電力系統(tǒng)建模理論與方法

前言

　　電力系統(tǒng)仿真計(jì)算已經(jīng)成為電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行與控制中不可缺少的手段，人們對(duì)仿真計(jì)算的精度要求越來(lái)越高，而這是以電力系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)的。電力系統(tǒng)模型對(duì)電力系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果影響很大，在臨界情況下還有可能改變定性結(jié)論，掩蓋一些重要現(xiàn)象，構(gòu)成系統(tǒng)的潛在危險(xiǎn)，造成不必要的浪費(fèi)。比如，進(jìn)行電力系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，采用不同的電力系統(tǒng)模型，在臨界情況下計(jì)算結(jié)果可能相差一條線路的投資；在進(jìn)行電力系統(tǒng)分析計(jì)算時(shí)，改變模型參數(shù)可以明顯提高輸送功率極限?！　≡谶^(guò)去的幾十年間，電力系統(tǒng)建模方面已經(jīng)取得相當(dāng)多的成果，我國(guó)電力科技工作者為此作出了重要貢獻(xiàn).沈善德教授所著的《電力系統(tǒng)辨識(shí)》（清華大學(xué)出版社，1993）是電力系統(tǒng)建模領(lǐng)域的開(kāi)山之作。此后，筆者出版了《電力系統(tǒng)負(fù)荷建模》（第一版，水利電力出版社，1995；第二版，中國(guó)電力出版社，2008）和《電力系統(tǒng)非線性辨識(shí)》（河海大學(xué)出版社，1999）。近期，章健教授出版了《電力系統(tǒng)負(fù)荷模型與辨識(shí)》（中國(guó)電力出版社，2007）。這幾本專著要么局限于辨識(shí)方法，要么局限于電力負(fù)荷建模，內(nèi)容具有局限性。有鑒于此，筆者就自己近年來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)建模研究的最新成果，寫成此書(shū)，希望對(duì)關(guān)心這一領(lǐng)域的廣大電力工作者有所裨益。書(shū)中大部分內(nèi)容是我們團(tuán)隊(duì)的研究成果，對(duì)于他人的成果書(shū)中均加以引用標(biāo)注。限于作者理論水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，書(shū)中難免有不足或有待改進(jìn)之處，尚希讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

　　電力系統(tǒng)建模是電力系統(tǒng)計(jì)算、分析和控制的基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)外正在廣泛開(kāi)展相關(guān)工作，《電力系統(tǒng)建模理論與方法》旨在對(duì)電力系統(tǒng)建模的研究和應(yīng)用起到一定的推動(dòng)作用。《電力系統(tǒng)建模理論與方法》內(nèi)容涵蓋了電力系統(tǒng)建模的各個(gè)主要方面，首先介紹電力系統(tǒng)建模的基本理論和基本技術(shù)，然后重點(diǎn)介紹在學(xué)術(shù)上、應(yīng)用上都十分重要的同步發(fā)電機(jī)組建模、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值建模以及電力負(fù)荷建模，最后介紹電力系統(tǒng)建模的其他方面，包括電力系統(tǒng)建模比較成熟的方面（如輸電線路建模、火電廠建模、水電廠建模）和電力系統(tǒng)建模比較新穎的方面（如風(fēng)力發(fā)電建模、微網(wǎng)建模、整體建模）.對(duì)于每個(gè)建模問(wèn)題，都是先介紹模型結(jié)構(gòu)，再介紹建模方法，最后介紹算例或?qū)嵗?，以加深讀者的理解?！峨娏ο到y(tǒng)建模理論與方法》既適合科研人員和研究生閱讀，也適合管理、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)部門的人員閱讀。

作者簡(jiǎn)介

　　鞠平，男，1962年7月生，江蘇靖江人。1978年9月考入南京工學(xué)院（現(xiàn)東南大學(xué)）電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，1988年6月在浙江大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)獲得博士學(xué)位，其后一直在河海大學(xué)任教。期間，1994年1月至1995年10月在德國(guó)Dottmund大學(xué)從事研究工作?，F(xiàn)任河海大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、副校長(zhǎng)，兼任中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì)副主任委員、江蘇省電工技術(shù)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”等8種雜志編委會(huì)的委員或副主任委員等。德國(guó)洪堡學(xué)者、中國(guó)國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者。

書(shū)籍目錄

前言第1章 緒論1.1 電力系統(tǒng)建模的重要意義1.2 電力系統(tǒng)建模的基本概念1.2.1 電力系統(tǒng)模型1.2.2 電力系統(tǒng)建模1.2.3 電力系統(tǒng)辨識(shí)1.2.4 電力系統(tǒng)建模對(duì)象1.3 電力系統(tǒng)建模的研究概述1.3.1 研究的難點(diǎn)1.3.2 研究的歷程1.3.3 研究的趨勢(shì)參考文獻(xiàn)第2章 電力系統(tǒng)建模的基本理論2.1 電力系統(tǒng)建模的基本途徑2.1.1 基于元件機(jī)理的方法2.1.2 基于測(cè)量辨識(shí)的方法2.1.3 基于仿真擬合的方法2.1.4 混合方法2.2 電力系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)特性2.2.1 靈敏度2.2.2 丁辨識(shí)性2.2.3 可區(qū)分性2.2.4 丁解耦性2.2.5 難易度2.3 電力系統(tǒng)線性模型的辨識(shí)方法2.3.1 參數(shù)辨識(shí)概述2.3.2 時(shí)域辨識(shí)方法2.3.3 頻域辨識(shí)方法2.4 電力系統(tǒng)非線性模型的辨識(shí)方法2.4.1 基本原理2.4.2 電力系統(tǒng)非線性辨識(shí)的遺傳方法2.4.3 電力系統(tǒng)非線性辨識(shí)的進(jìn)化策略方法2.4.4 電力系統(tǒng)非線性辨識(shí)的蟻群方法參考文獻(xiàn)第3章 電力系統(tǒng)建模的基本技術(shù)3.1 電力系統(tǒng)建模的數(shù)據(jù)采集與處理3.1.1 數(shù)據(jù)的來(lái)源3.1.2 數(shù)據(jù)的采集3.1.3 數(shù)據(jù)的處理3.2 電力系統(tǒng)建模的wAMS平臺(tái)3.2.1 WAMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.2.2 相量測(cè)量方法3.2.3 功角測(cè)量方法3.3 電力系統(tǒng)建模的校驗(yàn)方法3.3.1 基于殘差的校驗(yàn)3.3.2 基于干擾的校驗(yàn)3.3.3 基于功率譜密度的前驗(yàn)3.3.4 仿真算例3.3.5 應(yīng)用實(shí)例3.4 電力系統(tǒng)建模系統(tǒng)3.4.1 節(jié)點(diǎn)級(jí)建模裝置3.4.2 系統(tǒng)級(jí)建模系統(tǒng)3.4.3 分層次一體化建模系統(tǒng)參考文獻(xiàn)第4章 同步發(fā)電機(jī)組的建模4.1 概述4.1.1 研究意義4.1.2 研究現(xiàn)狀4.1.3 研究趨勢(shì)4.2 同步發(fā)電機(jī)的模型4.2.1 同步發(fā)電機(jī)的Park模型4.2.2 同步發(fā)電機(jī)的實(shí)用模型4.2.3 Park模型與實(shí)用模型的參數(shù)關(guān)系4.3 同步發(fā)電機(jī)建模的拋載方法4.3.1 拋載后的動(dòng)態(tài)過(guò)程4.3.2 參數(shù)辨識(shí)4.3.3 仿真算例4.4 同步發(fā)電機(jī)建模的時(shí)域方法4.4.1 基于實(shí)用模型的參數(shù)辨識(shí)4.4.2 基于Park模型的參數(shù)辨識(shí)4.5 同步發(fā)電機(jī)建模的頻域方法4.5.1 基本原理4.5.2 可辨識(shí)性分析4.5.3 頻域靈敏度分析4.5.4 仿真算例4.6 同步發(fā)電機(jī)建模中的飽和問(wèn)題4.6.1 同步發(fā)電機(jī)的飽和效應(yīng)4.6.2 計(jì)及飽和的模型4.6.3 仿真算例4.7 勵(lì)磁系統(tǒng)的建模4.7.1 勵(lì)磁系統(tǒng)的組成4.7.2 勵(lì)磁功率部分的模型4.7.3 電壓測(cè)量與電流補(bǔ)償部分的模型4.7.4 勵(lì)磁控制部分模型4.7.5 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的模型4.7.6 各種限制與保護(hù)的模型4.7.7 勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)實(shí)測(cè)4.8 原動(dòng)機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)的建模4.8.1 原動(dòng)機(jī)的模型4.8.2 調(diào)速系統(tǒng)的模型4.8.3 原動(dòng)機(jī)與調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)實(shí)測(cè)參考文獻(xiàn)第5章 電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)等值建模5.1 概述5.1.1 動(dòng)態(tài)等值的目的意義5.1.2 動(dòng)態(tài)等值的研究?jī)?nèi)容5.1.3 動(dòng)態(tài)等值的研究進(jìn)展5.2 動(dòng)態(tài)等值的方式5.2.1 動(dòng)態(tài)等值的方式5.2.2 異步迭代算法5.3 動(dòng)態(tài)等值的模型5.3.1 動(dòng)態(tài)等值模型的結(jié)構(gòu)5.3.2 緩沖網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的選擇5.3.3 動(dòng)態(tài)等值模型的方程5.4 動(dòng)態(tài)等值建模的同調(diào)方法5.4.1 基本原理5.4.2 發(fā)電機(jī)群的動(dòng)態(tài)等值5.4.3 電動(dòng)機(jī)群的動(dòng)態(tài)等值5.4.4 剩余網(wǎng)絡(luò)的化簡(jiǎn)5.4.5 仿真算例5.5 動(dòng)態(tài)等值的辨識(shí)方法5.5.1 基本原理5.5.2 動(dòng)態(tài)等值模型的可辨識(shí)性5.5.3 動(dòng)態(tài)等值模型的參數(shù)辨識(shí)5.5.4 動(dòng)態(tài)等值的混合方法5.5.5 仿真驗(yàn)證5.5.6 工程實(shí)例5.6 動(dòng)態(tài)等值的模態(tài)方法5.6.1 近似線性化模態(tài)方法5.6.2 精確線性化模態(tài)方法5.7 配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)等值5.7.1 配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)等值的模型結(jié)構(gòu)5.7.2 配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)等值的方法5.7.3 仿真算例5.8 地區(qū)電網(wǎng)的模型拼接參考文獻(xiàn)第6章 電力系統(tǒng)的負(fù)荷建模6.1 概述6.2 電力負(fù)荷的模型6.2.1 經(jīng)典負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)6.2.2 綜合負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)6.2.3 負(fù)荷模型的方程6.3 CLM建模的時(shí)域方法6.3.1 基本原理……第7章 電力系統(tǒng)的其他建模第8章 廣域電力系統(tǒng)的整體建模

章節(jié)摘錄

　　1.2.1 電力系統(tǒng)模型　　電力系統(tǒng)模型可以分為物理模型和數(shù)學(xué)模型兩大類。物理模型是根據(jù)相似原理構(gòu)成的一種物理模擬，通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)來(lái)研究系統(tǒng)的特性，電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬就是典型的例子。數(shù)學(xué)模型以數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述實(shí)際系統(tǒng)的特性，通過(guò)數(shù)字仿真計(jì)算來(lái)分析其過(guò)程。物理模型具有物理概念明確、能自然包含各種復(fù)雜物理因素的優(yōu)點(diǎn)，但模型實(shí)驗(yàn)代價(jià)高且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很難模擬大規(guī)模電力系統(tǒng)。數(shù)學(xué)模型雖然有時(shí)難以包含所有的物理因素，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，用數(shù)字仿真計(jì)算進(jìn)行分析研究已越來(lái)越顯示出其簡(jiǎn)便、靈活、代價(jià)小等方面的優(yōu)越性。因此，基于這兩種模型的仿真技術(shù)因其特點(diǎn)互補(bǔ)而并存于世，同時(shí)發(fā)展出將兩者綜合在一起的混合仿真技術(shù)?！　?.2.2 電力系統(tǒng)建模　　本書(shū)只介紹電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立，簡(jiǎn)稱為建模。電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以從線性和非線性、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)、參數(shù)和非參數(shù)等方面進(jìn)行分類?！　‰娏ο到y(tǒng)建模是對(duì)實(shí)際電力系統(tǒng)本質(zhì)的簡(jiǎn)化描述，這包含兩層涵義：一是模型必須能夠正確描述系統(tǒng)的本質(zhì)，二是模型應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單。模型的精確性和簡(jiǎn)單性往往存在著矛盾，一般需要根據(jù)實(shí)際問(wèn)題對(duì)模型的要求找出這兩者的合適解決方案。　　……

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