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第1章 绪论1

1.1电力系统的发展与面临的挑战1

1.2电力系统的稳定性3

1.2.1电力系统稳定性问题与分类3

1.2.2电力系统常见的稳定性问题5

1.3电力系统稳定性分析与控制方法7

1.3.1电力系统分析与控制的技术路线7

1.3.2电力系统分析的基本方法8

1.4次同步振荡现象与常见抑制方法13

1.4.1次同步振荡问题的由来13

1.4.2次同步振荡现象的基本类型14

1.4.3次同步振荡的常见抑制方法14

1.4.4次同步振荡问题的研究现状18

1.5研究次同步振荡的目的和意义21

1.5.1我国远距离、大容量输电的需求及其次同步振荡风险21

1.5.2由输电线路串联补偿引发的次同步振荡21

1.5.3由高压直流输电引发的次同步振荡23

1.6本书的主要内容24

参考文献25

第2章 电力系统动态分析基本模型29

2.1引言29

2.2同步发电机的数学模型29

2.2.1理想电机假设条件29

2.2.2派克变换30

2.2.3同步发电机的标幺值31

2.2.4同步发电机的电压方程和磁链方程32

2.2.5同步发电机的等效电路、运算电抗及实用参数34

2.3励磁系统的数学模型37

2.4原动机及调速系统的数学模型40

2.4.1汽轮机及其调速系统模型40

2.4.2水轮机及其调速系统模型42

2.5汽轮发电机组轴系的数学模型43

2.5.1轴系分段集中质量弹簧模型43

2.5.2轴系连续质量弹簧模型45

2.6交流输电网络的数学模型46

2.6.1含有串联电容器的输电线路模型47

2.6.2变压器模型48

2.6.3并联电容器模型49

2.6.4并联电抗器模型50

2.6.5坐标变换及机网接口50

2.7小结51

参考文献51

第3章 电力系统次同步振荡的理论基础53

3.1引言53

3.2机电振荡的基本模型和概念53

3.3次同步振荡的术语及定义56

3.4次同步振荡基本原理与分类61

3.4.1异步发电机效应62

3.4.2轴系扭转相互作用63

3.4.3轴系扭矩放大作用66

3.4.4电气装置引起的次同步振荡67

3.5次同步振荡的基本分析方法67

3.5.1机组作用系数分析法67

3.5.2阻抗扫描分析法68

3.5.3特征根分析法72

3.5.4复转矩系数分析法76

3.5.5时域仿真分析法78

3.6小结81

参考文献81

第4章 固定串联补偿引发次同步谐振的机理83

4.1引言83

4.2串联电容补偿系统83

4.2.1串联电容器组设备83

4.2.2串联电容器组接入位置85

4.3输电线路串联电容器的补偿作用86

4.3.1用串联补偿控制自然功率86

4.3.2串联补偿度的极限87

4.4次同步谐振的机理88

4.4.1输电系统的电气谐振88

4.4.2轴系扭振的稳定性89

4.4.3机电扭振相互作用90

4.5次同步电气阻尼特性92

4.5.1串联补偿度的影响92

4.5.2系统网架结构的影响93

4.5.3发电机出力的影响94

4.5.4发电机励磁系统及稳定器对阻尼特性的影响94

4.6小结98

参考文献98

第5章 串联型FACTS装置抑制次同步振荡100

5.1引言100

5.2 NGH抑制次同步振荡100

5.2.1基本工作原理101

5.2.2参数设计101

5.3 TCSC抑制次同步振荡103

5.3.1拓扑结构104

5.3.2基本工作原理105

5.3.3自然抑制SSO的机理107

5.3.4主动抑制SSO的机理113

5.3.5含TCSC的交直流并列系统电气阻尼特性114

5.4 GCSC抑制次同步振荡119

5.4.1基本工作原理119

5.4.2阻尼机理121

5.4.3仿真分析122

5.5 SSSC抑制次同步振荡123

5.5.1基本工作原理123

5.5.2对功角特性的影响124

5.5.3控制策略124

5.5.4次同步频率阻抗特性126

5.5.5主动阻尼的机理128

5.5.6仿真分析129

5.6小结131

参考文献132

第6章 并联型FACTS装置抑制次同步振荡135

6.1引言135

6.2 SVC抑制次同步振荡的分析135

6.2.1基本工作原理136

6.2.2用于SSO抑制的电纳调制原理136

6.2.3抑制SSO的阻尼控制策略141

6.3 SVC抑制大型发电厂次同步谐振的工程应用145

6.3.1锦界电厂的次同步谐振问题145

6.3.2 SVC的系统结构设计147

6.3.3仿真效果分析149

6.3.4对系统影响的仿真分析151

6.3.5 SVC现场调试及系统短路试验154

6.4 STATCOM抑制次同步振荡的分析155

6.4.1基本工作原理156

6.4.2次同步电流阻尼控制方法157

6.4.3抑制SSO的控制策略162

6.4.4仿真分析167

6.5 STATCOM抑制大型发电厂次同步振荡的仿真169

6.5.1频繁超标的低幅次同步振荡169

6.5.2级联型STATCOM抑制效果仿真170

6.6小结174

参考文献174

第7章HVDC引发次同步振荡的机理及其控制176

7.1引言176

7.2次同步电气量在交直流侧间的传递关系176

7.2.1换相过程的开关函数描述176

7.2.2次同步电气量从交流侧到直流侧的传递177

7.2.3直流侧扰动向交流侧的传递179

7.2.4测试系统仿真验证179

7.3交直流系统中的扭振相互作用181

7.4电气阻尼特性183

7.5 SSDC的工作原理184

7.6 SSDC的设计方案及实现186

7.6.1输入信号的选择186

7.6.2控制系统结构设计187

7.6.3控制参数整定189

7.6.4 SSDC设计软件开发196

7.7 SSDC抑制次同步振荡的仿真验证200

7.7.1自然扭振频率不准确时200

7.7.2线路N-1运行204

7.7.3机组出力不同205

7.7.4单台发电机组故障时207

7.8 SSDC对交直流系统的影响208

7.8.1 SSDC对直流动态响应特性的影响208

7.8.2 SSDC对交直流侧特征谐波的影响211

7.9小结213

参考文献213

第8章VSC-HVDC的阻尼特性分析215

8.1引言215

8.2 VSC-HVDC的基本原理215

8.3 VSC-HVDC的阻尼特性分析216

8.3.1 VSC-HVDC阻尼次同步振荡的机理216

8.3.2基于测试信号法的VSC-HVDC阻尼特性分析217

8.4 VSC-HVDC用于抑制串联补偿引发的次同步振荡仿真220

8.4.1待研系统模型220

8.4.2混合阻尼控制器的设计221

8.4.3仿真分析222

8.5小结223

参考文献223

第9章 其他抑制次同步振荡的方法224

9.1引言224

9.2避开谐振点225

9.2.1改变系统运行方式225

9.2.2改变发电机组轴系参数225

9.2.3增大机网间的串联电抗225

9.3提高电气阻尼225

9.3.1附加励磁阻尼控制器225

9.3.2超导磁储能装置229

9.3.3装设极面阻尼绕组230

9.4阻断次同步电气量230

9.4.1阻塞滤波器230

9.4.2旁路阻尼滤波器234

9.4.3线路滤波器234

9.4.4动态滤波器234

9.5减少机械侧与电气侧的能量交互235

9.5.1抑制机理235

9.5.2 S-HSC的结构及工作原理235

9.5.3仿真分析236

9.6轴系扭振继电保护措施239

9.6.1扭振继电器239

9.6.2电枢电流继电器239

9.6.3电容器双间隙闪络240

9.7小结240

参考文献240

第10章 次同步振荡实时仿真技术242

10.1引言242

10.2数字-物理闭环实时仿真的实现243

10.2.1闭环实时仿真平台的搭建243

10.2.2物理控制器的闭环仿真验证245

10.3电磁-机电暂态混合实时仿真的实现247

10.3.1电磁-机电暂态混合实时仿真的基本原理249

10.3.2次同步振荡混合实时仿真的建模252

10.3.3次同步振荡混合实时仿真与现场录波对比253

10.4用于仿真及现场试验的次同步振荡激励方法254

10.5小结255

参考文献256

附录258

附录A用于次同步振荡研究的IEEE标准模型258

附录B中英文缩略语对照表263