EPRI电力系统工程丛书 Power System Voltage Stability 电力系统 电压稳定 [美]CARSON W.TAYLOR 著 王伟胜 译 中国电力出版社 www.cepp.com.cn
EPRI电力系统工程丛书 电力系统稳定与控制 电力系统电压稳定 Power System Voltage Stability 责任编辑：邓春 ISBN7-5083-1160-4 ISBN 7-5083-1160-4/TM480 9787508311609> 定价：32.00元
EPRI电力系统工程丛书 电力科技专著出版资金资助项目 目旦 电力系统 电压稳定 [美]CARSON W.TAYLOR著 王伟胜译 W;5‘生 V:i.:时：i、 团中用电力虫版社 www.cepp.com.cn
内容提要 本书是情因际电力界的经典之作，是第部确述电力系统电压定性问数解决方案的 电牛定静 、析电书的雅特之处是针对电压问鹅提出【电力系抗规奶和运怎的杆划应 安用潮流和动态仿宾程兮 图书在版编目(CTP)数据 电力系统电压稳定（美）泰勒（们y,C.W.)喜；干伟胜译，-北京：中国电 力出版社，2002 ISBN7-5083-1160-4 1.电.Ⅱ.①泰.②王.日.电力系统-系统电乐调整.TM761 中国版本图书馆CP数据核字(2002)第049808号 北京市版权局著作权合同登记 图字：01-2001-1118号 .In published by The McGl Coopanies.Ine.All Rights reeved.No par this pbliciabe reproduced or distrbuted in any means.ord inadata system.withu the pior written pemisston of the pubsher. 本书中文简作字泽版由中国电力出版社和美国麦格劳·希尔教育（亚州）出版公 司合作出版，来经出版者预先书面许可，不得以任何方式复树或抄袋本书的任何部分 中国电力出版社出版、发行 各地新华书店经牌 印数0001-3000历是价32.00元 版权专有翻印必究 木书如有印装质量问题，我杜发行部负黄退换】
中文版序 我和中国的电力工程师们有过多次愉快的交往，曾经到北京访问过中国电力科学研究 院。我非常高兴为《电力系统电压稳定》中文版作序。中国正在扩建电力系统，以满足电 力负荷的快速增加。我希望此书能对中国电力工程师有所帮助。 我相信王伟胜博士的翻译工作是十分出色的。为了这本书能早日和大家见面，他做了 大量的工作。王伟胜博士仔细研究了此书的英文版本，和我进行了多次交流，澄清了有关 疑问，并纠正了原书英文版中的一些错误。 我著述《电力系统电压稳定》至今已近十年。随着其他研究成果的发表和电力公司实 践经验的积累，电压稳定性研究课题日趋成熟，有关仿真软件也在不断改进。然而，我相 信《电力系统电压稳定》仍然是一本非常有价值、易于阅读且实用性强的专著。电压稳定 性的基本概念是不随时间改变的。 《电力系统电压稳定》英文版一直很受欢迎。精装版本和亚洲平装版本很快销售一空， 再版也是这样。我收到了很多关于此书的赞美之辞，其中对我而言最有意义的莫过于现代 电力潮流计算程序之父William F,Tinney的来信，他在信中写道：“无论是对电力工程人员 还是研究人员而言，此书为开始研究电压稳定问题的所有人员提供了最佳途径。该书内容 精练而深刻，论述简洁面全面。在电压稳定性方面此书是独一无二的，” 电力系统电压稳定领域尚有许多有待于解决的问题，如大规模动态分析方法的应用、 在线电压安全评价的应用和广域分布式控制的实现等。动态分析比较准确，能给出更多信 息。当控制装置的时间特性十分重要时，需要进行动态分析。另外，电力系统短期（暂 态)电压稳定性通常是最关心的问题，对此必需进行动态仿真。离线仿真一般在电力系统 实际运行状态发生前数天或数个星期进行，在线接近实时的安全评价可以消除离线仿真的 不确定性。无论是巢中控制还是分布控制系统，利用远方电厂或变电站的数据可以提高电 力系统稳定和电压控制能力。 在未来的日子里，中国的电力工程师将在电压稳定技术领域继续作出重要贡献。最 后，我再次衷心希望此书对中国电力系统的发展能有所帮助。 Carson W.Taylor 波特兰，俄勒冈，美国 2002年1月
译者前言 电压稳定性问题早在前苏联学者日丹诺夫所著的《电力系统稳定》（张钟俊译，北京： 高等教育出版社，1957)中就有论述。但直到20世纪70和80年代，在世界范围内发生过 多起和电压稳定相关的电力系统事故之后，该问题才引起电力工业界和学术界的广泛重 视，并且成为电力系统领域的一个研究热点。我国的电力系统也曾发生过电压稳定事故 并为此进行过大量的研究工作。 目前，我国正在实施全国电网互联和西电东送等重大工程，电力系统正在不断发展壮 大。与此同时，我国正在实行电力体制改革，逐步建立和完善电力市场。考虑到环境和经 济因素的制约，未来的电力系统运行状态会越来越接近极限状态，以满足电力需求的不断 增加。因此，电压稳定问题今后仍将是一个具有挑战性的问题。 本书的英文版于1994年出版，是国际上有关电压稳定性的第一本专著。原著作者 Carson W.Taylor先生是国际著名电力专家，在电力系统分析和控制领城尤其是对电压稳定 性阿题具有丰富的理论知识和实践经验。Taylor先生曾主持和参与了国际大电网会议 (CGE)和跨国电气与电子工程师学会(EEE)等组织的有关电力系统电压稳定性研究 工作，并主持了太平洋西北系统和邻近区域的电压稳定性研究工作。该书的特点是理论与 实践相结合，强调电压稳定性问题的基本概念和物理本质，注重电压稳定的实用化分析方 法和改进措施。本书适合于从事电力系统规划和运行的工程技术人员，同时也可作为高等 院校电力系统专业的师生参考。 在本书翻译过程中，译者同Tyo先生进行过多次交流，纠正了原版中的一些错误之 处。为了不破坏本书的整体性，译者对这些修改不再一一标注。另外，本书保留了英文版 中有关变量和符号的规定。 感谢McGraw-Hil出版公司和Taylor先生同意该书在中国出版发行，特别是Taylor先 生在翻译过程中给子了热情支持和帮助，并欣然为本书作序。 胡学浩教授级高工在翻译过程中给予了极大的帮助，并且审校了本书的第4章。博士 研究生申洪和赵海翔两位同学阅读了本书的初稿，提出了许多修改意见，在此一并致谢。 夏道止教授对本书的翻译工作给予了关心和指导，并审校了本书的第8章。译者有幸 师从夏道止教投，在他的指导下从事电压稳定性分析研究，受益匪浅。这对完成本书的翻 译工作有巨大的帮助，在此表示由衷的谢意
周孝信院士对本书的翻译与出版给予了极大的关心和支持。在周孝信院七、杨以涵教 授和何大思教授级高工的鼎力推荐下，本书得到了中国电力出版社电力科技专著出版基金 的资助，在此深表谢意。 限于译者水平，书中难免有错误和不妥之处，请读者批评指正。 译者 2002年6月于北京
原版序 近年来，由丁新建发电厂和输电线路受到一系列的限制，许多电力公司被迫采取一切 可能办法来提高现有网络的功率传输能力。 电压稳定性问题所关心的是：电力系统在正常运行和预想事故条件下所有节点维持可 接受的电压水平的能力。如果扰动使系统电压持续下降，且无法控制，则称电力系统进人 电压失稳状态。 发电机和输电系统无功支持不足将导致电压失稳或电压崩遗。近儿年来，电压失稳已 经引起了多次电力系统重大事故。因此需要深人研究电压稳定现象的机理，并提出防止系 统发生电压失稳的措施。这对电力公司具有重要的价值。 本书作者Carson W.Tayor先生是电力系统电压稳定性领域的一位国际知名专家。他不 仅对电压稳定性的基本概念有深人的认识，而且在研究解决电压失稳实际问题的方法上也 显示出其卓越的才能。Caon举办过许多次有关电压稳定性问题的研讨班，并发表了大量 的技术论文。 能为这本非常及时的专著作序，笔者甚感荣幸，并相信本书的出版对电力行业的工程 师和学生而言都具有重要的价值。 Neal J.Balu博士 项目经理 电力系统规划与运行项目处 电力系统部
原版前言 电力系统的功率传输能力一般是受功角（问步）稳定或者热极限的限制。系统发生的 停电事故通常和暂态稳定性相关。令人欣慰的是，由于采用了短路快速切除、先进励磁系 统和多种特殊的稳定控制措施，电力系统的暂态稳定性问题已经减少。 然而，电压（负荷）稳定性目前已成为电力系统规划和运行中主要关心的问题。越来 越多的电力公司正面临着电压稳定性的限制。电压失稳和崩溃已经造成多次重大的系统事 故（停电），如1987年7月东京发生的大停电。 在可以预见的未来时间里，电压稳定性问题仍将是一个挑战，并且其重要性会日益增 加。其中一个原因是需要更充分地利用现有的输电设备。应用无功补偿可以增加现有输电 系统的利用率- 一从本质上讲这种措施的鲁棒性不及“增加架空线路”。 在过去的10、15年里，特别是近5年中，电力工程师、电力专家和高等院校的研究 人员深人地研究了电压稳定性问题，发表了数百篇技术论文，并举办了多次学术会议、座 谈会和研讨会。现在，许多电力公司已经开发了实用的分析方法，在规划和运行阶段防止 系统在可信扰动下发生电压失稳。电力系统在电压稳定过程中发生的所有相关现象，包括 长期现象，都可以通过时域仿真来验证。 虽然电力专家对电压稳定性已有深人的了解，但目前非常需要一本全面论述电压稳定 性并且具有实用价值的专著。本书是有关电压稳定性的第一本专著。 笔者从198年开始举办为期2~3天的电压稳定研讨班，《电力系统电压稳定》是这 一系列研讨班的产物。作为邦纳维尔电力局(BPA)的专职工程师，笔者从事了太平洋西 北系统和邻近区域的电压稳定性研究，这本专著反映了有关情况。同时，这本专著还反映 了作者在西部系统协调委员会(WSCC)、北美电力可靠性委员会(NERC)、跨国电气与电 子工程师学会(EEE)、国际大电网会议(CIGRE)和美国电力研究院(EI)等组织参 与电压稳定性研究工作的情况。 虽然目前对电压稳定性已经有相当的了解，但仍存在许多方面的问题，涉及范围从发 电机控制到输电线路无功补偿、配电网络设计以及负荷特性模拟等等。因此，电力系统中 大量元件的物理特性和数学模型非常重要。 《电力系统电压稳定》强调电压稳定性的物理或者工程方面，从概念上理解电压稳定 性问题。本书尽可能采用最简单的模型来解释有关概念，并强调计算机分析的实用方法。 目的是培养读者对电压稳定性问题的觉察能力，而不是仅仅叙述有关电压稳定性的复杂的 数学分析方法。本书的主要对象是从事电力系统规划和运行工作的工程师，同时适合于作 为高校学生的选修课程教材。高校研究人员也可以从本书中获取电压稳定性问题研究所必
需的背景知识。 电压稳定性问题是一个非常吸引人的领域，本书各章所列的参考文献可供读者进行深 人研究。这些并不是全部的参考文献，但基本上代表了近几年发表的成果，它们均建立在 早期研究工作的基础之上。为了与本书的特定读者保持一致，大多数参考文献可读性强， 不需要高深的数学知识。 本书概要 本书分为9章和6个附录。第1章重点介绍输电系统的无功传输；第2章阐述电压稳 定性的主题，并给出相关定义和基本概念。根据历时长短，电压稳定可以分为暂态和长期 现象。 第3~5章描述输电系统、发电系统和配电/负荷系统元件的特性，重点在于元件的数 学模型。 第6章和第7章给出了两个示例系统的计算机静态和动态仿真结果，其中一个为小规 模的等值系统，另一个为大规模的实际系统。另外，应用常规计算机程序和增强型计算机 程序分别研究了暂态和长期电压稳定性问题。 第8章论述了和HVDC联线相关的电压稳定性，其中HVDC逆变器的无功需求非常重 要。 第9章为电力系统规划和运行的准则，以及解决系统电压稳定性问题的潜在方法。 附录内容包括应用计算机进行潮流和动态仿真的方法，以及世界上发生的主要电压失 稳事件等等。 目前，电压稳定性问题仍是一个新的研究领域，在未来的几年里将出现许多有关电压 稳定性的机理解释、计算机仿真软件和在线安全评价软件。事实上，本书在交付出版之前 一直在更新内容。因此，将来需要对木书的内容进行修订。笔者恳切希望广大读者对本书 内容进行评论，并为修订本书提出宝贵的建议。来信请寄：252 Northwest Seblar Court,Pot land,Oregon 97210 在桌面出版方面，笔者采用了Macintosh Hei计算机和FrameMaker编辑出版软件。此 外，笔者还采用过DeltaCraph和Cava等其他软件。本书的原稿通过软盘交给McGraw-Hil 出版商。 笔者首先要感谢许多研讨班的参加人员、BPA的同事和工业界的同事。从很大程度上 讲，本书是大量文献和实际经验的总结。通过论文、书信和讨论等形式，Walter Lachs先 生、Harison Clark先生、Thierry Van Cutsem博士、Mrinal Pal博士和其他人员提出了许多建 设性的意见。在国际学术界，笔者有幸参加了CGRE的两个电压稳定性专题工作组。作 为美国电力研究院(EPRI)软件开发项目的一部分，笔者同Prabha Kundur博士和安大路 水电局(Ontario Hydro)其他同事的讨论对本书而言也非常重要。 Kundur博士和Mark Lauby先生审阅了本书的原稿，并提出了许多宝贵的建议。当然