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目录1

序言1

前言1

第1章　绪论1

1.1　我国电网发展规划中的几个重要理论问题1

1.1.1　同步电网的最佳规模问题2

1.1.2　交流和直流在全国联网和西电东送中的作用与定位3

1.1.3　多直流落点可能造成的问题5

1.1.4　对电网的划分问题6

1.2　电力系统仿真工具概述7

1.3　直流输电技术的新发展8

1.3.1　传统直流输电的新发展9

1.3.2　基于电压源换流器的新型高压直流（VSC-HVDC）输电系统12

参考文献13

第2章　交流输电系统的输送能力分析15

2.1 引言15

2.2　交流输电系统的数学模型15

2.3　限制交流输电系统输送能力的基本因素17

2.3.1　交流输电系统的功角稳定性问题18

2.3.2　交流输电系统的电压和无功控制问题18

2.4　根据功角稳定性条件决定交流线路输送能力19

2.4.1　并联电抗补偿对输送能力的影响20

2.4.2　串联电容补偿对输送能力的影响21

2.5　交流输电线路的输送能力与所消耗无功及线路两端相角差的关系22

2.5.1　线路两端取不同电压值时输送能力与所消耗无功及线路两端相角差的关系27

2.6　应用实例29

2.5.2　电力系统电压崩溃及其相关现象的机理分析29

参考文献30

第3章　直流输电系统中换流器的稳态数学模型31

3.1　变量定义及假设条件31

3.2　换流器的稳态数学模型和等效电路33

3.3　换流器稳态数学模型的一种近似描述34

3.4　换流器稳态模型计算示例34

参考文献35

第4章　直流输电控制系统的数学模型及其响应特性36

4.1　直流输电系统的基本控制手段与可控性分析36

4.2　直流输电控制系统的分层结构37

4.3.1　功率调制和快速功率变化控制模块38

4.3.2　直流电流指令计算模块38

4.3　直流输电主控制级控制功能38

4.4　直流输电极控级控制功能39

4.4.1　直流电流调制39

4.4.2　低压限流环节（VDCOL）40

4.4.3　电流偏差控制42

4.4.4　定电流控制器42

4.4.5　定关断角控制器43

4.4.6　定电压控制器44

4.5　直流输电的阀组控制功能44

4.6　CIGRE直流输电标准测试系统控制器的结构、参数和静态特性分析44

4.6.1　CIGRE直流输电标准测试系统控制器的结构与参数44

4.6.2　CIGRE直流输电标准测试系统控制器的稳态响应特性分析48

参考文献50

5.1　交直流电力系统潮流计算中的换流器标幺值方程52

第5章　交直流电力系统潮流计算方法52

5.2　交直流电力系统潮流计算的数学模型53

5.3　交直流电力系统潮流计算的Newton-Raphson法54

5.3.1　整流侧定电流控制和逆变侧定电压控制55

5.3.2　整流侧定电流控制和逆变侧定关断角控制56

5.4　交直流系统潮流计算的快速解耦算法57

5.4.1　整流侧定电流控制和逆变侧定电压控制57

5.4.2　整流侧定电流控制和逆变侧定关断角控制58

5.5　交直流电力系统潮流计算示例58

参考文献60

第6章　直流输电系统的输送能力分析61

6.1　引言61

6.2　交直流系统相互作用的数学模型61

6.4　模型系统的运行特性分析62

6.3　短路比的定义62

6.5　输送功率极限与短路比的关系64

参考文献66

第7章　换流站交流母线的静态电压稳定性分析67

7.1　模型系统及电压稳定判据67

7.2　VSI的计算方法67

7.3　各种控制方式下的VSI计算示例69

7.3.1　整流侧定电流逆变侧定关断角控制69

7.3.2　整流侧定电流逆变侧定电压控制70

7.3.3　VSI与SCR的关系70

参考文献71

8.2　影响短时过电压大小的两个主要因素72

8.1 引言72

第8章　直流输电换流站的短时过电压分析72

8.3　引起短时过电压的故障和操作74

8.3.1　保护动作闭锁换流器74

8.3.2　直流线路故障74

8.3.3　交流系统故障74

8.3.4　常规操作74

8.4　与换流站相连的发电机的自励磁问题75

8.5　短时过电压的限制措施75

参考文献75

第9章　交直流电力系统中谐波的产生和变换特性分析76

9.1　交流电动势畸变时直流侧的谐波特性简化分析76

9.2　交流电动势畸变时直流侧谐波特性的数字仿真分析78

9.3　换流器频率变换特性的解析方法——开关函数法79

9.4　从交流侧到直流侧的频率变换关系81

9.5　从交流侧到直流侧的频率变换函数的性态分析82

9.6　从直流侧到交流侧的频率变换关系82

9.7　交流系统基频不同时直流系统的谐波特性分析83

9.8　交流系统基频不同时直流系统的谐波特性数字仿真分析84

9.9　直流输电系统的谐波稳定性问题与分析方法85

参考文献87

第10章 交直流电力系统电磁暂态与机电暂态数字仿真中的初始化问题88

10.1 引言88

10.2　发电机及其控制器的初始化问题88

10.3　直流输电系统的初始化问题89

参考文献90

10.5　负荷的初始化问题90

10.4　输电线路的初始化问题90

第11章 交直流电力系统电磁暂态数字仿真91

11.1　交直流电力系统电磁暂态数字仿真的实现途径91

11.2　用于模型离散化的常用数值积分公式及其特点92

11.3　集中参数元件的离散化伴随模型93

11.4　集中参数多相输电线路的离散化伴随模型95

11.5　分布参数单根无损线的Bergeron模型95

11.6　分布参数单根小损耗线路的Dommel模型97

11.7　分布参数多相耦合输电线路的K.C.Lee模型98

11.8　分布参数多相耦合输电线路的扩展Bergeron模型101

11.9　输电线路电磁暂态计算示例103

11.10　交直流电力系统电磁暂态仿真的拓扑分块并行算法105

11.10.1　分块交接变量方程的形成107

11.10.2　系统交接变量方程的形成和求解108

11.11　CIGRE直流输电标准测试系统的暂态响应特性计算示例110

11.11.1　整流侧交流系统故障时的暂态响应特性110

11.11.2　逆变侧交流系统故障时的暂态响应特性111

参考文献113

第12章　交直流电力系统机电暂态数字仿真114

12.1 交直流电力系统机电暂态仿真的基本原理114

12.2　直流输电系统的响应特性模型114

12.2.1 直流输电系统响应特性模型示例116

12.2.2　关于响应特性模型合理性的几点说明117

12.3　直流输电系统的详细模型117

12.3.1　导致逆变器换相失败的因素分析118

12.3.2　直流输电系统动态响应特性的详细模拟示例122

12.5　机电暂态仿真中与发电机模拟相关的几个问题123

12.5.1　发电机转子运动方程中D系数的意义和取值原则123

12.4　交直流电力系统机电暂态仿真程序的局限性123

12.5.2　关于原动机和调速器的模拟问题124

12.5.3　关于励磁系统的数学模型和参数整定问题124

参考文献127

第13章 电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真128

13.1　问题的提出128

13.2　混合仿真的原理128

参考文献129

第14章　电力系统的小信号模型130

14.1　问题的提出130

14.4　直流输电系统的小信号模型131

14.2　发电机的小信号模型131

14.3　电力网络的小信号模型131

14.5　负荷的小信号模型133

第15章　交直流电力系统的低频振荡分析134

15.1　引言134

15.2　低频振荡的主要分析方法134

15.3　用特征值分析法分析中国南方电网低频振荡特性示例135

15.3.1　无PSS和直流调制时南方电网的低频振荡特性135

15.3.2　加PSS后南方电网的低频振荡特性137

15.4　测试信号法的基本原理139

15.4.1　模态辨识基本概念139

15.4.2　机械导纳的定义140

15.4.3　机械导纳特性140

15.4.4　通过时域仿真计算机械导纳141

15.4.5　单机无穷大母线（OMIB）系统计算示例142

15.4.6　多机系统计算示例143

15.5　基于测试信号法的多机系统PSS设计144

15.6　基于测试信号法的直流小信号调制器参数整定147

15.6.1　基本原理147

15.6.2　计算示例分析149

15.6.3　加直流小信号调制后南方电网的低频振荡特性152

15.7　Prony分析法153

15.7.1　Prony分析法的基本原理153

15.7.2　计算示例155

参考文献155

16.2　由直流输电引起的次同步振荡问题的机理分析157

第16章 交直流电力系统的次同步振荡问题分析157

16.1　电力系统中的次同步振荡问题概述157

16.2.1　何种情况下应该考虑由直流输电引起的次同步振荡158

16.2.2　何种情况下可以不考虑由直流输电引起的次同步振荡158

16.3　评估直流输电是否会引起SSO的一种初步方法——机组作用系数法158

16.4　电力系统机组间扭振相互作用特性160

16.4.1　电气耦合对机组轴系扭振特性的影响160

16.4.2　机组扭振自然频率与机组扭振相互作用的关系162

16.4.3　适用于SSO研究的系统简化基本原则162

16.5　复转矩系数法的适用范围分析164

16.5.1　复转矩系数法164

16.5.2　复转矩系数法的基本前提164

16.5.4　复转矩系数法的应用及判断次同步振荡稳定性的准则165

16.5.3　复转矩系数法不适用于多机系统的原因165

16.6　复转矩系数法的时域仿真实现——测试信号法166

16.6.1　应用测试信号法研究IEEE SSR第一标准测试系统示例167

16.6.2　应用测试信号法研究次同步频率范围电气阻尼系数的灵敏度172

16.6.3　测试信号法计算结果与特征值分析结果的比较174

16.7　关于几种SSO分析方法的评述175

16.8　HVDC对发电机次同步振荡阻尼特性的影响176

16.8.1 与整流站相连的发电机组的SSO阻尼特性176

16.8.2　与逆变站相连的发电机组的SSO阻尼特性179

16.9　多直流落点系统中的发电机SSO阻尼特性分析180

16.9.1　综合机组作用系数的概念180

16.9.2　综合机组作用系数有效性的测试信号法验证181

16.10.1　待研究的交直流系统模型184

16.10.2　与整流站相连的发电机组阻尼特性184

16.10　串联补偿与直流输电共存时发电机的次同步振荡阻尼特性分析184

16.9.3　综合机组作用系数对多直流落点系统的应用184

16.10.3　与逆变站相连的发电机组的阻尼特性186

16.11 由直流输电引起的次同步振荡的抑制措施187

16.12　新型直流输电对发电机组次同步振荡阻尼特性的影响189

16.13　TCSC对发电机组次同步振荡阻尼特性的影响189

16.13.1　待研系统模型189

16.13.2　仿真结果及其分析192

16.14　SVC对发电机组次同步振荡阻尼特性的影响196

16.14.1　测试系统及SVC的时域仿真模型196

16.14.2　仿真结果及其分析196

参考文献200

附录　CIGRE直流输电第一标准测试系统的结构与参数202