《电力系统分析》重点阐述电力系统分析涉及的元件模型和计算机分析方法。全书共分11章，包括电力网络的数学模型、电力系统潮流的计算机分析方法、电力系统的经济运行、同步电机的数学模型、同步电机三相短路暂态过程分析、电力系统故障的计算机算法、电力系统稳定性分析中的元件模型、电力系统稳定性的基本概念、电力系统小扰动稳定性、电力系统暂态稳定性、提高电力系统稳定性的措施。每章都提供了一些思考题，便于学生掌握相关知识。
    《电力系统分析》可作为高等院校电气工程及其自动化专业的本科生教材，也可供高职、高专相关专业师生参考，还可作为电力工程技术人员的参考资料和培训教材。

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    本书是为电气工程及其自动化专业本科生编写的一门专业课教材，也是天津大学李林川教授主编的《电力系统基础》一书的配套教材。
    电气工程及其自动化专业的本科生，在学习了“电路”、“电机学”、“电力系统基础”课程后可继续学习本书。本书重点讲述电力系统分析涉及的元件模型和计算机分析方法，其中：第1章介绍电力网络的数学模型；第2章介绍电力系统潮流分析的数学模型及常用的计算机方法；第3章介绍电力系统有功负荷的经济分配和最优潮流的基本概念及计算方法；第4章引出电力系统稳态和暂态分析中的同步电机的数学模型；第5章为同步电机三相短路电流的解析分析方法；第6章为电力系统短路及断线故障的计算机分析方法；第7章介绍电力系统暂态稳定性分析中的元件模型，包括发电机励磁系统、调速器模型及负荷模型；第8章介绍电力系统各种稳定性的基本概念；第9章和第10章介绍电力系统小扰动和暂态稳定性的分析方法；第11章介绍提高电力系统稳定性的措施，其内容包括安全稳定控制技术的基本概念及实现方法。编者希望通过本书的学习，可以使读者对电力系统的各种安全稳定问题及分析方法有一个比较全面的了解。
    本书由房大中任主编，第1～6章由房大中编写，第7～11章由贾宏杰编写。
    本书初稿承蒙余贻鑫教授审阅，提出了很多宝贵的意见和建议，在此深表感谢。同时感谢编者的研究生为本书所做的绘图及文字校对工作。
    由于编者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。

目录
前言
第1章 电力网络的数学模型 1
1.1 节点电压方程与节点导纳矩阵 1
1.1.1 节点电压方程的建立 1
1.1.2 节点导纳矩阵元素的物理意义 3
1.1.3 节点导纳矩阵形成与修改的计算机方法 5
1.1.4 节点方程的实数化求解方法 8
1.2 节点阻抗矩阵 8
1.2.1 节点阻抗矩阵表示的网络方程 8
1.2.2 节点阻抗矩阵的特点及其元素的物理意义 9
1.2.3 节点阻抗矩阵元素的求解方法 9
1.2.4 节点阻抗矩阵元素的实数化求解方法 10
思考题 11
第2章 电力系统潮流的计算机分析方法 12
2.1 潮流计算的数学模型 12
2.1.1 节点的功率方程 12
2.1.2 潮流计算中节点的分类 13
2.1.3 电力网络的潮流方程 14
2.2 牛顿-拉夫逊潮流算法 15
2.2.1 牛顿迭代算法 16
2.2.2 牛顿法的几何解释 17
2.2.3 极坐标牛顿潮流算法的雅可比矩阵 17
2.2.4 直角坐标牛顿潮流算法的雅可比矩阵 19
2.2.5 初值的设置与元件通过功率和电流的计算 21
2.2.6 牛顿潮流算法流程及评价 22
2.3 快速解耦潮流算法 24
2.3.1 快速解耦潮流算法的基本原理 24
2.3.2 快速解耦潮流算法的评价 25
2.4 直流潮流算法 27
思考题 28
第3章 电力系统的经济运行 29
3.1 电力系统经济运行的基本概念 29
3.2 火电厂间有功负荷的经济分配 29
3.3 水火电厂间有功负荷的经济分配 34
3.4 电力系统最优潮流 36
3.4.1 最优潮流的数学模型 37
3.4.2 最优潮流计算的降维梯度法 39
3.4.3 解耦最优潮流 43
思考题 45
第4章 同步电机的数学模型 46
4.1 abc坐标系的同步电机数学模型 46
4.1.1 理想同步电机 46
4.1.2 abc坐标系的同步电机方程 48
4.2 dq0坐标系的同步电机数学模型 52
4.2.1 派克变换 52
4.2.2 dq0坐标系的同步电机方程 52
4.2.3 派克变换的物理解释 54
4.3 同步电机的标幺值基本方程 56
4.4 电机参数表示的同步电机数学模型 59
4.4.1 同步电机参数 59
4.4.2 同步电机参数与其原始参数的关系 61
4.4.3 电机参数表示的同步电机方程 63
4.4.4 同步电机的电磁转矩方程 64
4.5 同步电机的简化数学模型 65
4.5.1 定子电压方程简化模型 65
4.5.2 转子电压磁链方程简化模型 66
4.6 同步电机的稳态数学模型及相量图 68
4.6.1 用同步电抗表示的同步电机稳态模型 68
4.6.2 用暂态电抗表示的同步电机稳态模型 70
4.6.3 用次暂态电抗表示的同步电机稳态模型 71
思考题 73
第5章 同步电机三相短路暂态过程分析 74
5.1 同步电机三相短路物理过程分析 74
5.1.1 同步电机三相短路的特点及磁链守恒原理 74
5.1.2 无阻尼绕组同步电机空载三相短路的物理过程 74
5.2 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算 77
5.2.1 不计衰减时同步电机空载短路电流计算 77
5.2.2 不计衰减时同步电机负载状态下的短路电流计算 80
5.2.3 自由电流衰减的时间常数 82
5.3 有阻尼绕组同步电机三相短路电流计算 86
5.3.1 不计衰减定子转子短路电流计算 86
5.3.2 自由电流分量的衰减时间常数 91
5.4 强行励磁对同步电机短路暂态过程的影响 94
思考题 95
第6章 电力系统故障的计算机算法 97
6.1 三相对称短路故障计算 97
6.2 简单不对称故障计算 99
6.2.1 序网络端口电压方程 99
6.2.2 不对称短路故障计算 101
6.2.3 不对称断线故障计算 104
6.3 复杂故障的计算 105
6.3.1 不对称故障的通用边界条件 105
6.3.2 多重故障计算 107
思考题 109
第7章 电力系统稳定性分析中的元件模型 110
7.1 概述 110
7.2 发电机的转子运动方程 111
7.2.1 转子运动方程的推导 111
7.2.2 转子运动方程的标幺值表示 113
7.2.3 惯性时间常数及物理含义 114
7.3 发电机功角及功率特性 115
7.3.1 发电机功角 115
7.3.2 功角及简单电力系统稳态功率特性 116
7.3.3 用其他电势表示的发电机功率特性 118
7.3.4 复杂系统的功率特性 121
7.4 功率特性影响因素分析 122
7.4.1 网络参数的影响 122
7.4.2 自动励磁调节器的影响 125
7.5 发电机励磁系统 127
7.5.1 发电机励磁系统的构成 127
7.5.2 主励磁系统模型 129
7.5.3 发电机励磁系统数学模型 133
7.6 原动机及调速器系统 134
7.6.1 水轮机及调速器系统 134
7.6.2 汽轮机及调速器系统 136
7.6.3 原动机及调速器系统简化模型 138
7.7 电力负荷模型 138
7.7.1 静态负荷模型 139
7.7.2 感应电动机负荷模型 140
7.7.3 其他负荷模型简介 141
思考题 142
第8章 电力系统稳定性的基本概念 144
8.1 电力系统稳定性概述 144
8.2 小扰动稳定性的初步概念 146
8.3 暂态稳定性的初步概念 149
8.4 负荷稳定的初步概念 151
8.5 电压稳定的初步概念 153
思考题 159
第9章 电力系统小扰动稳定性 160
9.1 小扰动稳定性基础概念 160
9.1.1 动力系统模型 160
9.1.2 运动稳定性的基本概念 162
9.1.3 系统的线性化模型 163
9.1.4 系统控制参数变动的影响 164
9.1.5 电力系统小扰动稳定性分析步骤 165
9.2 单机-无穷大系统小扰动稳定性分析 166
9.2.1 不计发电机阻尼时的稳定性分析 166
9.2.2 计及发电机阻尼时的稳定性分析 169
9.2.3 小扰动稳定储备系数和系统阻尼因子 171
9.3 简单电力系统小扰动稳定分岔分析 173
9.3.1 系统模型 173
9.3.2 系统小扰动稳定性分析 176
9.4 多机电力系统小扰动稳定性分析 182
9.4.1 系统模型 182
9.4.2 系统初始点的小扰动稳定性分析 184
9.4.3 系统负荷水平变动对小扰动稳定性的影响 187
9.4.4 发电机出力对系统小扰动稳定性的影响 188
9.4.5 综合考虑负荷水平和调度方式变化对系统小扰动稳定性的影响 191
思考题 192
第10章 电力系统暂态稳定性 194
10.1 概述 194
10.1.1 大扰动后的暂态过程 194
10.1.2 电力系统暂态稳定分析模型及其简化 195
10.1.3 电力系统暂态稳定分析方法 198
10.1.4 暂态稳定性研究的一些新问题 199
10.2 单机无穷大系统的暂态稳定判据——等面积定则 200
10.2.1 发电机各阶段的功率特性曲线 200
10.2.2 暂态稳定和不稳定场景分析 201
10.2.3 等面积定则 203
10.3 电力系统暂态稳定分析数值方法 205
10.3.1 常微分方程的数值积分方法 205
10.3.2 微分-代数方程的数值积分方法 210
10.4 单机无穷大系统暂态稳定数值分析 212
10.4.1 电力系统模型 212
10.4.2 不计阻尼时的暂态性分析 212
10.4.3 影响系统暂态稳定性的因素分析 217
10.5 多机电力系统暂态稳定性分析简介 220
10.5.1 暂态稳定分析的网络模型 221
10.5.2 电力系统暂态稳定分析的一般步骤 225
10.5.3 多机电力系统暂态稳定分析示例 228
思考题 232
第11章 提高电力系统稳定性的措施 234
11.1 概述 234
11.2 在电力系统规划设计阶段可采取的措施 235
11.2.1 提高系统功率极限的原理 235
11.2.2 改善发电机运行特性 236
11.2.3 改善输电线路的运行参数 238
11.2.4 改善变压器运行特性 245
11.2.5 实施无功补偿 247
11.2.6 优化保护装置 248
11.3 DyLiacco安全构想和运行控制措施 249
11.3.1 DyLiacco安全构想 249
11.3.2 EMS系统安全监控功能简介 250
11.3.3 电力系统运行控制的三道防线 252
11.4 电力系统运行控制措施 253
11.4.1 电力系统预防控制 254
11.4.2 电力系统紧急控制 256
11.4.3 实际例子 262
11.5 电力系统恢复控制 262
11.5.1 制定恢复计划和实施恢复培训 263
11.5.2 有功平衡和频率控制 263
11.5.3 无功平衡和电压控制 264
11.5.4 继电保护及安全自动装置的配合 265
思考题 266
参考文献 267

    1.1.3 节点导纳矩阵形成与修改的计算机方法
    在研究电力网络节点导纳矩阵形成与修改的计算机方法之前，先要设计一种电力网络参数的输入方法。假定构成电力网络的元件包括双绕组变压器、输电线路及母线接地支路。对变压器，假定三绕组变压器已转化为三个双绕组变压器的等值电路，且略去励磁导纳支路，若需考虑励磁导纳支路，则将该支路视为接到相应节点上的母线接地支路处理。书中的母线接地支路可以表示母线上的接地电容和接地电感，亦可模拟短路故障等异常情况。
    本书介绍的电力网络参数的输入方法以电力网络元件为单位，如表1-1每一行所示，其中：
    第一和第三个字段为字符串型数据，表示元件的首节点名和尾节点名。
    第二和第四个字段为整数型数据，表示元件的首节点和尾节点编号，如果尾节点编号为0，表示该行数据对应的元件为接地支路元件。
    第五和第六个字段为实数型数据，若该行对应变压器元件，这两个数据分别表示变压器绕组的等值电阻和电抗；若该行对应输电线（或母线接地支路元件），这两个数据分别表示该元件模型的串联等值电阻和电抗。
    第七和第八个字段为实数型数据，分别表示输电线π型等值电路一端的接地电纳和变压器的变比，若第八个字段的数据为空，表示该行对应输电线元件，否则为双绕组变压器元件。
    表1-1所示的输入文件内容为图1-1（b）所示电力网络的输入参数。需要注意的是，双绕组变压器的变比统一规定为首节点至尾节点的变比，为1︰k；另外，允许电力网络存在并联元件，例如，若图1-1网络增加一条与输电线L1相同的并联输电线，表1-1输入文件中只要再增补一行与第四行相同的数据即可。另外，需要指出的是输入文件对每行数据的先后次序无限制。