Electric Power Systems: A Conceptual Introduction
暫譯: 電力系統:概念性介紹

Alexandra von Meier

  • 出版商: IEEE
  • 出版日期: 2006-07-01
  • 售價: $4,750
  • 貴賓價: 9.5$4,513
  • 語言: 英文
  • 頁數: 328
  • 裝訂: Hardcover
  • ISBN: 0471178594
  • ISBN-13: 9780471178590
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商品描述

Description

A clear explanation of the technology for producing and delivering electricity


Electric Power Systems explains and illustrates how the electric grid works in a clear, straightforward style that makes highly technical material accessible. It begins with a thorough discussion of the underlying physical concepts of electricity, circuits, and complex power that serves as a foundation for more advanced material. Readers are then introduced to the main components of electric power systems, including generators, motors and other appliances, and transmission and distribution equipment such as power lines, transformers, and circuit breakers. The author explains how a whole power system is managed and coordinated, analyzed mathematically, and kept stable and reliable.

Recognizing the economic and environmental implications of electric energy production and public concern over disruptions of service, this book exposes the challenges of producing and delivering electricity to help inform public policy decisions. Its discussions of complex concepts such as reactive power balance, load flow, and stability analysis, for example, offer deep insight into the complexity of electric grid operation and demonstrate how and why physics constrains economics and politics.

Although this survival guide includes mathematical equations and formulas, it discusses their meaning in plain English and does not assume any prior familiarity with particular notations or technical jargon. Additional features include:
* A glossary of symbols, units, abbreviations, and acronyms
* Illustrations that help readers visualize processes and better understand complex concepts
* Detailed analysis of a case study, including a Web reference to the case, enabling readers to test the consequences of manipulating various parameters

With its clear discussion of how electric grids work, Electric Power Systems is appropriate for a broad readership of professionals, undergraduate and graduate students, government agency managers, environmental advocates, and consumers.
 
 

Table of Contents

Preface.

1. The Physics of Electricity.

1.1 Basic Quantities.

1.1.1 Introduction.

1.1.2 Charge.

1.1.3 Potential or Voltage.

1.1.4 Ground.

1.1.5 Conductivity.

1.1.6 Current.

1.2 Ohm’s law.

1.2.1 Resistance.

1.2.2 Conductance.

1.2.3 Insulation.

1.3 Circuit Fundamentals.

1.3.1 Static Charge.

1.3.2 Electric Circuits.

1.3.3 Voltage Drop.

1.3.4 Electric Shock.

1.4 Resistive Heating.

1.4.1 Calculating Resistive Heating.

1.4.2 Transmission Voltage and Resistive Losses.

1.5 Electric and Magnetic Fields.

1.5.1 The Field as a Concept.

1.5.2 Electric Fields.

1.5.3 Magnetic Fields.

1.5.4 Electromagnetic Induction.

1.5.5 Electromagnetic Fields and Health Effects.

1.5.6 Electromagnetic Radiation.

2. Basic Circuit Analysis.

2.1 Modeling Circuits.

2.2 Series and Parallel Circuits.

2.2.1 Resistance in Series.

2.2.2 Resistance in Parallel.

2.2.3 Network Reduction.

2.2.4 Practical Aspects.

2.3 Kirchhoff’s Laws.

2.3.1 Kirchhoff’s Voltage Law.

2.3.2 Kirchhoff’s Current Law.

2.3.3 Application to Simple Circuits.

2.3.4 The Superposition Principle.

2.4 Magnetic Circuits.

3. AC Power.

3.1 Alternating Current and Voltage.

3.1.1 Historical Notes.

3.1.2 Mathematical Description.

3.1.3 The rms Value.

3.2 Reactance.

3.2.1 Inductance.

3.2.2 Capacitance.

3.2.3 Impedance.

3.2.4 Admittance.

3.3 Power.

3.3.1 Definition of Electric Power.

3.3.2 Complex Power.

3.3.3 The Significance of Reactive Power.

3.4 Phasor Notation.

3.4.1 Phasors as Graphics.

3.4.2 Phasors as Exponentials.

3.4.3 Operations with Phasors.

4. Generators.

4.1 The Simple Generator.

4.2 The Synchronous Generator.

4.2.1 Basic Components and Functioning.

4.2.2 Other Design Aspects.

4.3 Operational Control of Synchronous Generators.

4.3.1 Single Generator: Real Power.

4.3.2 Single Generator: Reactive Power.

4.3.3 Multiple Generators: Real Power.

4.3.4 Multiple Generators: Reactive Power.

4.4 Operating Limits.

4.5 The Induction Generator.

4.5.1 General Characteristics.

4.5.2 Electromagnetic Characteristics.

4.6 Inverters.

5. Loads.

5.1 Resistive Loads.

5.2 Motors.

5.3 Electronic Devices.

5.4 Load from the System Perspective.

5.4.1 Coincident and Noncoincident Demand.

5.4.2 Load Profiles and Load Duration Curve.

5.5 Single- and Multiphase Connections.

6. Transmission and Distribution.

6.1 System Structure.

6.1.1 Historical Notes.

6.1.2 Structural Features.

6.1.3 Sample Diagram.

6.1.4 Topology.

6.1.5 Loop Flow.

6.1.6 Stations and Substations.

6.1.7 Reconfiguring the System.

6.2 Three-Phase Transmission.

6.2.1 Rationale for Three Phases.

6.2.2 Balancing Loads.

6.2.3 Delta and Wye Connections.

6.2.4 Per-Phase Analysis.

6.2.5 Three-Phase Power.

6.2.6 D.C. Transmission.

6.3 Transformers.

6.3.1 General Properties.

6.3.2 Transformer Heating.

6.3.3 Delta and Wye Transformers.

6.4 Characteristics of Power Lines.

6.4.1 Conductors.

6.4.2 Towers, Insulators, and Other Components.

6.5 Loading.

6.5.1 Thermal Limits.

6.5.2 Stability Limit.

6.6 Voltage Control.

6.7 Protection.

6.7.1 Basics of Protection and Protective Devices.

6.7.2 Protection Coordination.

7. Power Flow Analysis.

7.1 Introduction.

7.2 The Power Flow Problem.

7.2.1 Network Representation.

7.2.2 Choice of Variables.

7.2.3 Types of Buses.

7.2.4 Variables for Balancing Real Power.

7.2.5 Variables for Balancing Reactive Power.

7.2.6 The Slack Bus.

7.2.7 Summary of Variables.

7.3 Example with Interpretation of Results.

7.3.1 Six-Bus Example.

7.3.2 Tweaking the Case.

7.3.3 Conceptualizing Power Flow.

7.4 Power Flow Equations and Solution Methods.

7.4.1 Derivation of Power Flow Equations.

7.4.2 Solution Methods.

7.4.3 Decoupled Power Flow.

7.5 Applications and Optimal Power Flow.

8. System Performance.

8.1 Reliability.

8.1.1 Measures of Reliability.

8.1.2 Valuation of Reliability.

8.2 Security.

8.3 Stability.

8.3.1 The Concept of Stability.

8.3.2 Steady-State Stability.

8.3.3 Dynamic Stability.

8.3.4 Voltage Stability.

8.4 Power Quality.

8.4.1 Voltage.

8.4.2 Frequency.

8.4.3 Waveform.

9. System Operation, Management, and New Technology.

9.1 Operation and Control on Different Time Scales.

9.1.1 The Scale of a Cycle.

9.1.2 The Scale of Real-Time Operation.

9.1.3 The Scale of Scheduling.

9.1.4 The Planning Scale.

9.2 New Technology.

9.2.1 Storage.

9.2.2 Distributed Generation.

9.2.3 Automation.

9.2.4 FACTS.

9.3 Human Factors.

9.3.1 Operators and Engineers.

9.3.2 Cognitive Representations of Power Systems.

9.3.3 Operational Criteria.

9.3.4 Implications for Technological Innovation.

9.4 Implications for Restructuring.

Appendix: Symbols, Units, Abbreviations, and Acronyms.

Index.

商品描述(中文翻譯)

**描述**

《電力系統》清楚地解釋了生產和傳送電力的技術。這本書以清晰、直接的風格說明和展示電網的運作,使高度技術性的材料變得易於理解。它首先徹底討論了電力、電路和複雜功率的基本物理概念,這些概念為更高級的材料奠定了基礎。接著,讀者將了解電力系統的主要組成部分,包括發電機、馬達及其他設備,以及傳輸和配電設備,如電力線、變壓器和斷路器。作者解釋了整個電力系統是如何管理和協調的,如何進行數學分析,以及如何保持穩定和可靠。

考慮到電能生產的經濟和環境影響,以及公眾對服務中斷的關注,本書揭示了生產和傳送電力所面臨的挑戰,以幫助制定公共政策決策。書中對於複雜概念的討論,例如無功功率平衡、負載流和穩定性分析,提供了對電網運作複雜性的深入見解,並展示了物理學如何限制經濟和政治。

儘管這本生存指南包含數學方程式和公式,但它用簡單的英語討論其意義,並不假設讀者對特定符號或技術術語有任何先前的熟悉。其他特色包括:
* 符號、單位、縮寫和首字母縮略詞的詞彙表
* 幫助讀者可視化過程並更好理解複雜概念的插圖
* 詳細的案例研究分析,包括對該案例的網路參考,使讀者能夠測試操控各種參數的後果

《電力系統》以其清晰的電網運作討論,適合廣泛的讀者群,包括專業人士、本科生和研究生、政府機構管理者、環保倡導者和消費者。

**目錄**

前言。
1. 電力的物理學。
1.1 基本量。
1.1.1 介紹。
1.1.2 電荷。
1.1.3 潛力或電壓。
1.1.4 接地。
1.1.5 導電性。
1.1.6 電流。
1.2 歐姆定律。
1.2.1 電阻。
1.2.2 導納。
1.2.3 絕緣。
1.3 電路基礎。
1.3.1 靜電荷。
1.3.2 電路。
1.3.3 電壓降。
1.3.4 電擊。
1.4 電阻加熱。
1.4.1 計算電阻加熱。
1.4.2 傳輸電壓和電阻損耗。
1.5 電場和磁場。
1.5.1 作為概念的場。
1.5.2 電場。
1.5.3 磁場。
1.5.4 電磁感應。
1.5.5 電磁場與健康影響。
1.5.6 電磁輻射。
2. 基本電路分析。
2.1 電路建模。
2.2 串聯和並聯電路。
2.2.1 串聯電阻。
2.2.2 並聯電阻。
2.2.3 網路簡化。
2.2.4 實際方面。
2.3 基爾霍夫定律。
2.3.1 基爾霍夫電壓定律。
2.3.2 基爾霍夫電流定律。
2.3.3 應用於簡單電路。
2.3.4 疊加原理。
2.4 磁路。
3. 交流電力。
3.1 交流電和電壓。
3.1.1 歷史註解。
3.1.2 數學描述。
3.1.3 均方根值。
3.2 反應性。
3.2.1 感抗。
3.2.2 電容。
3.2.3 阻抗。
3.2.4 導納。
3.3 功率。
3.3.1 電力的定義。
3.3.2 複功率。
3.3.3 無功功率的意義。
3.4 相量符號。
3.4.1 相量作為圖形。
3.4.2 相量作為指數。
3.4.3 與相量的運算。
4. 發電機。
4.1 簡單發電機。
4.2 同步發電機。
4.2.1 基本組件和運作。
4.2.2 其他設計方面。
4.3 同步發電機的操作控制。
4.3.1 單一發電機:實功。
4.3.2 單一發電機:無功。
4.3.3 多發電機:實功。
4.3.4 多發電機:無功。
4.4 操作限制。
4.5 感應發電機。
4.5.1 一般特性。
4.5.2 電磁特性。
4.6 逆變器。
5. 負載。
5.1 電阻負載。
5.2 馬達。
5.3 電子設備。
5.4 從系統的角度看負載。
5.4.1 同時和非同時需求。
5.4.2 負載曲線和負載持續時間曲線。
5.5 單相和多相連接。
6. 傳輸和配電。
6.1 系統結構。
6.1.1 歷史註解。
6.1.2 結構特徵。
6.1.3 樣本圖。
6.1.4 拓撲。
6.1.5 環流。
6.1.6 站和變電所。
6.1.7 系統重構。
6.2 三相傳輸。
6.2.1 三相的理由。
6.2.2 負載平衡。
6.2.3 三角形和星形連接。
6.2.4 每相分析。
6.2.5 三相功率。
6.2.6 直流傳輸。
6.3 變壓器。
6.3.1 一般特性。
6.3.2 變壓器加熱。
6.3.3 三角形和星形變壓器。
6.4 電力線的特性。
6.4.1 導體。
6.4.2 塔、絕緣體和其他組件。
6.5 載荷。
6.5.1 熱限制。
6.5.2 穩定性限制。
6.6 電壓控制。
6.7 保護。
6.7.1 保護和保護裝置的基本知識。
6.7.2 保護協調。
7. 功率流分析。
7.1 介紹。
7.2 功率流問題。
7.2.1 網路表示。
7.2.2 變數選擇。
7.2.3 總線類型。
7.2.4 實功平衡的變數。
7.2.5 無功平衡的變數。
7.2.6 懸空總線。
7.2.7 變數摘要。
7.3 例子及結果解釋。
7.3.1 六總線例子。
7.3.2 調整案例。
7.3.3 概念化功率流。
7.4 功率流方程式和解法。
7.4.1 功率流方程式的推導。
7.4.2 解法。
7.4.3 解耦功率流。
7.5 應用和最佳功率流。
8. 系統性能。
8.1 可靠性。
8.1.1 可靠性的衡量。
8.1.2 可靠性的評估。
8.2 安全性。
8.3 穩定性。
8.3.1 穩定性的概念。
8.3.2 穩態穩定性。
8.3.3 動態穩定性。
8.3.4 電壓穩定性。
8.4 電力品質。
8.4.1 電壓。
8.4.2 頻率。
8.4.3 波形。
9. 系統操作、管理和新技術。
9.1 不同時間尺度的操作和控制。
9.1.1 週期的尺度。
9.1.2 實時操作的尺度。
9.1.3 排程的尺度。
9.1.4 計畫尺度。
9.2 新技術。
9.2.1 儲存。
9.2.2 分散式發電。
9.2.3 自動化。
9.2.4 FACTS。
9.3 人因。
9.3.1 操作員和工程師。
9.3.2 電力系統的認知表徵。
9.3.3 操作標準。
9.3.4 對技術創新的影響。
9.4 重組的影響。
附錄:符號、單位、縮寫和首字母縮略詞。
索引。