Real-Time Stability in Power Systems

Real-Time Stability in Power Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer Verlag
作者:Savulescu, Savu C. 编
出品人:
页数:346
译者:
出版时间:2005-10
价格:$ 236.17
装帧:HRD
isbn号码:9780387256269
丛书系列:
图书标签:
  • 电力系统
  • 实时稳定性
  • 电力系统分析
  • 控制系统
  • 电力电子
  • 电网安全
  • 动态稳定性
  • 暂态稳定性
  • 电压稳定性
  • 电力系统建模
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具体描述

In the aftermath of the wave of blackouts that affected US, UK and mainland Europe utilities in 2003 and 2004, renewed attention has been focused on maintaining the highest level of reliability and security in the operation of power systems. The lack of adequate transmission infrastructure as well as real-time tools aimed at detecting and alarming system conditions have also been highlighted. In this context, the need to assess stability and predict the risk of blackout in real-time has become particularly relevant. Early work in this field documented in technical papers published throughout the 1990s and early 2000s underlined the importance of performing stability assessment in real-time. While static security assessment is conceptually straightforward, innovative approaches are needed to combine it with dynamic security assessment to develop an overall scheme so that results can be used for on-line decision-making. On October 13, 2004, the IEEE Power Systems Conference and Exposition 2004 hosted the 'Real-Time Stability Challenge' panel session. Organized by the Power System Dynamic Performance Committee, the panel was a forum for presenting progress achieved in this field, discussing new ideas, and identifying the challenges to be met in the course of future research. Real-Time Stability in Power Systems: Techniques for Early Detection of the Risk of Blackout is built around most of the panel papers, updated and expanded by the authors with the new material relevant to the panel theme. The chapters are contributed by well known experts in the field, thus providing an authoritative reference on the theory and implementation of real-time stability assessment -- one of the critical topics of the day. Some of the issues discussed in the book include, but are not limited to: *Stability limits and how to objectively define them, *Techniques for defining and measuring the distance to instability, *The characterization of the risk of blackout, *Discussion of quick, approximate methods to filter out non-critical contingencies and do a detailed simulation only of those that result in limit violations, *Theoretical description and practical experience with real-time and/or near real-time stability applications available today in the SCADA/EMS industry.

深入电力系统暂态稳定性的研究与应用 本书聚焦于电力系统动态行为分析,特别是在面对扰动和不确定性时的稳定裕度评估与控制策略的构建。 电力系统作为现代社会运行的基石,其可靠性与稳定性至关重要。本专业著作旨在为电力系统工程师、研究人员以及高级学生提供一套全面且深入的分析框架,用以理解、预测和管理系统在受到瞬态冲击时的响应特性。全书内容紧密围绕电力系统暂态稳定这一核心议题展开,结合前沿的理论模型和实际的工程应用案例,构建起一个多层次、多尺度的稳定分析体系。 第一部分:基础理论与建模基础 本书的开篇部分系统地回顾了电力系统暂态稳定的理论基石。我们首先从经典的等面积定则(Equal Area Criterion)出发,详细阐述了其在单机无穷大系统中的应用局限性及向多机系统推广的复杂性。这部分内容强调了对系统内各元件精确建模的必要性,包括同步电机、电力电子变流器(HVDC、FACTS设备)、负荷模型以及不同类型的保护与控制系统。 同步电机暂态建模是重中之重。我们不仅讨论了d-q坐标系下的经典二阶模型,更深入探讨了高阶模型(考虑励磁系统、调速器、以及次暂态/暂态电抗变化)对稳定分析精确度的影响。对于接入柔性交流输电系统(FACTS)的节点,本书提供了先进的STATCOM和SVC等设备的动态模型,并阐述了它们在暂态过程中的快速补偿机制。 在系统建模层面,我们详细介绍了时域仿真方法的数值求解技巧,包括欧拉法、龙格-库塔法等,并分析了不同求解器在处理强非线性和高频振荡问题时的效率与精度权衡。本书特别强调了状态变量的选取对于建立准确系统微分代数方程(DAE)组的重要性,为后续的稳定裕度计算奠定了基础。 第二部分:暂态稳定分析方法论 暂态稳定性分析的核心在于确定系统能够承受的最大切除功角或最小阻尼系数。本书在方法论上采取了理论分析与数值计算相结合的策略。 2.1 暂态稳定度指标与判据 我们详细分析了能量函数法(Energy Function Method)。这不仅包括基于李雅普诺夫理论的经典全局稳定分析,还重点介绍了边界势垒法(Potential Energy Barrier)和改进能量函数在评估多机系统稳定极限方面的优势。针对大规模系统的实时应用需求,本书探讨了如何通过降阶模型来简化能量函数的构建过程。 此外,暂态暂态稳定(Transient Stability, TS)与暂态暂态稳定(Subtransient Stability, STS)的区分是工程实践中的关键。我们通过详细的算例说明了开关动作、接地故障、以及线路跳闸等事件对系统短期动态行为的决定性影响,并提供了判断STS的快速判据。 2.2 暂态稳定极限的计算与评估 本书引入了首次穿越切除(First Swing Analysis)的概念,并将其扩展为精确稳定极限计算。这涉及大量的数值迭代,需要精确确定临界清除时间(Critical Clearing Time, CCT)和临界切除功角。我们对比了传统的步进法与更高效的切线法(Shooting Method)在确定稳定裕度时的性能差异。 针对高维、非线性系统,我们引入了概率性稳定性分析的概念,即考虑随机故障发生位置和初始系统运行状态的不确定性,评估系统在大量情景下的稳定概率,这对于规划和预警具有重要意义。 第三部分:增强暂态稳定性的控制与技术 现代电力系统高度依赖于先进的控制技术来维持暂态稳定。本书的后半部分聚焦于这些关键的使能技术。 3.1 增强型暂态稳定控制(PSS/EUC) 功率系统稳定器(PSS)的整定仍然是维持暂态功角稳定的重要手段。本书不仅教授如何使用传统的PSS设计方法(如Booster设计),更深入探讨了基于模态分析和最优控制的PSS设计,以应对系统中由FACTS或风电接入带来的低频或次同步振荡模式。 增强型暂态稳定控制(EUSC)是现代电网的核心。我们详细分析了紧急切负荷(EDG)、紧急发电功率注入(EPPI)以及动态制动电阻(DBR)在限制功角摆动幅度方面的作用机制。本书提供了设计这些控制策略的流程图和参数整定指南,强调了控制器的动作时序和逻辑协调性。 3.2 柔性交流输电系统(FACTS)与并网控制 随着大容量风电和光伏接入,大量使用电压源型变流器(VSC)技术。本书专门辟章节讨论了基于VSC的暂态稳定增强。这包括: 1. 定子电压控制与内环电流控制的相互作用对暂态功角的影响。 2. 如何利用FACTS设备(如SVC/STATCOM)提供快速的无功补偿,从而有效提高系统阻尼和暂态稳定裕度。 3. 直流输电(HVDC)在暂态过程中的故障穿越能力(Fault Ride Through, FRT)建模与控制策略,特别是不同控制模式(如定功率、定电压、定电流)在故障切除过程中的切换逻辑。 第四部分:高级主题与未来展望 在收尾部分,本书探讨了一些对未来电网规划至关重要的前沿课题。 暂态稳定性的在线监测与自适应控制: 介绍如何利用广域测量系统(WAMS)的PMU数据,实时估计系统的暂态稳定状态,并开发能够根据系统实时运行点自动调整控制参数的自适应PSS/EUC系统。 大规模可再生能源并网的挑战: 重点分析了缺乏转动惯量的分布式电源(如并网逆变器)对系统整体惯量响应和暂态阻尼的影响。本书提出了虚拟同步发电机(VSG)技术的概念,旨在通过仿真的惯量和阻尼,有效提升高比例新能源接入电网的暂态鲁棒性。 结论: 全书通过严谨的理论推导、丰富的工程案例和对前沿技术的深入剖析,旨在提供一套完整的工具箱,使读者能够精准地分析并有效增强现代电力系统的暂态稳定性,确保电网在面临突发性冲击时仍能安全、可靠地运行。

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