电力系统分析 第二版 高清可编辑文字版 [朱一纶主编] 2018年版.pdf

普通高等教育电气工程与自动化（应用型）“十三五”规划教材电力系统分析第 2 版主 编 朱一纶参 编 吴 彪 吴岱曦机 械 工 业 出 版 社本书针对应用型本科学生的特点编写，介绍了电力系统的稳态分析方法、电力系统的故障分析方法和电力系统的稳定性分析计算，强调基本概念、基本理论和基本技能，注重分析问题、解决问题方法的培养和训练，并介绍了计算机在电力系统分析中的应用。本书共分为九章，分别为：电力系统概述、电力系统元件等效电路和参数、简单电力系统潮流分析、复杂电力系统潮流计算、电力系统功率平衡与控制、电力系统三相短路故障分析、电力系统不对称运行分析方法、电力系统不对称故障分析、电力系统稳定性分析。本书的另一个特点是为每章配备了选择、填空、简答和计算四类习题，便于教师课堂检查和学生课后复习。本书可作为高等院校电气工程及其自动化专业学生用书，也可供从事电力系统运行、设计和研究的广大工程技术人员参考。图书在版编目（CIP）数据电力系统分析/朱一纶主编.2 版.北京：机械工业出版社，2018 2普通高等教育电气工程与自动化（应用型）“十三五”规划教材ISBN 978-7-111-59279-2 电 朱 电力系统-系统分析-高等学校-教材 TM711中国版本图书馆 CIP 数据核字（2018）第 036145 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：王雅新 责任编辑：王雅新 王小东责任校对：佟瑞鑫 封面设计：张 静责任印制 常天培：北京京丰印刷厂印刷2018 年 4 月第 2 版第 1 次印刷184mm260mm15 印张363 千字标准书号：ISBN 978-7-111-59279-2定价：36.00元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务服务咨询热线：010-88379833读者购书热线：010-88379649封面无防伪标均为盗版网络服务机 工 官 网：机 工 官 博： 前 言电力系统分析是电气工程及其自动化专业的专业核心课程，通过电力系统分析课程的学习，学生了解电力系统的构成、电力系统的分析计算方法、电力系统常见的故障及其处理方法、电力系统的稳定性判断方法，为将来从事电力生产行业、电力设备制造行业、电能输送行业等打下必要的基础。本书针对应用型本科学生的特点编写，介绍了电力系统的稳态分析方法、电力系统的故障分析方法和电力系统的稳定性分析方法，强调基本概念、基本理论和基本技能，注重分析问题、解决问题方法的培养和训练，并介绍了计算机在电力系统分析中的应用。本书共分为九章，分别为：电力系统概述、电力系统元件等效电路和参数、简单电力系统潮流分析、复杂电力系统潮流计算、电力系统功率平衡与控制、电力系统三相短路故障分析、电力系统不对称运行分析方法、电力系统不对称故障分析、电力系统稳定性分析。本书编者结合自已在教学中的体会，在编写过程中力求深入浅出，条理清楚，层次分明，理论与实际应用相结合，结合概念和分析方法列举了大量的例题，并为每章配备了选择、填空、简答和计算四类习题，便于教师课堂检查和学生课后复习。本书可作为高等院校电气工程及其自动化专业学生用书，也可供从事电力系统运行、设计和研究的广大工程技术人员参考。本书第 1 版出版后，被很多学校选为教材，也有很多老师与编者通信，指出了教材中的一些不足之处，在此基础上，编者进行了较全面的修订，对书中所有的习题和例题进行校核，南京金陵科技学院的吴彪、吴岱曦老师参加了部分编写工作。由于编者水平有限，书中如有不妥之处，敬请读者批评指正。编者的电子邮箱：zhuyilun2002 163 com编 者 目 录前言第 1 章 电力系统概述1 1 1 电力系统基本概念1 1 1 1 电力系统的组成1 1 1 2 电力系统的运行特点2 1 1 3 电力系统设计的基本要求2 1 1 4 本课程学习内容简介3 1 2 电力系统的主要电源3 1 2 1 火力发电厂3 1 2 2 水力发电厂4 1 2 3 核电站5 1 2 4 风力发电6 1 2 5 太阳能发电7 1 3 电力网8 1 3 1 额定电压与额定频率8 1 3 2 输电网与配电网10 1 3 3 电力系统中性点接地方式10 1 4 电力系统的负荷10 1 4 1 负荷的分类11 1 4 2 负荷曲线12 1 5 电力系统的发展概况13 1 5 1 电力系统的发展简史13 1 5 2 我国的电力系统14 1 5 3 电力系统的发展前景15 小结16 习题17第 2 章 电力系统元件等效电路和参数20 2 1 电力线路等效电路及其参数20 2 1 1 电力线路的分类和结构20 2 1 2 单位长度电力线路的等效电路及参数21 2 1 3 电力线路的等效电路24 2 2 变压器等效电路及其参数26 2 2 1 双绕组变压器等效电路和参数26 2 2 2 三绕组变压器等效电路和参数29 2 2 3 自耦变压器等效电路和参数32 2 3 同步发电机等效电路及参数32 2 3 1 理想同步发电机的基本概念32 2 3 2 同步发电机稳态运行时的参数和等效电路33 2 4 电力系统负荷模型34 2 4 1 负荷用功率表示34 2 4 2 负荷用复阻抗表示35 2 5 电力系统的等效电路35 2 5 1 有名制表示的等效电路35 2 5 2 标幺制38 2 5 3 标幺制表示的等效电路39 2 5 4 近似估算时标幺制表示的等效电路42 小结43 习题44第 3 章 简单电力系统潮流分析47 3 1 电力线路分析47 3 1 1 电力线路的电压降落47 3 1 2 电力线路的功率损耗50 3 2 变压器分析51 3 2 1 变压器的电压降落与功率损耗51 3 2 2 运算功率和运算负荷51 3 3 简单开式网络的潮流计算52 3 3 1 已知同端电压和功率时的潮流计算52 3 3 2 已知首端电压和末端功率的潮流计算53 3 4 简单闭式网络的潮流计算58 3 4 1 两端供电网络的潮流计算58 3 4 2 简单环形网络的潮流计算59 3 5 电力网的电能损耗估算62 3 5 1 电力线路中的电能损耗估算62 3 5 2 变压器中的电能损耗64 3 5 3 电力网的网损率66 小结66 习题66 第 4 章 复杂电力系统潮流计算69 4 1 电力网络的数学模型69 4 1 1 节点电压方程的建立69 4 1 2 节点导纳矩阵及其修正71 4 1 3 变压器电压比改变时导纳矩阵的修正73 4 2 功率方程和节点分类75 4 2 1 功率方程75 4 2 2 节点分类77 4 2 3 潮流计算的约束条件78 4 3 牛顿-拉夫逊法潮流计算78 4 3 1 牛顿-拉夫逊法的基本原理78 4 3 2 潮流计算的修正方程80 4 3 3 牛顿-拉夫逊潮流计算步骤82 4 4 P-Q 分解法潮流计算84 4 4 1 P-Q 分解法的简化过程84 4 4 2 P-Q 分解法潮流计算步骤86 4 5 Matlab 在电力系统潮流分析中的应用举例88 小结91 习题91第 5 章 电力系统功率平衡与控制94 5 1 电力系统中有功功率平衡与频率变化94 5 2 有功功率的电源与负荷95 5 2 1 有功功率负荷及其变化95 5 2 2 有功功率电源的备用95 5 2 3 各类发电厂的合理组合96 5 3 电力系统的有功功率平衡97 5 3 1 电力系统的有功功率-频率静态特性97 5 3 2 电力系统的频率调整99 5 4 电力系统中无功功率的平衡104 5 4 1 无功功率负荷和无功功率损耗105 5 4 2 无功功率电源105 5 4 3 无功功率与电压的关系108 5 5 电力系统的电压控制109 5 5 1 中枢点的电压管理109 5 5 2 电压调整的基本原理110 5 5 3 电压调整措施110 小结120 习题120第 6 章 电力系统三相短路故障分析124 6 1 电力系统故障概述124 6 1 1 电力系统故障原因及分类124 6 1 2 短路计算的简化125 6 2 无限大容量电源供电的电力系统三相短路125 6 2 1 无限大容量电源的概念125 6 2 2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析126 6 2 3 短路冲击电流129 6 2 4 短路电流的最大有效值和短路功率130 6 3 电力系统三相短路的实用计算133 6 3 1 确定系统各元件的次暂态参数133 6 3 2 起始次暂态电流 I的计算136 6 3 3 非无限大电源供电的电力系统三相短路时的冲击电流137 6 3 4 电力系统三相短路分析举例138 6 4 应用运算曲线求任意时刻的短路电流142 6 4 1 运算曲线的制订142 6 4 2 运算曲线的应用143 6 4 3 电流分布系数和转移阻抗146 6 5 三相短路起始暂态电流的计算机算法146 小结149 习题150第 7 章 电力系统不对称运行分析方法 对称分量法153 7 1 对称分量法及其应用153 7 1 1 对称分量法153 7 1 2 对称分量法在不对称短路计算中的应用155 7 2 同步发电机的各序参数157 7 3 变压器的各序参数和等效电路157 7 3 1 普通变压器的各序参数157 7 3 2 变压器等效电路与外电路的连接159 7 3 3 中性点有接地阻抗时变压器的零序等效电路160 7 4 电力线路的各序参数和等效电路161 7 5 异步电动机和综合负荷各序参数和等效电路161 7 6 电力系统故障运行的等效电路162 小结168 习题168第 8 章 电力系统不对称故障分析172 8 1 简单不对称短路的分析与计算172 8 1 1 单相接地短路173 8 1 2 两相短路177 8 1 3 两相接地短路179 8 1 4 正序等效定则183 8 2 简单不对称短路时非故障处的电压和电流计算186 8 2 1 计算序电压和序电流的分布186 8 2 2 序电压和序电流经变压器后的相位变换187 8 2 3 非故障点电压和电流计算举例188 8 3 电力系统非全相运行的分析190 8 3 1 单相断线故障191 8 3 2 两相断线故障192 8 4 不对称短路时运算曲线的应用193 8 5 不对称短路计算机辅助分析193 小结195 习题195第 9 章 电力系统稳定性分析199 9 1 电力系统稳定性概述199 9 2 电力系统的静态稳定200 9 2 1 静态稳定的基本概念200 9 2 2 静态稳定实用判据202 9 2 3 励磁调节对静态稳定性的影响204 9 2 4 静态稳定的分析方法205 9 3 电力系统的暂态稳定205 9 3 1 暂态稳定的基本概念205 9 3 2 简单电力系统暂态稳定的分析207 9 3 3 等面积定则209 9 3 4 极限切除角210 9 4 提高电力系统稳定性的措施212 9 4 1 提高稳定性的一般原则212 9 4 2 改善电力系统元件的特性和参数213 9 4 3 改善电力系统运行条件和参数215 9 4 4 防止系统失去稳定的措施216 小结217 习题218附录 A Matlab 程序221附录 B 短路电流运算曲线228参考文献2331 电能是现代社会中最主要、最方便的能源，因为电能具有传输方便、易于转换成其他能量等优点，被极其广泛地应用于各行各业，可以说没有电力工业就没有国民经济的现代化。电力系统就是指由生产、输送、分配、使用电能的设备以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。1 1 电力系统基本概念1 1 1 电力系统的组成电力系统（Power System）由三部分组成（如图 1-1 所示）：发电机（电源）、负荷（用电设备）以及电力网（连接发电机和负荷的设备，如变压器、电力线路等）。这三部分都带有相应的监测、保护设备。如果考虑结合发电厂的动力设备，如火力发电厂的锅炉、汽轮机等，水力发电厂的水库和水轮机等，核电站的反应堆等，则统称为动力系统，见表 1-1。本书重点讨论电力