TA的每日心情 奋斗 2017-7-20 13:12
签到天数: 2 天
连续签到: 1 天
[LV.1]初来乍到
累计签到:2 天 连续签到:1 天
电子图书
电子图书名:
Power System Modelling and Scripting
编者:
Federico Milano
内容简介:
"Power system modelling and scripting" is a quite general and ambitious title. Of course, to embrace all existing aspects of power system modelling would lead to an encyclopedia and would be likely an impossible task. Thus, this book focuses on a subset of power system models based on the following assumptions: devices are modelled as a set of nonlinear differential algebraic equations; all alternate-current devices are operating in three-phase balanced fundamental frequency, and the time frame of the dynamics of interest ranges from tenths to tens of seconds. These assumptions basically restrict the analysis to transient stability phenomena and generator controls. The modelling step is not self-sufficient. Mathematical models have to be translated into computer programming code in order to be analyzed, understood and 'experienced'. It is an object of this book to provide a general framework for a power system analysis software tool and hints for filling up this framework with versatile programming code. This book is for all students and researchers that are looking for a quick reference on power system models or need some guidelines for starting the challenging adventure of writing their own code.
所属专业方向:
电力系统及其自动化
出版社:
Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K (2010年8月1日)
来源:
上传
马上加入,结交更多好友,共享更多资料,让你轻松玩转电力研学社区!
您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?立即加入
×
Contents0 K9 i" ^2 R1 c* S
Part I: Introduction! N9 X. F7 Y6 B& u5 K3 j- q$ ?
1 Power System Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3! }5 K) t! U) S3 _
1.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
- l( s: V5 q2 p5 n; D7 [; a6 a 1.2 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
# o0 I, h" B) B' t 1.3 Modelling Physical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. O! b4 D2 w# S# K
1.4 Hybrid Dynamical Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 B+ p( y8 I7 w- j3 o" [7 T& S
2 Power System Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 V- r9 [" O, ^
2.1 Structure of Software Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19* v/ |& x2 g7 S E4 O
2.2 Classes and Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 `, V! V- n- A, m Z4 v. h
2.3 Modularity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 X% g$ Q% m! D- p, ]$ X) W9 \2 M
2.4 Architecture of a Power System Software Tool . . . . . . . . . . . . 27) a' s _# [5 O' X* g
3 Power System Scripting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
+ X8 ~. B/ K2 _7 ?: c 3.1 Open and Closed Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
; f' ~: V4 N& a5 w' W' v! r: M 3.2 Scripting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
9 \" w6 e! q: y6 R: Z0 N+ N# i" m 3.3 Scripting Languages for Computational Science . . . . . . . . . . . 35- U/ V: m1 Q) j
3.4 Computer Languages Suitable for Power System Analysis . . . 36
5 O- @3 _/ @# v+ J 3.5 Python Scripting Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39" D9 R7 o3 q* w+ s- h9 A% O
Part II: Power System Analysis
$ m& U6 k, L+ y# \- o: f 4 Power Flow Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1 J8 ]" ]9 H; a; [ 4.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
/ j H" ^- [; O* x0 j+ v 4.2 Taxonomy of Power Flow Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66: x) h( U3 L7 |8 i2 a! \
4.3 Classical Power Flow Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67" {9 t* K! e) I
4.4 Power Flow Solvers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
7 a1 P* Z% {3 i% ` 4.4.1 Jacobi and Gauss-Seidel’s Method. . . . . . . . . . . . . . . . 70
V% { W) Q+ H5 i+ V, v 4.4.2 Newton’s Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74% x; H3 e% Q9 ?& { C
XVI Contents
' }7 O" E; m. W! }* n! {. K: ~! V' Z 4.4.3 Power Flow Jacobian Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
( z/ n' x4 A5 w1 |6 m4 _4 J 4.4.4 Robust Newton’s Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82% P8 E# H' n1 }2 q9 V
4.4.5 Iwamoto’s Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84& \; Q5 R. e$ M9 t
4.4.6 Inexact and Dishonest Newton’s Methods . . . . . . . . . 85* @( v3 Q7 N& E s* x/ g& |& v+ }+ O
4.4.7 Fast Decoupled Power Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
$ G1 p$ f: B0 S2 i m! R+ D 4.4.8 DC Power Flow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
9 x2 c* L( Z N: n+ r 4.4.9 Single and Distributed Slack Bus Models . . . . . . . . . . 95$ n( ?/ v% ?+ j% z
4.5 A General Framework for Power Flow Solvers . . . . . . . . . . . . . 96
. V0 C" S1 L0 e, N. O: j 4.5.1 Stability of the Continuous Newton’s Method . . . . . . 97
) X- ~0 x! B4 |: f `' r! f. A" G 4.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1001 h$ v: p1 V- W |# V
5 Continuation Power Flow Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
" q6 a- \5 ?+ F' C 5.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1039 |, q) Z& x/ p4 K2 h7 R
5.2 System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107. _& J; B7 _, q( [" k5 N$ [
5.3 Direct Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
2 X$ I7 A# e1 n7 K; k' W9 O 5.3.1 Saddle-Node Bifurcation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
9 X* ^7 @2 D: I" c0 {3 K2 K 5.3.2 Limit-Induced Bifurcation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
T j7 y- M' ] 5.3.3 Nonlinear Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
7 z6 D5 {+ o" j* J; V! L 5.4 Homotopy Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114" b/ U$ A- Q6 `+ `, T
5.4.1 Continuation Power Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1176 b% F+ e5 h" A* I
5.4.2 Predictor Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
$ Q5 w5 g* i, ]0 C! r# A 5.4.3 Corrector Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
; v$ _' i/ q9 Y& e9 ]7 `7 N 5.4.4 Continuous Newton’s Method and Homotopy . . . . . . 126
8 f+ X2 \- ?/ N1 p3 F" e8 p 5.4.5 N-1 Contingency Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127& [: ?, K' z" P0 F/ O/ R
5.5 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
( C: d! X& e( j2 B! t* O4 H 6 Optimal Power Flow Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131, ]3 V* E3 Q0 I/ c% K* L
6.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
8 @% _' H# C5 n& A, v- L) G( p 6.2 Optimal Power Flow Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
7 x. D9 x( Q @ 6.3 Nonlinear Programming Solvers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4 V8 B' u! W H! ^) S 6.3.1 Generalized Reduced Gradient Method . . . . . . . . . . . 140
9 G) s2 o3 ?# c4 P! h8 T/ E 6.3.2 Interior Point Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142/ k' D5 J+ R. X/ _& T
6.4 Summary of IPM Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1534 G1 A, q _' D5 g2 W
7 Eigenvalue Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155/ x7 e0 I: _ r, q) G
7.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155# a4 s, A; ?2 s
7.2 Small Signal Stability Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5 b# S3 F0 k, C 7.2.1 Bifurcation Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
& u/ b) i2 r J7 ^ 7.2.2 Participation Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
, L5 n. p, J" r' y! s2 d F 7.2.3 Analysis in the Z-Domain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1697 Z* }# ?% e5 Z& D9 Q
7.3 Computing the Eigenvalues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1700 H/ C; [ F1 C8 q& `8 A9 G: S
7.3.1 Power Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1706 v T& O2 I, n' e3 \$ G
7.3.2 Inverse Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172& n. b. J2 N: E
7.3.3 Rayleigh’s Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172! g; ?4 s X; R$ W' q1 H' Q0 K
7.4 Power Flow Modal Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173* _) z8 X# @8 d! r& R7 U. \8 E
Contents XVII
" j' r( v9 N& c8 ~ 7.4.1 Singular Value Decomposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174) f l7 y( X0 Z7 O. a9 z4 T" I
7.5 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
0 I! L7 _6 K6 W9 s: g 8 Time Domain Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
0 Z- m" C+ t$ t. q 8.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1794 m& {0 }: x" n4 Q- S# [
8.2 Power System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1869 i9 n9 t" \1 W
8.2.1 Current-Injection Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
% `; A/ i7 K6 Z' r9 f7 G 8.2.2 Power-Injection Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189/ Y4 _$ y- A* Y
8.3 Numerical Integration Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
+ e4 K) q' I% T0 F7 z 8.3.1 Explicit Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1921 h- V+ z- i% c; J1 ?
8.3.2 Implicit Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195# o4 j! A6 r+ C7 s) L: L( O. J b
8.4 Numerical Integration Routine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
' E% ]$ x7 n6 c, B* X, }+ q5 A h 8.4.1 Step Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2000 S) n! Q" O; V, ]/ n
8.4.2 Disturbances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
- _6 G1 P* E M1 X) d/ | 8.4.3 Stop Criterion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204: \3 ^ Y% F7 x8 f h
8.5 Electro-magnetic Transients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
, ^1 n$ |6 R* J3 D3 G 8.6 Quasi-static Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
6 ?8 n, x5 k! h1 a# g2 `2 s 8.7 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2173 ^" i8 b; p3 r$ Y: q0 l( \
Part III: Device Models& |6 f6 p6 M, L' _! _0 H: H. }
9 Device Generalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
; p x a! a& I& V& e 9.1 General Device Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
`; I% `9 ?3 v7 }. } 9.1.1 Initialization of Device Internal Variables . . . . . . . . . 223
$ b9 T5 [/ w/ n7 b' s 9.2 Devices as Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
W0 O' ^4 `! k8 T$ Y! S. G( K 9.2.1 Base Device Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228/ [( z w4 e* |, x6 T
9.2.2 Methods of the Base Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
/ d) ?. S) X" a5 v4 N) U' S- n. C 9.2.3 Specific Device Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
+ Q1 d0 n+ ]: u% F) W 10 Power Flow Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
4 s2 \& a4 M( d5 F, _2 p5 W 10.1 Topological Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247% U& I- V a. x# t6 E1 ?( i
10.1.1 Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
( i' e! {, F- K9 v1 j 10.1.2 Areas, Zones, Regions and Systems . . . . . . . . . . . . . . . 2498 p" t, Y Y7 y$ \% Y0 J
10.2 Static Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250; Z+ c4 ?9 p1 Z/ _
10.2.1 PV Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2501 D1 B3 Y9 n& P* y$ O4 l' k; F
10.2.2 Constant Voltage Phasor Generator . . . . . . . . . . . . . . 254
9 F) j$ N" [9 ?# [ 10.2.3 PQ Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
5 ?. X& ]3 G- T+ Q- W- \ 10.3 Static Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257" K+ G& ^; j- ~' y: U8 Q
10.3.1 PQ Load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
$ ~ E; C3 b, p$ f8 `+ i 10.3.2 Constant Power Factor Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
7 w# t# d+ l9 O6 V: r' G 10.3.3 Shunt Admittance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
* P2 o) n2 q# i' M0 I 10.3.4 Switched Shunt Admittances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260& t. K' O% r& Q) V* _' ?' g
XVIII Contents d( E7 ]3 ~7 V" D7 n' N$ i
11 Transmission Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2631 [# D2 q5 L. Q) B: Q3 E( h( |! G
11.1 Transmission Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263* a' n8 q; P% f0 e+ ~/ w
11.1.1 Line Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
6 F7 l# `& c% Z; p# N0 H 11.1.2 Tie Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267/ H7 n" S, [9 s0 k; {
11.1.3 Distributed Transmission Line Models . . . . . . . . . . . . 268
l5 ?( X' h1 h% G 11.1.4 Effect of Frequency Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2703 N" p/ |) A0 A& K& [6 A
11.1.5 Coupling Device and Zero-Impedance Line . . . . . . . . 271
# ~2 Z, T7 {+ }6 ? 11.2 Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
E. E d/ m% [" f" V" w 11.2.1 Two-Winding Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
/ v, K$ m: ^# b6 L6 {# o- ^ 11.2.2 Under Load Tap Changer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2757 t, ]# o/ O6 o, C; w; a+ I6 e3 I6 @
11.2.3 Phase Shifting Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278" R$ o8 s# d6 y! j
11.2.4 Three-Winding Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
* [" b: f! P' y% f 11.3 Vectorial Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282) J6 F4 A; P4 W9 B
11.3.1 Incidence Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
8 L0 l2 x6 j9 I: e 11.3.2 Jacobian and Hessian Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285' l: M, d# o7 Z" ?3 M( b' l. x l5 Y
11.3.3 Network Connectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
8 ?/ C" {8 t, a0 w- M3 m7 l 12 OPF Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2918 t" q' n5 F: R0 o2 n
12.1 Network Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
1 `+ U3 | m6 |5 a7 D 12.1.1 Bus Voltage Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2919 F! l( C3 T2 a4 A7 e- Q$ G! x' ?2 V
12.1.2 Transmission Line limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291" t2 f1 V4 n5 q
12.2 Generator Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
# n& w! g' g! F8 E% t 12.2.1 Capability Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
' Q6 D# h% t; H3 ]+ D" y/ u3 r 12.2.2 Supply Offer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
+ B8 q- ?0 D4 q. Z 12.2.3 Reactive Power Payment Function . . . . . . . . . . . . . . . 296
/ X7 ?2 s; k0 `6 F! c6 y 12.2.4 Generator Power Reserve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
+ O1 ^, V2 m `7 ` 12.2.5 Generator Power Ramp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299" \- W2 V) u ^6 p1 T. ?
12.3 Load Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301) O9 g, z& R5 t+ P
12.3.1 Demand Bid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
1 L3 l" b) @ X/ V7 @ 12.3.2 Demand Daily Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
% P7 z: e- L( G. U, q4 E( x' I/ b 12.3.3 Demand Power Ramp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3034 s: h1 H3 |$ u- H/ B1 ]
13 Faults and Protections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
7 Q5 [( K6 s! ? [2 O% P7 K% t E 13.1 Fault . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
' m2 P Y# J, W" X9 v 13.2 Breaker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
. R: l0 m3 n: d9 X) T 13.3 Relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
0 x* w/ k% g6 ? 13.4 Phasor Measurement Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
! j( ~/ D/ R: B7 r# u" `, [% P( l 13.5 Bus Frequency Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311' O. d( N& o) I9 [; K
14 Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313! h$ `& ?0 \1 o8 C8 @4 [1 u6 x% L
14.1 Voltage Dependent Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313- `: z& Z- s+ V) [
14.2 ZIP Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
4 K( V+ A* f# R$ T, ~4 \ 14.3 Frequency Dependent Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
2 J5 R$ |9 ^: n- z1 g 14.4 Voltage Dependent Load with Dynamic Tap Changer . . . . . . 317
# [0 |! P2 h/ x7 u& K" o 14.5 Exponential Recovery Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320/ \" w$ F- x; A: m
Contents XIX
5 R. f9 `: K, d5 q& X, _2 U8 @ 14.6 Thermostatically Controlled Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
$ J0 q- C( n- ]% J! A- z B$ j 14.7 Jimma’s Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322' r8 r1 U, J% |, j( S3 X8 `4 t
14.8 Mixed Load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
/ d7 F3 n" x5 ?2 W0 ?% ]8 }0 @1 x 15 Alternate-Current Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
V4 E) N* c U7 t; B1 g 15.1 Synchronous Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325$ r3 N; n7 M" E$ x/ u+ ?
15.1.1 Synchronous Machine Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . 326
6 j2 [9 s5 g. F# y" m- x" _ 15.1.2 Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327/ ~; ~) C3 d4 h# A
15.1.3 Common Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328/ U" T, v( x( W% u7 v# c1 U
15.1.4 Stator Electrical Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 E8 r7 w5 S$ g; w0 z" q
15.1.5 Magnetic Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3296 ?$ M& m, F; P6 u: z. c
15.1.6 Simplified Magnetic Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
# j! }$ O5 `4 S! g 15.1.7 Synchronous Machine Model Taxonomy. . . . . . . . . . . 3360 ~1 ^& g' Y2 c: T X4 {' U
15.1.8 Saturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
8 l3 A y- x& G# L0 P; `8 z1 Q! f 15.1.9 Center of Inertia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
* {% b. w* a6 ?+ [! ~8 L 15.1.10 Dynamic Shaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
# W4 o u+ L9 Z2 t3 L2 S. i 15.1.11 Sub-synchronous Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
4 V2 }8 e$ C4 U7 E 15.2 Induction Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
* A D6 A" ?) `$ ?4 [1 t# e 15.2.1 Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 z. e9 c9 H0 j$ v% h
15.2.2 Torque Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349' A& ?+ d3 b7 H% r; |* q8 V
15.2.3 Electromechanical Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349) _* `" z) r6 w d* J/ G- |
15.2.4 Detailed Single-Cage Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
4 [( o2 e* |# K- S$ k 15.2.5 Detailed Double-Cage Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
& O: C) S, f" ^: P9 e- ^/ o 16 Synchronous Machine Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355% }; x6 l. D _% A" Q: }
16.1 Turbine Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355% ?( u0 e, O3 W3 K n$ L# ?3 m4 Y
16.1.1 Turbine Governor Type I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
' l o( X3 F/ G- r) L 16.1.2 Turbine Governor Type II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
4 M; N; V7 H9 f0 A; [# I: S 16.2 Automatic Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361/ P6 M) t# A- T3 V
16.2.1 Automatic Voltage Regulator Type I . . . . . . . . . . . . . 363
+ z- L* X) j+ z" ]% s$ d. K" k, ^ 16.2.2 Automatic Voltage Regulator Type II . . . . . . . . . . . . 364
0 |9 E' J" W$ Q' x: Z% V" o 16.2.3 Automatic Voltage Regulator Type III . . . . . . . . . . . . 366
: F! N- |! u# [$ _; W 16.3 Power System Stabilizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
" a$ r5 S) _* G1 k! s7 P/ D5 b 16.3.1 Simplified Power System Stabilizer Model . . . . . . . . . 3712 E. f" o2 F% o( L: ^6 ~
16.3.2 Power System Stabilizer Type I . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371+ X% A$ W* S6 e$ O' u9 b
16.3.3 Power System Stabilizer Type II . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
' ?. l v9 t9 C& }# z 16.3.4 Power System Stabilizer Type III . . . . . . . . . . . . . . . . 373/ R y- x2 ?! k4 m: P6 R$ f" a
16.4 Over-Excitation Limiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
# k: I2 m9 R8 B. Q 16.5 Under-Excitation Limiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376/ [ P% g! Z9 e. e9 ]8 v
17 Direct-Current Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3799 D& U& g7 o8 g/ T; a4 x
17.1 Direct-Current Nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 _9 ? M6 x T1 P A" K
17.2 Common Interface Equations for Direct-Current Devices . . . 3796 C2 f! z$ Y1 l, T5 B9 B
17.3 Ideal Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
: V: A8 B6 c7 A) v 17.4 Basic RLC Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
0 q1 G$ I, s4 Z% r* N XX Contents
2 N* M$ |3 _* F 17.5 Direct-Current Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384# @+ P! a2 A% N5 {& ^
17.6 Other Direct-Current Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387$ v. V5 d% \' L& [: |
17.6.1 Solid Oxide Fuel Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387+ N6 C& @7 C. g: I
17.6.2 Solar Photovoltaic Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
" w" O5 }- X$ ~0 Y( F+ J 17.6.3 Battery Energy System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3918 g( l! O! d- ~( Q
18 AC/DC Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
+ v6 d9 R: r0 t5 m: z2 O 18.1 High-Voltage Direct-Current Transmission System . . . . . . . . . 395
Q0 H0 N7 V2 F- d d* H! B 18.1.1 Per Unit System for DC Quantities. . . . . . . . . . . . . . . 396
9 O) ?# p7 m4 y4 ?7 v 18.1.2 Rectifier Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3966 x i6 m2 Z, l# M& Y
18.1.3 Inverter Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397+ t3 P: S' |* W5 F( {
18.1.4 HVDC Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
% d+ N7 F# x) r4 C0 f 18.2 Voltage Source Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
5 m$ K! w6 q: J7 |3 N 18.2.1 Simplified Dynamic VSC Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
! X- `( F( u3 u/ a/ F) B9 l2 X 18.2.2 Power Flow VSC Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
+ }5 I! `) L- p* m3 o% k 19 FACTS Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413$ k7 F. p8 A8 @ Z/ M* R& F
19.1 Static Var Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
7 V; F2 `/ [2 M* h- v+ n( _9 S% I 19.1.1 SVC Type I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
9 K7 ?4 [$ @$ h* {6 E% E$ f 19.1.2 SVC Type II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
0 f3 j2 b/ f9 W( y 19.1.3 SVC Initialization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
( X9 K6 v2 i$ e: } 19.2 Thyristor Controlled Series Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
0 {& A& ~0 R2 e; R5 C2 K 19.2.1 TCSC Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
8 G" ~3 Q( Z6 F 19.3 Static Synchronous Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
/ U _: k: l" W( W 19.3.1 Detailed Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
- \$ T% k/ y5 y. G 19.3.2 Simplified Dynamic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
% T4 @7 g9 t% h' k9 J 19.3.3 Power Flow Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4220 d- Z) d5 p! N+ k
19.3.4 STATCOM Initialization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
* k% g( S* q9 ~- B8 Q9 ? 19.4 Static Synchronous Series Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423$ E; Q9 D0 f. q) y6 }) {
19.4.1 Detailed Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4244 l& K6 D: Z7 [6 E5 L
19.4.2 Simplified Dynamic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
, `+ i/ D C/ F4 v% q 19.4.3 Power Flow Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427, x, I( x* c1 G
19.4.4 SSSC Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4275 d6 n" |6 B- C2 P: W
19.5 Unified Power Flow Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4286 H/ j+ k; Z5 |* m
19.5.1 Detailed Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
8 f @' V% [5 K 19.5.2 Simplified Dynamic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
) k5 c" y q1 s9 C0 e. k 19.5.3 Power Flow Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433& M; G# v# O) m6 u
19.5.4 UPFC Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434+ r/ M9 Z! r# k9 s9 Z: d( _
20 Wind Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
3 O* v4 b$ J# U+ x 20.1 Wind Speed Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435/ z$ H6 Y* N( S j
20.1.1 Weibull’s Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436! n8 E* \1 o+ g) F0 f0 I
20.1.2 Composite Wind Speed Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438' P1 _, M2 [% e+ x, j8 y
20.1.3 Mexican Hat Wavelet Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
3 e; U7 O3 \# p+ ^! G 20.2 Wind Turbines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
! X6 O5 U" J! x5 z$ z4 M* C: C3 J Contents XXI
% [8 S, R4 }' ?7 M 20.2.1 Single Machine and Aggregate Models . . . . . . . . . . . . 441 n/ f# l9 i) L3 c: Z
20.2.2 Wind Turbine Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443+ P- M' @% ~7 U8 B
20.2.3 Turbine Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
3 c5 T. d* u% z5 A8 d 20.2.4 Dynamic Shaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4460 W2 v/ Q, t* X1 B/ Z2 K F- A
20.2.5 Non-Controlled Speed Wind Turbine . . . . . . . . . . . . . 448
0 H1 W( j8 F! K# g( I 20.2.6 Doubly-Fed Asynchronous Generator . . . . . . . . . . . . . 449 U6 J0 e" p% Q
20.2.7 Direct-Drive Synchronous Generator. . . . . . . . . . . . . . 453
7 T: E) i3 b7 S! f1 A- n/ z' Q& x# b" D Part IV: Spare Material and Concluding Remarks
# M% {5 D2 F( c! [* v 21 Data Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
8 P$ w9 G y7 q+ a9 X. [1 D3 r 21.1 Data Format Taxonomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4592 Q8 t$ Z) l; F" L
21.1.1 Data Organization and Structures . . . . . . . . . . . . . . . . 459! c. I6 L' Y- q! `. A$ {, t
21.1.2 Kind of Supported Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461: }& y) f3 t1 B* @4 t$ \6 t( F4 ^
21.1.3 Number of Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4627 g% ]) B( [9 n2 b2 F5 R; l
21.1.4 Default Values, Prototypes and Data7 M' D+ ~0 f5 K: f1 [
Manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462. n7 ~5 g) p- c. R3 Q
21.2 Canonical Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463# t h8 B' u; n* J7 ] j
21.3 Common Information Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464: T* G" o; U% b& L* k3 {
21.4 Consistent Data Schemes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467# ^3 o- l; b% y+ i+ e5 k5 Y
22 Visualization Matters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4752 V. B: S4 d( i7 ?* x# l0 X
22.1 Graphical Interface vs. Command Line Approach . . . . . . . . . . 4757 c; H' Z# ` |4 |# S
22.2 Result Visualization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
7 ?4 `9 ~4 |; w+ v! W 22.2.1 Standard Two-Dimensional Plots . . . . . . . . . . . . . . . . 478
& o9 _0 b- @6 t0 k+ s K' D 22.2.2 Temperature Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482# U/ P6 H+ b2 I5 H$ C
22.2.3 Three-Dimensional Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484. I2 m' S! q$ t
22.2.4 Geographic Information System. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4855 b: f" E# u3 X! U9 G
23 Challenges of Scripting for Power System Education . . . . . 489# ]! C6 W, I# R' n) }0 b
23.1 Concepts and Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4899 ?+ w1 L/ w; c! _7 C" Q k, F: _' M
23.1.1 Proprietary Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489 H- v" V4 W1 O; N8 R+ I
23.1.2 Open Source Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
& V2 c* }( w7 {) S$ k6 q( A: H 23.1.3 Free Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490" B7 ^5 l9 U1 m
23.1.4 Free Open Source Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491/ z/ F1 o' [% |7 @
23.2 Education-Oriented FOSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4919 [) K+ _. S- }$ [: j% D d/ K
23.2.1 Pedagogical Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491: e+ j) t: N+ @0 I% t% U' _8 t8 K
23.2.2 Failure of FOSS for Power System Analysis . . . . . . . 4928 t6 A/ L. o, W3 l; @1 L3 q
XXII Contents
1 h- q- A4 W7 v! Y: s( @5 { Part V: Appendices
$ z( X4 U9 F6 {2 G `9 B A Python Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497- p$ a+ m* s6 t4 f
A.1 CVXOPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497( V7 h1 a* u: Y0 d# }
A.1.1 cvxopt.base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497. y, Y3 y4 M: T$ ^3 `5 z; L
A.1.2 cvxopt.blas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502& x, b1 T; X$ z, d* D
A.1.3 cvxopt.lapack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
) C5 L& q& F( f& R A.1.4 cvxopt.umfpack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5030 R% ?) ~5 S7 d" ]/ z6 P% @
A.2 NumPy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
( y, q6 ]0 m1 M* Y! G/ l A.3 Matplotlib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5078 x5 D7 _! e! F
B System Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5118 B9 h& _- U/ u( c" I) L/ ~
B.1 System Properties and Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5113 r! u2 X5 P2 H6 ?: c% r
C Control Diagrams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515( d. h1 R% j! n
C.1 Representation of Basic Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515 f& J( @$ w$ C) r) n
C.2 Hard Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5169 R/ Z8 [7 [0 E. P
D IEEE 14-Bus System Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5238 b& S( G: Z& G7 }1 t, V
D.1 Common Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523& H- ?5 \( p+ r+ Q: J
D.2 Static Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523" w% c$ R/ S x% j* |- J, r5 ?
D.3 Market Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523; n+ L* \ v/ b
D.4 Dynamic Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
- Q8 A/ i( u& w D.5 FACTS Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524" d9 M. @( P$ ^
D.6 Wind Turbine Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526/ ~+ }+ a: k$ C" @9 x* e# F
E Software Packages and Links. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
# M- c* n- }5 n4 {& }# c E.1 Software Packages Used in the Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
?- U1 O* [# H E.2 Links related to Power System Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530' O7 ^. M1 }/ L/ m6 k3 B* E
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
& k- k' U& |9 F5 J$ d0 x Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
/ v# [ A( |0 L x9 _8 J$ E 4 l2 e- U6 a. c0 M
Power System Modelling and Scripting.part1.rar
(976.56 KB, 下载次数: 3)
Power System Modelling and Scripting.part2.rar
(976.56 KB, 下载次数: 3)
Power System Modelling and Scripting.part3.rar
(976.56 KB, 下载次数: 3)
Power System Modelling and Scripting.part4.rar
(976.56 KB, 下载次数: 3)
Power System Modelling and Scripting.part5.rar
(976.56 KB, 下载次数: 3)
Power System Modelling and Scripting.part6.rar
(966.44 KB, 下载次数: 3)
楼主热帖