柔性交流输电系统:建模与控制

本书论述了柔性交流输电系统（FACTS）的先进建模、分析和控制技术。这些课题反映了FACTS控制器的最新研究和发展，并提出了FACTS在电力系统中的未来应用。本书包含了电力系统控制的一系列问题：从稳态电压和潮流控制，到电压稳定控制、应用FACTS控制器的小信号稳定控制。本书介绍了最新的FACTS控制器模型，用于电力系统潮流控制、电能质量分析和补偿（IPFC,GUPF,VSCHVDC以及MVSCHVDC等）的建模。内容的选择根据FACTS应用现状以及未来各种可能的实际应用。本书的协作素材主要来源于作者紧密参与的科研和实际工程项目。本书对于正在从事FACTS建模、仿真和控制工作的电力工程师和学生有很高的参考价值，可广泛应用于解决电力系统运行、设计和控制方面的相关问题。 "译者序
　　
　　原书前言
　　
　　原书第1版序
　　
　　原书第2版序
　　
　　第1章FACTS——装置与应用1
　　
　　1.1概论2
　　
　　1.2电力电子4
　　
　　1.2.1半导体4
　　
　　1.2.2功率转换器6
　　
　　1.3FACTS设备的结构10
　　
　　1.3.1并联型设备10
　　
　　1.3.2串联设备13
　　
　　1.3.3串并联设备17
　　
　　1.3.4背靠背设备21
　　
　　参考文献22
　　
　　第2章多功能单一变换器FACTS在潮流分析中的建模23
　　
　　2.1电力系统潮流计算23
　　
　　2.1.1潮流方法23
　　
　　2.1.2节点的分类23
　　
　　2.1.3极坐标系中的牛顿拉夫逊潮流23
　　
　　2.2多功能STATCOM的建模24
　　
　　2.2.1多控制功能的STATCOM潮流分析模型24
　　
　　2.2.2牛顿潮流下的STATCOM的多控制函数模型28
　　
　　2.2.3多约束越限的处理30
　　
　　2.2.4STATCOM电流幅度控制多重解31
　　
　　2.2.5算例分析31
　　
　　2.3多控制功能SSSC建模35
　　
　　2.3.1多控制功能SSSC模型的潮流分析35
　　
　　2.3.2SSSC多控制功能模型在牛顿潮流中的实现37
　　
　　2.3.3数值结果39
　　
　　2.4SVC和TCSC模型的潮流分析42
　　
　　2.4.1在电力系统潮流分析中SVC、STATCOM的表达式42
　　
　　2.4.2TCSC表示SSSC潮流分析43
　　
　　参考文献43
　　
　　第3章应用于电力系统潮流分析的组合变换器FACTS模型46
　　
　　3.1UPFC的多控制函数建模46
　　
　　3.1.1先进的UPFC潮流分析模型46
　　
　　3.1.2先进UPFC模型应用于牛顿潮流51
　　
　　3.1.3数值算例51
　　
　　3.2多函数控制的IPFC和GUPFC建模53
　　
　　3.2.1实际约束条件的牛顿潮流中的IPFC建模54
　　
　　3.2.2实际约束条件的牛顿潮流中的GUPFC建模56
　　
　　3.2.3数值算例58
　　
　　3.3基于HVDC的多端子电压源变换器61
　　
　　3.3.1MVSCHVD与变换器位于同一变电站的数学建模61
　　
　　3.3.2直流网络方程下的广义MVSCHVDC模型65
　　
　　3.3.3数值算例67
　　
　　3.4潮流分析中小阻抗FACTS问题处理70
　　
　　3.4.1电压源变换器FACTS模型的数值不稳定性70
　　
　　3.4.2阻抗补偿模型70
　　
　　参考文献71
　　
　　第4章FACTS设备在最优潮流分析中的建模74
　　
　　4.1最优潮流分析74
　　
　　4.1.1最优潮流简介74
　　
　　4.1.2最优潮流技术比较75
　　
　　4.1.3OPF模型综述76
　　
　　4.2非线性内点最优潮流方法77
　　
　　4.2.1功率偏差方程77
　　
　　4.2.2输电线路约束77
　　
　　4.2.3非线性内点OPF算法78
　　
　　4.2.4非线性内点OPF的应用80
　　
　　4.2.5非线性内点OPF算法的求解步骤81
　　
　　4.3OPF分析中的FACTS建模82
　　
　　4.3.1最优电压和潮流控制中的IPFC和GUPFC82
　　
　　4.3.2GUPFC的运行和控制约束83
　　
　　4.3.3考虑GUPFC的非线性内点OPF算法84
　　
　　4.3.4非线性内点OPF中IPFC的建模88
　　
　　4.4OPF中多终端VSCHVDC的建模89
　　
　　4.4.1最优电压和潮流控制中的多终端VSCHVDC89
　　
　　4.4.2MVSCHVDC的运行和控制约束90
　　
　　4.4.3非线性内点OPF中的MVSCHVDC建模90
　　
　　4.5VSCHVDC与FACTS设备的比较91
　　
　　4.5.1UPFC与BTBVSCHVDC的比较92
　　
　　4.5.2GUPFC与MVSCHVDC的比较93
　　
　　4.6附录含GUPFC非线性内点OPF的导数95
　　
　　4.6.1非线性内点OPF的一阶导数95
　　
　　4.6.2非线性内点OPF的二阶导数96
　　
　　参考文献99
　　
　　第5章三相潮流和三相OPF分析中的FACTS模型103
　　
　　5.1直角坐标下的牛顿三相潮流法103
　　
　　5.1.1节点分类104
　　
　　5.1.2同步电机的表示104
　　
　　5.1.3直角坐标系下的功率电压不平衡方程105
　　
　　5.1.4直角坐标系下的牛顿方程106
　　
　　5.2极坐标系下的三相牛顿潮流公式109
　　
　　5.2.1发电机的表示109
　　
　　5.2.2极坐标系下的功率和电压不平衡方程110
　　
　　5.2.3极坐标系下的牛顿方程111
　　
　　5.3直角坐标系下SSSC的三相潮流计算模型111
　　
　　5.3.1星/三角联结变压器的三相SSSC模型112
　　
　　5.3.2具有单相独立变压器的单相/三相SSSC模型116
　　
　　5.3.3算例118
　　
　　5.4UPFC模型在极坐标系下的三相牛顿潮流计算121
　　
　　5.4.1三相UPFC的工作原理121
　　
　　5.4.2三相换流变压器模型121
　　
　　5.4.3三相UPFC的潮流约束123
　　
　　5.4.4三相UPFC的对称分量控制模型125
　　
　　5.4.5三相UPFC的一般三相控制模型127
　　
　　5.4.6三相UPFC的混合控制模型128
　　
　　5.4.7算例129
　　
　　5.5极坐标下的三相牛顿OPF133
　　
　　5.6附录Aygi的定义134
　　
　　5.7附录B五节点测试系统135
　　
　　参考文献136
　　
　　第6章含FACTS的静态电力系统电压稳定性分析与控制138
　　
　　6.1静态电力系统电压稳定分析中的连续潮流方法138
　　
　　6.1.1连续潮流方法138
　　
　　6.1.2同步电机运行限制建模139
　　
　　6.1.3连续潮流的求解步骤140
　　
　　6.1.4FACTS控制的连续潮流建模141
　　
　　6.1.5数值结果141
　　
　　6.2静态电压稳定分析的优化方法144
　　
　　6.2.1电压稳定极限测定的优化方法145
　　
　　6.2.2电压安全极限测定的优化方法145
　　
　　6.2.3运行安全极限测定的优化方法146
　　
　　6.2.4潮流不可解的优化方法146
　　
　　6.2.5数值算例147
　　
　　6.3安全约束最优潮流传输能力计算148
　　
　　6.3.1考虑安全约束的统一传输能力计算方法149
　　
　　6.3.2利用非线性内点发求解统一安全约束下的传输能力问题150
　　
　　6.3.3安全约束下传输能力计算步骤153
　　
　　6.3.4数值结果153
　　
　　参考文献155
　　
　　第7章三相不对称电力系统的静态电压稳定158
　　
　　7.1三相不对称电力系统的稳态电压稳定158
　　
　　7.2连续三相潮流方法158
　　
　　7.2.1运行限制的同步电机建模158
　　
　　7.2.2极坐标系中的三相潮流159
　　
　　7.2.3连续三相潮流方法方程160
　　
　　7.2.4连续三相潮流解法161
　　
　　7.2.5连续三相潮流的执行问题162
　　
　　7.2.6数值结果162
　　
　　7.3含FACTS的三相不对称系统的静态稳定168
　　
　　7.3.1STATCOM168
　　
　　7.3.2SSSC169
　　
　　7.3.3UPFC170
　　
　　参考文献170
　　
　　第8章FACTS的阻塞管理和损耗优化173
　　
　　8.1能量市场中快速潮流控制173
　　
　　8.1.1运行策略173
　　
　　8.1.2控制方案174
　　
　　8.2潮流控制器的放置175
　　
　　8.3经济评估方法177
　　
　　8.3.1跨区域阻塞管理的PFC建模177
　　
　　8.3.2跨区域传输容量的测定181
　　
　　8.3.3PFC带来的经济效益评估181
　　
　　8.4潮流控制器的量化效益183
　　
　　8.4.1增加传输容量183
　　
　　8.4.2减小损失184
　　
　　8.5附录187
　　
　　参考文献188
　　
　　第9章FACTS的非侵扰性系统控制189
　　
　　9.1要求规范189
　　
　　9.1.1模块化的网络控制器190
　　
　　9.1.2控制器规格190
　　
　　9.2架构191
　　
　　9.2.1常规运行的NISC方法192
　　
　　9.2.2紧急情况下的NISC方法193
　　
　　参考文献194
　　
　　第10章FACTS紧急和稳定控制的自主系统196
　　
　　10.1自主系统结构196
　　
　　10.2自主安全和紧急控制197
　　
　　10.2.1模型和控制结构197
　　
　　10.2.2协调通用规则197
　　
　　10.2.3自主控制系统的综合性200
　　
　　10.3小信号稳定性的自适应控制204
　　
　　10.4验证205
　　
　　10.4.1传输线路故障206
　　
　　10.4.2负荷增加208
　　
　　参考文献209
　　
　　第11章用于FACTS装置协调控制的多代理系统210
　　
　　11.1协调控制面临的挑战210
　　
　　11.2多代理系统的结构211
　　
　　11.2.1通信模型211
　　
　　11.2.2一个PFC的影响域212
　　
　　11.2.3分布式协调控制214
　　
　　11.3验证217
　　
　　11.3.1一条输电线路跳闸217
　　
　　11.3.2负荷增加219
　　
　　参考文献221
　　
　　第12章FACTS的广域控制222
　　
　　12.1广域监控系统222
　　
　　12.2广域监视应用224
　　
　　12.2.1输电走廊电压稳定监视224
　　
　　12.2.2热极限监视227
　　
　　12.2.3振荡稳定监视228
　　
　　12.2.4拓扑检测和状态量计算230
　　
　　12.2.5基于OPF方法的负荷能力计算232
　　
　　12.2.6电压稳定预测233
　　
　　12.3广域控制应用235
　　
　　12.3.1优化设定值的预防性控制235
　　
　　12.3.2远程反馈控制237
　　
　　参考文献243
　　
　　第13章含FACTS的电力系统小信号稳定分析建模244
　　
　　13.1小信号建模244
　　
　　13.1.1同步发电机244
　　
　　13.1.2励磁系统246
　　
　　13.1.3原动机和调速器模型247
　　
　　13.1.4负荷模型248
　　
　　13.1.5网络和潮流模型249
　　
　　13.1.6FACTS模型250
　　
　　13.1.7算例系统252
　　
　　13.2特征值分析254
　　
　　13.2.1算例系统的小信号稳定分析结果254
　　
　　13.2.2特征向量、模式形状和参与因子260
　　
　　13.3模态可控性、可观性和留数262
　　
　　参考文献265
　　
　　第14章含FACTS的电力系统稳定线性控制设计与仿真267
　　
　　14.1H∞混合灵敏度模型267
　　
　　14.2含极点定位的广义H∞问题268
　　
　　14.3矩阵不等式方程270
　　
　　14.4矩阵不等式的线性化271
　　
　　14.5算例分析272
　　
　　14.5.1权重选择272
　　
　　14.5.2控制设计272
　　
　　14.5.3性能评估275
　　
　　14.5.4仿真结果276
　　
　　14.6序贯设计的算例分析278
　　
　　14.6.1测试系统278
　　
　　14.6.2控制设计278
　　
　　14.6.3性能评估279
　　
　　14.6.4仿真结果280
　　
　　14.7时延系统的H∞控制282
　　
　　14.8时延系统的Smith预估器283
　　
　　14.9应用统一Smith预估器的问题描述286
　　
　　14.10算例分析288
　　
　　14.10.1控制设计288
　　
　　14.10.2性能评估289
　　
　　14.10.3仿真结果290
　　
　　参考文献293
　　
　　第15章使用多操作点的FACTS进行电力系统稳定性控制295
　　
　　15.1简介295
　　
　　15.1.1基于LMI方法的阻尼控制器的设计295
　　
　　15.1.2基于LMI的多模态阻尼控制器设计技术的挑战296
　　
　　15.2考虑多操作点的FACTS稳定控制非线性矩阵不等式297
　　
　　15.3输出反馈控制器的两步设计方法297
　　
　　15.3.1第一步：变量K的确定297
　　
　　15.3.2第二步：变量Ak及Bk的确定299
　　
　　15.4H2及H∞特性的拓展301
　　
　　15.4.1第一步：多目标控制下K的确定302
　　
　　15.4.2第二步：多目标控制的Ak及Bk的确定302
　　
　　15.4.3H∞特性303
　　
　　15.4.4H2特性304
　　
　　15.4.5两步控制设计方法的几点评论305
　　
　　15.5单机无穷大系统的两步控制设计方法305
　　
　　15.5.1单机无穷大系统(SMIB)305
　　
　　15.5.2运用两步法进行基于极点配置的阻尼振荡器的设计306
　　
　　15.5.3MLMI与SLMI的非线性仿真对照实验308
　　
　　15.6多机系统下的两步控制设计方法309
　　
　　15.6.1多机测试系统309
　　
　　15.6.2多机系统下的两步阻尼控制器设计310
　　
　　15.6.3绩效评估311
　　
　　15.6.4非线性模拟312
　　
　　15.7对于多机系统的替代两步控制设计方法314
　　
　　15.7.1SCADA/EMS介绍314
　　
　　15.7.2替代两步阻尼控制器的设计方法315
　　
　　15.7.3算例315
　　
　　15.8总结317
　　
　　参考文献318
　　
　　第16章配电系统回路设备控制320
　　
　　16.1配电系统回路设备概述320
　　
　　16.2回路设备本地控制322
　　
　　16.2.1线电压的估算323
　　
　　16.2.2回路潮流控制323
　　
　　16.2.3无功功率控制323
　　
　　16.3近似控制324
　　
　　16.3.1目标函数与最优控制324
　　
　　16.3.2近似最小二乘法325
　　
　　16.4模拟327
　　
　　16.5示范工程331
　　
　　16.5.1场测试系统331
　　
　　16.5.2简单的控制测试332
　　
　　16.5.3测试条件333
　　
　　16.5.4测试结果334
　　
　　参考文献335
　　
　　第17章风力发电系统的电力电子控制337
　　
　　17.1简介337
　　
　　17.2双馈感应发电机风机338
　　
　　17.2.1双馈感应发电机风机建模与控制338
　　
　　17.2.2采用DFIG的WT的模型341
　　
　　17.3采用DFIG的WT的小信号稳定性分析345
　　
　　17.3.1采用DFIG的WT的动态模型345
　　
　　17.3.2采用DFIG的WT的小信号稳定性分析模型346
　　
　　17.3.3采用DFIG的WT的小信号稳定性分析346
　　
　　17.3.4动态模拟348
　　
　　17.4采用DDPMG的WT模型350
　　
　　17.5采用DDPMG的WT小信号稳定性分析354
　　
　　17.5.1小信号稳定性分析模型354
　　
　　17.5.2采用DDPMG的WT小信号稳定性分析354
　　
　　17.5.3动态模拟四机系统356
　　
　　17.6风力发电系统的非线性控制356
　　
　　17.6.1非线性控制356
　　
　　17.6.2采用DFIG的WT的三阶模型357
　　
　　17.6.3非线性控制设计的变速恒频双馈WT357
　　
　　17.6.4动态模拟360
　　
　　17.7使用系统动态等值方法对大型风电场建模361
　　
　　17.7.1一致性组的识别362
　　
　　17.7.2网络简化362
　　
　　17.7.3动态参数的聚合362
　　
　　17.7.4动态模拟362
　　
　　17.8大型风电场通过高压直流输电与电网连接364
　　
　　17.8.1VSC直流输电技术的发展364
　　
　　17.8.2VSC风电场联网的直流输电控制365
　　
　　17.8.3动态模拟366
　　
　　参考文献
　　
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　　账   号：110060567018150018791

ISBN：978-7-111-47687-0    出版社：机械工业出版社     出版日期：2015-2-28   装帧：平装    定价：￥98.00     类别：电力