形成 100
4.1.3节点导纳矩阵的修改 102
4.2节点功率方程和节点分类 103
4.2.1潮流计算的节点功率方程 103
4.2.2潮流计算中的节点分类 104
4.2.3潮流计算中的约束条件 104
4.3高斯－赛德尔法潮流计算 105
4.3.1高斯－赛德尔迭代法简介 105
4.3.2高斯－赛德尔法潮流计算 106
4.4牛顿－拉夫逊法潮流计算 107
4.3.1牛顿－拉夫逊迭代法简介 107
4.3.2牛顿－拉夫逊潮流算法 110
4.5 P-Q分解法潮流计算 118
4.6直流法潮流计算 125
4.7配电网潮流计算 126
小结 127
习题及思考题 127
第5章 电力系统的有功功率平衡和频率调整 127
5.1电力系统的有功功率平衡 127
5.1.1 有功功率负荷的变动及其调整 127
5.1.2 有功功率的平衡和备用容量 127
5.1.3 各类发电厂的特点及合理组合 127
5.2电力系统的静态频率特性 127
5.2.1 发电机组的静态频率特性 127
5.2.2 负荷的频率特性 127
5.2.3 电力系统的频率特性 127
5.3电力系统的频率调整 127
5.3.1 频率调整的必要性 127
5.3.2 频率的一次调整 127
5.3.3 频率的二次调整 127
5.3.4 互联系统的频率调整 127
5.3.5 调频厂的选择 127
小结 127
习题及思考题 127
第6章 电力系统的无功功率平衡和电压调整 127
6.1电力系统无功功率的平衡 127
6.1.1 无功功率负荷和无功功率损耗 127
6.1.2无功功率电源 127
6.1.3无功功率的平衡 127
6.2电压调整的必要性与电压管理 127
6.2.1电压变动对用户的影响及电压调整的必要性 127
6.2.2 电力系统的电压管理 127
6.3电压调整的措施 127
6.3.1 电压调整的基本措施 127
6.3.2 借发电机调压 127
6.3.3 借改变变压器变比调压 127
6.3.4 借无功功率补偿设备调压 127
6.3.5 借改善电力线路参数调压 127
小结 127
习题及思考题 127
第7章 电力系统的经济运行 127
7.1 电力系统有功功率的经济分配 127
7.1.1 同类型电厂间有功功率的经济分配 127
7.1.2 水、火电厂间有功功率的经济分配 127
7.2电力系统无功功率的最优分布 127
7.2.1无功功率电源的最优分布 127
7.2.2 无功功率负荷的最优补偿 127
7.3电力网络的经济运行 127
7.3.1 提高用户的功率因数 127
7.3.2 优化电网的功率分布 127
7.3.3确定电网的合理运行电压水平 127
7.3.4 安排变压器的经济运行 127
7.3.5 对电力网络进行规划和技术改造 127
7.4电力系统最优潮流简介 127
7.4.1最优潮流的变量 127
7.4.2最优潮流的目标函数 127
7.4.3最优潮流的约束条件 127
7.4.4最优潮流潮流的数学模型 127
小结 127
习题及思考题 127
第8章 直流输电与柔性输电 127
8.1直流输电的基本原理 127
8.1.1直流输电的优点 127
8.1.2直流输电的基本概念 127
8.1.3 采用相控换流技术换流器的运行特性 127
8.1.4轻型直流输电系统的运行特性 127
8.2交直流混联系统潮流算法简介 127
8.3.1交直流分界面模型 127
8.3.2含直流电源和直流负荷的交直流系统潮流统一迭代算法 127
8.3柔性输电系统的基本概念 127
8.3.1 柔性输电系统的基本概念 127
8.3.2 晶闸管控制的串联电容器 127
8.3.3静止同步串联补偿器 127
8.3.4晶闸管控制的移相器 127
8.3.5统一潮流控制器 127
小结 127
习题及思考题 127
附录A分裂导线电感的计算 127
附录B分裂导线电容的计算 127
附录C架空线路的电晕临界电压和损耗 127
附录D架空线路的导线性能 127
附录E线性方程组的求解方法 127

电力系统稳态是指电力系统正常的、相对静止的运行状态。电力系统稳态分析主要涉及电力系统中各元件的参数与数学模型、电力系统的正常运行特性分析与潮流计算、电力系统运行调节与优化，是电力系统运行、规划、设计及控制的基础。
本书阐述了电力系统正常运行的分析，包括电力系统元件的数学模型、潮流计算、频率和电压调整、经济运行的基本理论和方法。
鉴于计算机的广泛应用，本书增强了采用计算机计算、分析电力系统稳态问题的内容。鉴于电力电子元件在电力系统中的大量使用和可再生能源发电的快速发展，本书对传统直流输电、轻型直流输电和柔性输电系统在结构和工作原理方面进行了介绍，对包含直流电源和直流负荷的交直流混联系统潮流算法进行了阐述。此外，除了电力系统最Z基本的稳态分析方法外，还简要介绍了相关的发展，并采用最Z新的国家或行业标准内涵。

作者为中国农业大学和北京供电公司相关专业人员，多年从事相关专业的工作，曾出版过多部著作；并且在相关的领域当中做出过突出的贡献，荣获过很多工程和技术方面的荣誉。