　　本書將基本理論與實用案例有機結閤，實用案例貫穿於全文，通過電力係統可視化分析程序直觀生動、全麵透徹地解析電力係統的基本概念、電氣模型和分析計算，大大激發讀者學習的興趣。中文改編版在保證原書完整性的同時，結閤中國電氣工程學科專業的教學特點，做瞭如下調整：將案例分析部分刪除，因為這部分內容主要介紹美國電力係統的發展。

序前言原書序符號、單位和標記說明第1章緒論1.1電力係統簡史1.2現狀和未來發展趨勢1.3電力工業結構1.4計算機在電力係統工程中的應用1.5PowerWorld仿真器參考文獻第2章基本概念2.1相量2.2單相交流電路的瞬時功率2.3復功率2.4網絡方程2.5對稱三相電路2.6對稱三相電路的功率2.7對稱三相係統較單相係統的優勢習題第3章電力變壓器3.1理想變壓器3.2實際變壓器的等效電路3.3標幺製3.4三相變壓器的接綫方式和相移3.5對稱三相雙繞組變壓器的標幺等效電路3.6三繞組變壓器3.7自耦變壓器3.8非標準電壓比變壓器習題第4章輸電綫路的參數4.1輸電綫路的結構考慮4.2電阻4.3電導4.4實心圓柱導綫的電感4.5單相兩導綫和等相間距三相三導綫的電感4.6組閤導綫、不等相間距導綫和分裂導綫的電感4.7有中性綫和大地迴路的三相綫路的串聯阻抗4.8實心圓柱導綫的電場和電壓4.9單相兩導綫和等相間距三相三導綫的電容4.10絞綫、不等相間距導綫和分裂導綫的電容4.11有中性綫和大地迴路的並聯導納4.12導綫錶麵和地平麵的電場強度4.13平行三相導綫的串聯阻抗和並聯導納習題第5章穩態運行的輸電綫路5.1中短距離綫路的等效5.2輸電綫路的微分方程組5.3等效π型電路5.4無損綫路5.5最大功率傳輸5.6綫路負載率5.7無功功率補償技術習題第6章潮流計算6.1綫性代數方程組的直接解法：高斯消去法6.2綫性代數方程組的迭代解法：雅可比迭代法和高斯�踩�德爾法6.3非綫性代數方程組的迭代解法：牛頓�怖�夫遜法6.4潮流計算6.5高斯�踩�德爾法潮流計算6.6牛頓�怖�夫遜法潮流計算6.7潮流控製6.8稀疏技術6.9快速解耦法潮流計算6.10直流潮流法潮流計算習題課程設計1~5第7章對稱故障7.1R�睱串聯電路的暫態7.2空載同步發電機三相短路7.3電力係統三相短路7.4節點阻抗矩陣7.5斷路器和熔斷器的選擇習題課程設計4（續第6章）參考文獻第8章對稱分量8.1對稱分量的定義8.2阻抗負荷的序網絡8.3串聯阻抗的序網絡8.4三相綫路的序網絡8.5鏇轉電機的序網絡8.6三相雙繞組變壓器的標幺序網絡模型8.7三相三繞組變壓器的標幺序網絡模型8.8序網絡中的功率習題參考文獻第9章不對稱故障9.1電力係統的錶示9.2單相接地故障9.3相間故障9.4兩相接地故障9.5節點序阻抗矩陣習題課程設計4（續第7章）課程設計5參考文獻第10章係統保護10.1係統保護元件10.2互感器10.3過電流繼電器10.4放射式係統的保護10.5重閤閘和熔斷器10.6方嚮繼電器10.7雙端電源係統的方嚮保護10.8保護區10.9綫路阻抗（距離）保護10.10差動繼電器10.11母綫的差動保護10.12變壓器的差動保護10.13縱聯保護10.14微機保護習題第11章電力係統控製11.1發電機�駁繆箍刂�11.2汽輪機�駁魎倨骺刂�11.3負荷�財德士刂�11.4經濟調度11.5最優潮流習題第12章輸電綫路：暫態運行12.1單相無損綫路的行波12.2單相無損綫路的邊界條件12.3Bewley網格圖12.4單相無損綫路和集中RLC元件的離散時間模型12.5有損綫路12.6多導體綫路12.7電力係統過電壓12.8絕緣配閤習題第13章暫態穩定13.1轉子運動方程13.2同步電機的簡化模型和係統等效13.3等麵積定則13.4轉子運動方程的數值積分13.5多機穩定性13.6提高暫態穩定性的方法習題第14章引申篇關於廣域測量係統及廣域控製保護係統的評述我國發展大規模非水可再生能源發電的前景電力係統振蕩的可視化研究Visualizing the Electric GridA Brief History of the Power flowWACS—Wide�睞rea Stability and Voltage Control System: R&D; and Online DemonstrationReal�睺ime Dynamic Security Assessment附錄

前言/序言

　　前言　　《電力係統分析與設計》（第4版）是美國電力係統專業的教材，不僅在國外電力界非常暢銷，而且也深受中國電力界讀者的青睞。原書之所以廣受歡迎，最為突齣的一點是實用性。該書將基本理論與實用案例有機結閤，實用案例貫穿於全文，通過電力係統可視化分析程序（PowerWorld Simulator）直觀生動、全麵透徹地解析電力係統的基本概念、電氣模型和分析計算，大大激發瞭讀者學習的興趣。　　基於此，我們慎重地推薦《電力係統分析與設計》（第4版）一書，原書已經成為海外電力界暢銷的經典教材，中譯版無疑也將成為我國電力係統專業技術人員及在校師生的重要參考資料。在保證原書完整性的同時，我們結閤中國電氣工程學科專業教學的特點，在中譯版中做瞭如下調整：　　1）“案例分析”部分刪除。原書這部分共包含17篇論文，這些論文主要關注的是美國電力係統的發展曆史，多屬於概述性的論文，在做瞭認真比較後，本書保留瞭其中3篇關於當前電力係統最新發展方嚮的論文，置於新增章節，詳見第二點說明。　　2）新增一個章節“第14章引申篇”。此章節旨在介紹當前國內外（大電網）電力係統主要關注或研究的方嚮，讓讀者有機會瞭解當前電力係統的最前沿的研究動態。其中包括4篇國內論文，分彆為《關於廣域測量係統及廣域控製保護係統的評述》《我國發展大規模非水可再生能源發電的前景》《電力係統振蕩的可視化研究》和《現代電力與FACTS&DFACTS;技術》，以及3篇英文論文（源自原書“案例分析”），分彆為《Visualizing the Electric Grid》《WACS—Wide�睞rea Stability and Voltage Control System: R&D; and Online Demonstration》和《Real�睺ime Dynamic Security Assessment》。　　最後，感謝機械工業齣版社和原書作者格洛弗、薩爾馬和奧弗比同意該書在中國齣版發行。特彆感謝奧弗比博士，他多次來廣西電力工業勘察設計院交流講學，還特意為該書的中文版題寫序言。感謝本翻譯組成員黃偉、顔永紅、馬玉林，廣西電力工業勘察設計研究院數字電網研究中心的覃暉、王誌軍、張婧、黃麗娟、江興月、牛文娟、覃惠玲、喬可、郭振威、駱玲、劉然、聶獨、蔣春芳的努力。本翻譯組曆時兩年，為翻譯此書投入瞭大量的時間和精力，全部譯稿由周雙喜老師審校。在此一並錶示感謝。　　王慶紅原書序原書序本書的目的是提供電力係統分析和設計的方法，特彆是藉助於計算機，嚮大學生深入地講解基本理論。在激發學生對電力工業方麵興趣的同時，緻力於改善學生的思考方法，使他們對電力係統設計有一個深入的理解。因為我們相信基本物理概念是創造性設計的基礎，並組成瞭工程教育中最有價值和永恒的部分，所以我們在適當關注數學技巧的同時注重突齣物理概念。由簡單的情況開始建立的理論和模型就比較容易嚮新型、復雜的情況拓展。　　伊利諾伊大學厄巴納香檳分校的Thomas J. Overbye，被邀請為本書該版本的閤著者。他是PowerWorld Simulator（PWS）的創始人之一，該軟件包用戶界麵友好，尤其在電力係統分析仿真可視化方麵有很大優勢。本書內容將與該軟件包有機地結閤在一起。Overbye教授在電力係統運行、控製、穩定性、計算和教育方麵的經驗有利於確保本書能夠與時俱進，並適閤於學生。　　該版本還有以下特點：①除瞭沿用以前版本的3個案例研究外，修訂瞭10個章節的案例研究，描述瞭當今的實際應用，內容涵蓋正在進行的電力企業的重組；②升級的PWS軟件包；③更新瞭2~9章的習題。　　工程教育最有挑戰性的方麵之一是讓學生對他們研究的係統有一個直觀的感覺。工程係統大部分是非常復雜的。筆頭練習對於掌握基礎知識非常有用，但這種方法不能培養學生的直觀洞察力。本書附贈的CD中含有的PWS軟件包�…≡�書所配光盤的數據文件，請訪問機械工業齣版社教育服務網www.cmpedu.com，在本書相關介紹頁麵上獲取。，就能讓學生建立起這種直觀的感覺。本書中用這個軟件來演示所有基於計算機的例子、習題和課程設計。　　PWS誕生於伊利諾伊大學厄巴納香檳分校，最初用於將電力係統的基礎知識傳授給電力工業中的非專業人員，1.0版本問世於1994年6月。這個程序的交互式和圖形化的設計，革命性地改進瞭傳統的教育工具，而且齣現瞭一種有趣的現象——它的交互性和圖形化的設計同樣吸引瞭從事實際電力係統分析的工程師。為瞭滿足日益增多的用戶需求，1996年成立瞭PowerWorld公司，該公司的成立實現瞭PWS的商業化。在保留它對教育方麵的吸引力外，幾年間PWS已經發展成為瞭一個能夠求解任何大小電力係統問題的頂尖分析軟件包。PWS現在在整個電力工業得到瞭廣泛應用，用戶覆蓋高校、各級電力公司、政府管理者、電力交易人員和谘詢公司。　　我們把PWS與正文有機地結閤在一起，用PWS擴展瞭以前版本中提供的全部例子，而不是簡單地代替它們。因此，除瞭求解規模過大導緻無法計算的情況之外，每個PWS例子在用PWS案例求解的同時都給齣瞭詳細的手工求解。這種格式使得學生既能看到一個問題如何求解的細節，又能同時看到求解方法的計算機執行過程。PWS的另外一個優勢是它易於擴展案例。通過它的交互性設計，學生可以快速改變案例參數並且立刻看到這些改變對求解結果的影響；同樣，運用新參數重新運算案例，學生就能得知他們是否真正理解瞭求解的過程。教師也可以方便地利用PWS交互性和可視化的設計在課堂內展示案例。通過CD中包括的很多例題和習題案例，教師很容易證明書中的很多理論主題。PWS的其他功能將在本書的例題、習題和課程設計中介紹。　　本書全麵涵蓋瞭大學四年級和研究生一年級的兩學期或四分之三的課程。而對於隻有一學期的課程，靈活的章節結構使教師們能充分自由地選擇要講解的主題。豐富的求解案例覆蓋瞭本書的大部分理論點，而且該版本中還擴充瞭通過計算器求解的大量習題，以及用計算機求解的習題。　　作為本書的預備知識，要求學生已經學習過一些基本課程，例如電網絡理論（包括暫態分析）和基本的微分方程，並且已經接觸過綫性係統、矩陣代數和計算機編程。另外，閱讀本書前雖然不是必須要求學習過電機學課程，但如果上過這門課程將是很有幫助的。　　本書第1章首先介紹瞭電力係統發展的曆史、現狀和前景。第2章則作為基礎幫助學生對術語進行瞭一個簡短的迴顧，主要復習瞭相量、功率、單相和三相電路的概念。　　第3~6章介紹瞭變壓器、輸電綫路參數、輸電綫路穩態運行和運用牛頓�怖�夫遜方法的潮流求解。這些章提供瞭對在對稱三相、穩態和正常運行條件下的電力係統的一個基本理解。　　第7~10章覆蓋瞭對稱故障、對稱分量、不對稱故障和係統保護，這些都屬於電力係統短路保護的內容。　　第11章是關於電力係統控製的獨立一章，包括渦輪�蔔⒌緇�控製、負荷�財德士刂啤⒕�濟調度和最優潮流。　　第12、13章介紹瞭輸電綫路的暫態運行，包括湧流保護和暫態穩定性，其中暫態穩定性包括瞭搖擺方程、等麵積法則和多電機穩定性。這些章節都屬於電力係統暫態方麵的內容。　　緻謝本書中的材料是為瞭滿足過去30多年的美國和國外的大學班級教學的需求而逐漸發展起來的。這13個章節的第一作者J.鄧肯·格洛弗（Failure Electrical LLC公司總裁）對那些在計劃和撰寫本書時提供過幫助的人錶示感謝。早期的電力係統方麵的教科書，尤其是W. D. Stevenson Jr.所撰寫的，有著意義深遠的影響。很多優秀的工程師共同推動瞭電力係統的發展，這裏衷心地感謝這些人所做齣的貢獻。還有很多詳細的參考文獻列在每章的結尾處，對這些文獻的作者也錶示感謝。　　閤著者Thomas Overbye更新瞭本書該版本的第6章（潮流）、第11章（電力係統控製）和第13章（暫態穩定性）。他還提供瞭用PWS分析的例題、習題和3個課程設計。閤著者Mulukutla Sarma（美國東北大學）參與編寫瞭每章的習題。　　在齣版該版本時，Christopher Carson和Hilda Gowans（Thomson Engineering and Rose Kernan of RPK Editorial Services inc.）廣闊的知識、技巧令我們稱道。第4版的評審者如下：Robert C. Degeneff，萊塞拉爾理工學院；Venkata Dinavahi，阿爾伯塔大學；Richard G. Farmer，亞利桑那州立大學；Steven M. Hietpas，南達科他州立大學；M. Hashem Nehrir，濛大拿州立大學；Anil Pahwa，堪薩斯州立大學；Ghadir Radman，田納西工科大學。　　下列評審者為第3版做齣瞭突齣的貢獻：Sohrab Asgarpoor，內布拉斯加大學林肯分校；Mariesa L. Crow，密蘇裏大學羅拉分校；Ilya Y. Grinberg，紐約州立大學水牛城分校；Iqbal Husain，阿科隆大學；W. H. Kersting，新墨西哥州立大學；John A. Palmer，科羅拉多礦業大學；Satish J. Ranada，新墨西哥州立大學；Shyama C. Tandon，加利福尼亞州立工業大學。　　下列評審者對第2版做齣瞭突齣的貢獻：Max D. Anderson，密蘇裏大學羅拉分校；Sohrab Asgarpoor，內布拉斯加大學林肯分校；Kaveh Ashenayi，塔爾薩大學；Richard D. Christie Jr.，華盛頓大學；Mariesa L. Crow，密蘇裏大學羅拉分校；Richard G. Farmer，亞利桑那州立大學；Saul Goldberg，加利福尼亞州立工業大學；Clifford H. Grigg，羅斯�埠纜�理工學院；Howard B. Hamilton，匹茲堡大學；Leo Holzenthal Jr.，新奧爾良大學；Walid Hubbi，新澤西理工學院；Charles W. Isherwood，馬薩諸塞大學達特茅斯分校；W. H. Kersting，新墨西哥州立大學；Wayne E. Knabach，南達科他州立大學；Pierre�睯ean Lagace，魁北剋水電研究院；James T. Lancaster，阿爾弗雷德大學；Kwang Y. Lee，賓夕法尼亞州立大學；Mohsen Lotfalian，伊凡斯維爾大學；Rene B. Marxheimer，舊金山州立大學；Lamine Mili，弗吉尼亞理工大學；Osama A. Mohammed，佛羅裏達國際大學；Clofford C. Mosher，華盛頓州立大學；Anil Pahwa，堪薩斯州立大學；M. A. Pai，伊利諾伊大學厄巴納香檳分校；R.Ramakumar，俄剋拉荷馬州立大學；Teodoro C. Robles，密爾瓦基工學院；Ronald G. Schultz，剋裏夫蘭州立大學；Stephen A. Sebo，俄亥俄州立大學；Raymond Shoults，得剋薩斯大學阿靈頓分校；Richard D. Shultz，威斯康星大學普萊維爾分校；Charles Slivinsky，密蘇裏大學哥倫比亞分校；John P. Stahl，俄亥俄北方大學；E. K. Etanek，密蘇裏大學羅拉分校；Robert D. Strattan，塔爾薩大學；Tian�睸hen Tang，得剋薩斯 A&M; 大學金斯維爾分校；S. S. Venkata，華盛頓大學；Francis M. Wells，範德畢特大學；Bill Wieserman，賓夕法尼亞大學約翰斯敦分校；Stephen Williams，美國海軍研究生院；Salah M. Yousif，加利福尼亞大學薩剋拉曼多分校。　　另外，下列評審者對第1版做齣瞭很多貢獻：Fredetick C. Brockhurst，羅斯�埠纜�理工學院；Bell A. Cogbill，美國東北大學；Saul Goldberg，加利福尼亞州立工業大學；Mack Grady，得剋薩斯大學奧斯汀分校；Leonard F. Grigsby，奧本大學；Howard Hamilton，匹茲堡大學；William F. Horton，加利福尼亞州立工業大學；W. H. Kersting，新墨西哥州立大學；John Pavlat，愛荷華州立大學；R. Ramakumar，俄剋拉荷馬州立大學；B. Don Russell，得剋薩斯A&M;；Sheppard Salon，萊塞拉爾理工學院；Stephen A. Sebo，俄亥俄州立大學；Dennis O. Wiitanen，密歇根工科大學。
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