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电力系统基础理论与基本概念

开本：16

出版日期：2015年7月

图书书号：9787564158149

出版社：东南大学出版社

作者：龚乐年

版次：1/1

印张：27

字数：691千字

上架时间：2015-12-16

图书点击数：2824
价格：￥68元
 

相关介绍

内容简介

这是一本打基础并尽量阐述其物理概念的书。全书共14章，详见目录。主要内容有：① 书中从最基本的物理概念出发，并借助于易于接受的数学分析方法，对电力系统主要元部件的同步发电机(组)与电力变压器(含自耦变压器、调节变压器与电压、电流互感器)之空载、带负载与动态运行特性及相关参数之由来进行了详细分析。② 详细阐述了定子旋转磁场、转子合成磁场以及电磁转矩方程之由来及其内含的物理概念。③ 为由浅入深分析次暂态与暂态过程(特别是三个阻尼绕组对次暂态过程之影响)及其相关参数(次暂态参数与暂态参数)，书中借助于戴维南定理，并特地引进了定、转子侧相关绕组之间以及转子相关绕组之间对应的电势、电流变比进行分析，从而不仅使相关讨论所得结果与前人一致，还使其能前后相互印证，并利于初学者理解与掌握。④ 书中采用了清晰且易接受的分析方法对同步发电机空载与负载时机端三相短路电流进行了详细讨论并阐述了内含的物理概念。⑤ 与此同时还就单机系统(含同步发电机自励磁)、同步发电机与无穷大电网并联之稳态与(由小扰动引起的)动态运行特性进行了深入分析，并详细讨论了实际同步发电机在xd=xq和xd≠xq两种情况下对应的稳态运行限额图。⑥ 书中对描述同步发电机(组)用标幺值方程组(分别用定子侧量与转子侧量分析)及其对应的矩阵表达式之由来作了详细阐述，并以示例形式对同步发电机用方程组描述与暂态过程分析法二者之间的联系及其一致性作了校核。⑦ 在次暂态与暂态过程中分别给出了对应的供分析用方框图，同时还在第12章专门讨论了供同步发电机(组)分析用三种不同形式的状态空间方程与系统对应的方框图。⑧ 书中最后一章详细讨论了电力系统分析中常用的四种相关坐标：a、b、c三相系统；1、2、0(正、负、零序)对称分量；α、β、0(轴)分量；d、q、0(轴)分量及其与综合相量(即复合相量)、派克相量之间的联系与相互转换关系，以及其内含的物理概念。
本书注重采用初学者易于接受的方法进行分析，并尽量阐述其内含的物理概念，可供高校电力系统及其自动化与电机方面专业的本科生、(硕士、博士)研究生与青年教师参考用。对于电力系统、电机专业方面相关的工程技术人员，如欲深入了解有关的基础理论与基本概念，也是一本较适合的参考材料。


目录

1同步发电机空载电势及相关参数的由来与确定(1)

1.1分析用假设条件(1)

1.2空载运行时匝链励磁绕组的（全）磁链幅值F［0］与励磁绕组（全）电感LF(2)

1.3主磁通幅值主［0］与主磁阻Rm主(3)

1.3.1空载磁场强度幅值［0］、磁感应强度幅值［0］及其基波分量幅值1［0］(3)

1.3.2主［0］与Rm主之确定(4)

1.4定子空载（相）电势幅值p［0］与对应的有效值Ep［0］(5)

1.4.1定子绕组每匝线圈中感应出的空载电势幅值匝p［0］(5)

1.4.2定子每相绕组感应出的空载电势幅值p［0］与对应的有效值Ep［0］(6)

1.5p［0］不同表达式之分析(7)

1.5.1定、转子侧相关绕组之间电势（压）、电流变比系数Ku（a-F）、Ki（a-F）之引出(7)

1.5.2利用转子侧量描述p［0］(9)

1.5.3利用定、转子侧之间的互电感、互电抗量描述p［0］(9)

1.5.4利用析算至定子侧量描述p［0］(10)

1.5.5Ld与xd的引出与确定(11)

1.6系数Ku（a-F）、Ki（a-F）及其比值Ku（a-F）Ki（a-F）之物理含义(13)

1.6.1系数Ku（a-F）之物理含义(13)

1.6.2系数Ki（a-F）之物理含义(13)

1.6.3比值Ku（a-F）Ki（a-F）之物理含义(14)

1.6.4几点说明(15)

1.7空间幅值旋转相量·sF主［0］、·a、b、c主［0］、·a、b、c［0］与·p［0］的引出及其相互关系(16)

1.7.1三相磁链时域函数ψa、b、c（t）及其对应的空间幅值旋转相量(16)

1.7.2三相空载电势时域函数ea、b、c主［0］（t）及其对应的幅值与有效值空间旋转相量·a、b、c主［0］与E·a、b、c主［0］(17)

1.7.3几个相关问题分析(20)

1.8同步发电机空载稳态与动态运行时对应的等值电路(23)

1.8.1空载稳态运行时对应的等值电路(23)

1.8.2空载动态运行时对应的等值电路(24)

1.9同步发电机视在功率与相关结构参数之关系(27)

1.9.1额定视在功率与相关结构尺寸与参数之关系(27)

1.9.2几个问题之分析(28)

1.9.3相关参数之设计与计算(29)


2同步发电机带负荷稳态对称运行时，定、转子旋转磁场及其合成与对应的等值电路

(33)

2.1定子旋转磁场的产生与确定(33)

2.1.1定子三相对称电流(33)

2.1.2三相电流产生的磁势（场）·a、b、c及其幅值a、b、c与定子旋转磁势（场）·s及其幅值s(34)

2.2定子旋转磁场与转子励磁磁场的合成——转子合成磁场(36)

2.2.1励磁磁场·F、定子旋转磁场·s与转子合成磁场·合(36)

2.2.2相关物理概念之分析(37)

2.3合成主磁通与合成主磁链(38)

2.4合成主电势(39)

2.4.1每相合成主电势(39)

2.4.2三个电势（电压）与三个旋转磁场之对应关系(40)

2.4.3与合成主电势对应的等值电路图(41)

2.5机端电压的确定及对应的等值电路图(41)

2.6同步发电机带负荷运行时的（时间）相量图(42)

2.7同步发电机带纯感性与纯容性负荷时的“去磁”与“助磁”效应(44)

2.7.1带纯感性负荷运行时(44)

2.7.2带纯容性负荷运行时(45)

2.8理想隐极机模型在分析与计算中的使用范围(45)

3d、q轴（双轴）理论与对应的等值电路、电磁转矩及其对应的有功功率描述(47)

3.1d、q轴分量描述与对应的合成磁链(47)

3.1.1定子旋转磁场与转子合成磁场的d、q轴分量(47)

3.1.2合成主磁通·合主与合成主磁链·合主的d、q轴分量(49)

3.1.3定子d、q轴主自电感与主自电抗(50)

3.2实际隐极机（或凸极机）中的合成主磁链（空间幅值旋转相量）·合主超前合成磁势·合

(51)

3.3计及定子漏抗与电阻时实际隐极机（或凸极机）运行相量图(53)

3.3.1每相合成主电势空间幅值旋转相量·合主及其d、q轴分量(53)

3.3.2实际隐极机机端（相）电压空间幅值旋转相量·及其d、q轴分量(54)

3.3.3实际隐极机（或凸极机）用幅值与有效值描述的运行相量图(55)

3.3.4两个相关问题之分析(56)

3.4实际隐极机不计定子电阻时的等值电路(58)

3.4.1机端d、q轴电压方程及其对应的等值电路(58)

3.4.2相关等值电路图的比较与分析(58)

3.5同步发电机（理想隐极机）的电磁转矩与输出的有功功率(59)

3.5.1同步发电机产生的（总）转矩′e(59)

3.5.2用d、q轴分量合主d、合主q和d、q描述的′e与′e(61)

3.5.3用d、q与d、q描述的e（内）与e（内）(65)

4同步发电机瞬变（次暂态与暂态）过程分析的相关理论基础(67)

4.1瞬变过程产生时转子中出现的涡流与（等效）阻尼绕组的影响（作用）(67)

4.2瞬变过程分析用假设条件与相关问题讨论(68)

4.2.1瞬变过程分析用假设条件(68)

4.2.2（总）磁链·与对应的（总）电势·(69)

4.2.3带负荷运行时机端d、q轴电压方程(71)

4.2.4小结与分析(73)

4.3几个相关问题分析之说明(74)

4.4瞬变过程分析之步骤(75)

5供理论研究用（不计变压器电势分量与阻尼绕组的）同步发电机暂态过程分析(76)

5.1计及原稳态运行值时转子励磁绕组电压回路之动态方程(76)

5.2同步发电机带负荷运行时供暂态过程分析用d、q轴磁链及其等值回路(77)

5.2.1磁链ψsF（t）之确定(77)

5.2.2定子(总)磁链d、q轴分量ψd与ψq之确定(78)

5.2.3d、q轴磁链在频域分析中的等值回路(79)

5.3暂态过程分析中对应的“等效电压源”与“等效电压源内阻”(80)

5.3.1运算磁链ψp（s）之确定(81)

5.3.2运算电感Ld（s）之确定(82)

5.3.3运算电势ep（s）之确定(83)

5.3.4与图5.1(a）、(b）等效的磁链等值回路(83)

5.4暂态（运行）参数之确定(84)

5.4.1d轴暂态电感L′d与暂态电抗x′d之确定(85)

5.4.2d轴暂态磁链ψ′p与暂态电势e′p之确定(86)

5.5几个相关问题之讨论(91)

5.5.1对ψF0的进一步分析(91)

5.5.2描述ψd0用的两种表达式(92)

5.5.3暂态量e′p、ψ′p与原稳态运行值ep0、ψp0之间的关系(94)

5.5.4暂态电势e′p与暂态电抗x′d之物理概念(96)

5.6供暂态过程分析用相量图与方框图(101)

5.6.1电势、电压、电流相量图（用有效值描述）(101)

5.6.2输出为机端电压时对应的方框图（用有效值描述）(102)

5.6.3输出为定子电流时对应的方框图（用有效值描述）(103)

5.6.4输出为机端电压偏差量时对应的方框图(104)

5.6.5输出为定子电流偏差量时对应的方框图(105)

5.6.6应用示例分析(105)

6计及阻尼绕组作用、不计变压器电势分量时的同步发电机次暂态过程分析(113)

6.1计及阻尼绕组作用时同步发电机的磁场分布(113)

6.2同步发电机带（对称）负荷运行时供次暂态过程分析用d、q轴磁链及其等值回路

(114)

6.2.1d轴磁链等值回路(114)

6.2.2q轴磁链等值回路(116)

6.3次暂态过程分析中对应的d轴“等效电压源”与“等效电压源内阻”(117)

6.3.1d轴“等效电压源”ψpd（s）(118)

6.3.2d轴“等效电压源内阻”Ld（s）(122)

6.3.3epq（s）之确定（与ψpd（s）相对应）(126)

6.4次暂态过程分析中对应的q轴“等效电压源”与“等效电压源内阻”(127)

6.4.1q轴“等效电压源”ψpq（s）与时间常数T″q0(127)

6.4.2q轴“等效电压源内阻”Lq（s）与时间常数T″q(128)

6.4.3epd（s）之确定（与ψpq（s）相对应）(129)

6.5与图6.2（a）、（b）等效的磁链等值回路(129)

6.5.1不计定子电阻r时的d、q轴磁链等值回路(129)

6.5.2计及定子电阻r时的处理(130)

6.6相关电势变比Ku与电流变比Ki的引出(131)

6.6.1定、转子侧相关（等效）绕组之间对应的电势、电流变比(131)

6.6.2转子上相关（等效）绕组之间对应的电势、电流变比(133)

6.7定、转子侧各（等效）绕组的主自电感及对应的主互电感(134)

6.7.1定、转子侧各（等效）绕组的主自电感（用转子侧量描述）(134)

6.7.2定、转子侧各（等效）绕组之间对应的主互电感(135)

6.7.3主自电感与主互电感的物理解释(139)

6.7.4相关主互电感与Ld主、Lq主之关系(140)

6.8各（等效）绕组的漏自电感与对应的漏互电感(141)

6.8.1绕组F、D、Q、H对应的漏自电感(141)

6.8.2绕组F与D和绕组H与Q之间对应的漏互电感(142)

6.9次暂态（运行）参数之确定(142)

6.9.1d轴次暂态参数之确定(142)

6.9.2q轴次暂态参数之确定(146)

6.9.3次暂态电势（有效值）相量E·″p之确定及其对应的相量图(147)

6.10对ψ″pd、e″pq与ψ″pq、e″pd的进一步分析(149)

6.10.1对ψ″pd与e″pq的进一步分析(149)

6.10.2对ψ″pq与e″pd的进一步分析(153)

6.11次暂态、暂态与稳态运行参数之相互关系(154)

6.11.11xd（s）表达式之分解及其物理内涵(154)

6.11.21xq（s）表达式之分解及其物理内涵(156)

6.12次暂态过程分析中的两阶模型(157)

6.12.1两阶模型对应的1xq（s）与xq（s）之表达式(157)

6.12.2q轴绕组Q、H与d轴绕组D、F之间的对应关系(158)

6.12.3同时计及绕组Q、H时参数x″q、x′q、T″q0、T′q0与T″q、T′q之确定(158)

6.12.4q轴绕组Q与H均不考虑时之分析(162)

6.12.5小结与分析(162)

6.13带对称负荷时同步发电机次暂态过程分析用方框图(163)

6.13.1输出为机端电压时对应的方框图(164)

6.13.2输出为定子电流时对应的方框图(165)

6.13.3输出为机端电压偏差量时对应的方框图(166)

6.13.4输出为定子电流偏差量时对应的方框图(166)

7同步发电机空载与带负荷运行时机端三相短路电流特性分析(167)

7.1同步发电机带负荷运行时机端三相短路电流之分析Ⅰ（重点讨论不计定子电阻与变压器电势分量）(167)

7.1.1计及定子电阻与变压器电势分量(167)

7.1.2不计定子电阻与变压器电势分量（重点讨论）(170)

7.1.3不计定子电阻但计及变压器电势分量(178)

7.2同步发电机带负荷运行时机端三相短路电流之分析Ⅱ（重点讨论计及定子电阻与变压器电势分量）(179)

7.2.1不计定子电阻但计及变压器电势分量时三相短路电流之分析(179)

7.2.2同时计及定子电阻与变压器电势分量时三相短路电流之分析(181)

7.3同步发电机空载运行时机端三相短路电流之分析(184)

7.3.1不计定子电阻与变压器电势分量(184)

7.3.2不计定子电阻但计及变压器电势分量(186)

7.3.3计及定子电阻与变压器电势分量(189)

7.4同步发电机机端三相短路与电压调节（强行励磁）作用(190)

7.4.1同步发电机考虑或不考虑阻尼绕组H时(190)

7.4.2同步发电机只存在励磁绕组F（不考虑阻尼绕组D、Q、H）时(191)

8单机运行及相关问题分析(193)

8.1单机系统稳态运行特性之分析(193)

8.1.1发电机的内（电）功率与输出的（电）功率(193)

8.1.2发电机的稳态运行值及其确定(196)

8.1.3同步发电机带不同性质负荷时稳态运行（参阅第2章2.7节与图2.11、图2.12）之分析(200)

8.2单机系统动态运行特性之分析(202)

8.2.1网络频率特性之定性分析(202)

8.2.2机端电压特性分析(205)

8.3同步发电机的自励磁现象(219)

8.3.1供自励磁分析用基本方程(220)

8.3.2不计转子阻尼绕组D与Q、H之作用时（相当于在暂态过程范围内研究）

(221)

8.3.3计及转子阻尼绕组D、Q（不计H）之作用时（相当于在次暂态过程范围内研究）

(223)

8.3.4小结与分析(224)

8.4独立电网中机组并联时的有功功率分配(225)

8.4.1理想化的频率——有功稳态调节特性（f—P曲线）(225)

8.4.2实际的f—P曲线(226)

8.4.3计及二次频率调节作用的实际f—P曲线(226)

8.4.4有功调节机组之设置及其作用(227)

9同步发电机与无穷大电网并联时稳态运行之分析(228)

9.1同步发电机（组）直接与无穷大电网并联时的稳态运行(228)

9.1.1同步发电机之并网（同期）(228)

9.1.2理想（隐极）同步发电机之功角特性(229)

9.1.3理想（隐极）同步发电机并网空载运行时输出或吸收的无功功率与分析(233)

9.1.4理想（隐极）同步发电机并网带负荷运行时输出的有功功率与无功功率之分析

(234)

9.1.5静态稳定性分析(236)

9.1.6理想（隐极）同步发电机(xd=xq)稳态运行限额图(238)

9.1.7实际（隐极与凸极）同步发电机（xd≠xq）输出的有功功率与无功功率及其分析

(241)

9.1.8实际（隐极或凸极）同步发电机（xd≠xq）稳态运行限额图(242)

9.2同步发电机（组）经升压变压器和传输线路与无穷大电网并联时的稳态运行(249)

10同步发电机（组）与无穷大电网并联时因小扰动产生的动态运行之分析(254)

10.1小扰动时的转子动力学方程（定性分析）及相关物理概念(254)

10.2小扰动产生的动态运行过程中ΔPe（s）、Δδ（s）之表达式与对应的方框图(257)

10.2.1计及定子电阻r时ΔPe(s)之表达式(257)

10.2.2不计定子电阻r时ΔPe（s）之表达式(258)

10.2.3不计定子电阻r时传递函数K（s）与HFⅡ（s）之引出及其对应的ΔPe（s）之表达式(259)

10.2.4不计定子电阻r时Δδ（s）与ΔPm、ΔUF（s）之关系及对应的方框图(260)

10.3参数K（s）、HFⅡ（s）、P′s与Md之分析与确定(262)

10.3.1K（s）之分析与确定(262)

10.3.2x′q=xq（相当于不计绕组H）时P′s与Md（s）之确定(264)

10.3.3x′q≠xq（相当于计及绕组H）时P′s0（s）与Md0（s）之确定(268)

10.4转子小振荡时的暂态稳定性(270)

11描述同步发电机（组）用标幺值方程组之由来(273)

11.1在d、q轴理论分析中用6个等效绕组描述的同步发电机(273)

11.2各绕组电压回路有名值与标幺值方程(273)

11.2.1定子（d轴）绕组d与（q轴）绕组q电压回路有名值与标幺值方程(273)

11.2.2转子（d轴）励磁绕组F电压回路有名值与标幺值方程(275)

11.2.3转子（d轴）阻尼绕组D、（q轴）阻尼绕组Q与H电压回路有名值与标幺值方程(277)

11.3各磁链对应的有名值方程(279)

11.3.1ψd、q、F、D、Q、H有名值方程的建立及其内含的物理概念(280)

11.3.2对（总）自电感与主互电感的进一步分析(284)

11.3.3用有名值描述的磁链方程组(285)

11.4各磁链对应的标幺值方程(287)

11.4.1式（11.29a～f）对应的标幺值方程(287)

11.4.2式（11.49a、b、c1、d1、e1、f1）对应的标幺值方程(288)

11.4.3磁链标幺值方程矩阵表达式及其分析(294)

11.4.4用标幺值描述的电压回路矩阵方程(295)

11.4.5对相关计算公式进行校核(296)

11.5电磁转矩与输出有功功率有名值与标幺值方程(298)

11.6转子动力学有名值与标幺值方程(299)

11.6.1时间t进行标幺化处理时(299)

11.6.2时间t不作标幺化处理时(300)

11.7描述同步发电机组用完整的标幺值方程组(301)

11.8利用式（11.95a～n）示同步发电机(组)方程组与第5、第6章中介绍的方法分析次暂态与暂态过程时二者之间的联系(302)

12描述同步发电机（组）用三种不同形式的状态空间方程与系统对应的方框图(304)

12.1第一种形式的状态空间方程描述与系统对应的方框图Ⅰ变压器电势分量ddtψd、q隐含在状态空间方程内(304)

12.1.1状态空间方程与系统对应的方框图(304)

12.1.2方框图中相关问题分析(306)

12.1.3同步发电机（组）稳态运行情况分析(307)

12.1.4系统方程的线性化处理与偏差量状态空间方程的建立(310)

12.2第二种形式的状态空间方程描述与系统对应的方框图Ⅱ变压器电势分量ddtψd、q显性地置于系统的输出端(316)

12.3第三种形式的状态空间方程描述与系统对应的方框图Ⅲ变压器电势分量ddtψd、q显性地置于系统的输入端(319)

12.4三种系统方框图（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）在应用时的选择(323)

12.5同步发电机（组）与电网并联运行时之接口关系分析(323)

12.5.1电压、电流相量在两个旋转坐标中的投影(323)

12.5.2传递（即接口）关系之分析与传递矩阵Ku、Ki、Km之确定(324)

13变压器基础理论、分析方法及相关物理概念(328)

13.1双绕组变压器工作原理、变比与等值电路(328)

13.1.1变压器工作原理(328)

13.1.2理想变压器变比与空载实测变比(333)

13.1.3变压器等值电路(334)

13.1.4小结与分析(337)

13.2变压器空载与短路试验及特征参数之确定(338)

13.2.1空载试验与相关参数之确定(338)

13.2.2短路试验与相关参数之确定(342)

13.2.3变压器特征参数(344)

13.2.4示例计算与分析(346)

13.3变压器的电压降与效率(349)

13.3.1变压器电压降(349)

13.3.2变压器效率(352)

13.3.3示例计算与分析(354)

13.4变压器稳态与动态运行时之数学描述(358)

13.4.1变压器稳态运行时之数学描述(358)

13.4.2变压器动态运行时之数学描述(365)

13.5自耦变压器工作原理与分析(370)

13.5.1自耦变压器工作原理(370)

13.5.2自耦变压器等值电路（将自耦变压器等效成标准变压器进行分析）(371)

13.5.3自耦变压器的空载电流与短路电流(374)

13.6调节用变压器工作原理与分析(376)

13.6.1调压变压器(376)

13.6.2斜向调节变压器(378)

13.7电压与电流互感器(382)

13.7.1电压互感器（PT）及其等值电路(383)

13.7.2电流互感器（CT）及其等值电路(384)

14综合相量与（a、b、c）三相交流系统、复合相量与（1、2、0）对称分量、综合相量与（α、β、0）分量、派克相量与（d、q、0）分量及其相互之间的转换关系(386)

14.1空间旋转相量的引出及其在单相余弦交变量稳态运行分析中的应用(386)

14.1.1空间旋转相量在静止坐标中的分析(386)

14.1.2空间旋转相量在旋转坐标中的分析(387)

14.1.3空间旋转相量在两种特定条件下的分析(387)

14.2空间旋转相量在三相对称余弦交变量系统稳态运行分析中的应用(387)

14.3用空间旋转相量描述时域中的各阶导数(388)

14.3.1一阶导数之描述(388)

14.3.2二阶及高阶导数之描述(390)

14.4小结与分析(391)

14.5综合相量与三相交流系统描述(392)

14.5.1三相系统对称运行时之分析(392)

14.5.2公共空间旋转相量的引出及其物理概念(392)

14.5.3综合相量与三相时域交变分量之关系(395)

14.5.4小结与分析(396)

14.6复合相量（即综合相量）与对称分量(397)

14.6.1复合相量之确定(397)

14.6.2对称分量与三相不对称系统描述(398)

14.6.3不对称运行时三相空间旋转相量与复合相量、对称分量之关系(399)

14.6.4小结与分析(399)

14.7综合相量与α、β分量(400)

14.7.1空间旋转相量·α与·β(400)

14.7.2α、β分量与综合相量之关系(401)

14.7.3α、β坐标与静止坐标之关系(403)

14.7.4α、β分量与对称分量和复合相量之关系(404)

14.7.5小结与分析(404)

14.8综合相量、派克相量与d、q轴分量(406)

14.8.1派克相量(406)

14.8.2d、q轴分量的引出(407)

14.8.3三相时域交变分量wa、b、c（t）与d、q、0轴时域交变分量wd、q、0（t）之间的关系
(407)

14.8.4d、q轴分量在动态运行中的分析(410)

14.9空间旋转相量与交流电路瞬时功率描述(412)

14.9.1单相瞬时功率描述(412)

14.9.2利用定值相量与空间旋转相量描述单相瞬时功率(415)

14.9.3三相对称系统瞬时功率描述(415)

参考文献(417)

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