清华大学电气工程系列教材编委会

主任曾嵘

编委梁曦东孙宏斌夏清 肖曦于歆杰袁建生 赵伟朱桂萍

“电气工程”一词源自英文的 “Electrical Engineering”。在汉语中，“电工程”念起来不顺口，因而便有“电机工程”、“电气工程”、“电力工程”或“电工”这样的名称。 20世纪 60年代以前多用“电机工程”这个词。现在国家学科目录上已经先后使用“电工”和“电气工程”作为一级学科名称。

大约在第二次世界大战之后出现了“电子工程” (Electronic Engineering)这个词。之后，随着科学技术的迅速发展，从原来的“电 (机)工程”范畴里先后分划出“无线电电子学 (电子工程)”“自动控制 (自动化)”等专业，“电 (机)工程”的含义变窄了。虽然“电 (机、气)工程”的专业含义缩小到“电力工程”和“电工制造”的范围，但是科学技术的发展使得学科之间的交叉、融合更加密切，学科之间的界限更加模糊。“你中有我，我中有你”是当今学科或专业的重要特点。因此，虽然高等院校“电气工程”专业的教学主要定位于培养与电能的生产、输送、应用、测量、控制等相关科学和工程技术的专业人才，但是教学内容却应该有更宽广的范围。

清华大学电机系在 1932年建系时，课程设置基本上仿效美国麻省理工学院电机工程学系的模式。一年级学习工学院的共同必修课，如普通物理、微积分、英文、国文、画法几何、工程画、经济学概论等课程；二年级学习电工原理、电磁测量、静动力学、机件学、热机学、金工实习、微分方程及化学等课程；从三年级开始专业分组，电力组除继续学习电工原理、电工实验、测量外，还学习交流电路、交流电机、电照学、工程材料、热力工程、电力传输、配电工程、发电所、电机设计与制造以及动力厂设计等选修课程。西南联大时期加强了数学课程，更新了电工原理教材，增加了电磁学、应用电子学等主干课程和电声学、运算微积分等选修课程。抗战胜利之后又增设了一批如电子学及其实验，开关设备、电工材料、高压工程、电工数学、对称分量、汞弧整流器等选修课程。 

1952年院系调整之后，开始了学习苏联教育模式的教学改革。电机系以莫斯科动力学院和列宁格勒工业大学为模式，按专业制定和修改教学计划及教学大纲。这段时期教学计划比较注重数学、物理、化学等基础课，注重电工基础、电机学、工业电子学、调节原理等技术基础课，同时还加强了实践环节，包括实验、实习和“真刀真枪”的毕业设计等。但是这个时期存在专业划分过细，工科内容过重等问题。

改革开放之后，教学改革进入一个新的时期。为了适应科学技术的发展和人才市场从计划分配到自主择业转变的需要，清华大学电机系在 20世纪 80年代末把原来的电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电机及其控制等专业合并成“宽口径”的“电气工程及其自动化”专业，并且开始了更深刻的课程体系的改革。首先，技术基础课的课程设置和内容得到大大的拓展。不但像电工基础、电子学、电机学这些传统的技术基础课的教学内容得到更新，课时有所压缩，而且像计算机系列课、控制理论、信号与系统等信息科学的基础课程以及电力电子技术系列课已经规定为本专业必修课程。此外，网络和通信基础、数字信号处理、现代电磁测量等也列入了选修课程。其次，专业课程设置分为专业基础课和专业课两类，初步完成了从“拼盘”到“重组”的改革，覆盖了比原先 3个专业更宽广的领域。电力系统分析、高电压工程和电力传动与控制等成为专业基础课，另外，在专业课之外还有一组以扩大专业知识面和介绍新技术、新进展为主的任选课程。

虽然在电气工程学科基础上新产生的一些研究方向先后形成独立的学科或专业，但是曾经作为第三次工业革命三大动力之一的电气工程，其内涵和外延都会随着科学技术和社会经济的发展而发展。大功率电力电子器件、高温超导线材、大规模互联电网、混沌动力学、生物电磁学等新事物的出现和发展等，正在为电气工程学科的发展开辟新的空间。教学计划既要有相对的稳定，又要与时俱进、不断有所改革。相比之下，教材的建设往往相对滞后。因此，清华大学电机系决定分批出版电气工程系列教材，这些教材既反映近 10多年来广大教师积极进行教学改革已经取得的丰硕成果，也表明我们在教材建设上还要不断努力，为本专业和相关专业的教学提供优秀教材和教学参考书的决心。

这是一套关于电气工程学科的基本理论和应用技术的高等学校教材。主要读者对象为电气工程专业的本科生、研究生以及在本专业领域工作的科学工作者和工程技术人员。欢迎广大读者提出宝贵意见。

清华大学电气工程系列教材编委会 

2003年 8月于清华园

电力系统稳定分析的基本目的是判断在一种给定的运行方式下电力系统承受扰动的能力。为保证电力系统的正常运行，在电力系统的规划设计、生产计划安排、运行方式校核、控制装置设计和保护措施整定等各个环节都必须对系统的稳定性进行详细的分析、计算和评估。因此，电力系统稳定的基本概念和基本分析方法是电力系统相关知识体系中十分重要的基础组成部分。

电力系统稳定分析与潮流分析、故障分析并列为电力系统的三大计算，但是由于稳定分析和计算的对象通常是描述系统动态行为的高阶非线性微分方程组，其基本分析方法与潮流分析和故障分析有很大的不同，容易给初学者带来困扰。同时稳定分析的复杂度和难度也远高于另外两者，部分稳定现象至今仍没有成熟的分析方法，在机理、模型和算法等方面都还需要持续深入的研究工作。

本书以高等院校电力系统稳定分析课程的本科生教材为基本定位，以帮助读者确切理解电力系统稳定的基本概念并掌握基本分析方法为主要目的，采用由浅入深的讲授方法，即从简单系统入手，基于理想化的假设建立系统的基本模型，然后从数学推导和物理概念两方面综合论述，逐渐引出相关概念和基本分析方法，同时帮助读者逐渐熟悉稳定分析的基本思想，对于容易混淆的概念或者需要加深理解的知识点则采用讨论或页注的形式加以说明。对于稳定分析方法在实际工程问题中的应用则只进行了简单介绍。

全书共分七章。第 1章概述部分主要介绍稳定问题的意义、概念和分类，第 2章介绍了稳定分析中常用的发电机、励磁系统、调速系统和负荷的基本模型，第 3章和第 4章分别介绍了电力系统静态稳定和暂态稳定的基本概念和分析方法，第 5章电力系统暂态稳定的直接法主要侧重于对能量函数方法的介绍，第 6章和第 7章分别介绍了电力系统电压稳定、电力系统频率稳定方面的基本内容，附录部分列出了电力系统稳定分析中经常用到的一些数学知识。

本书的初稿是为清华大学电机系电力系统方向本科生的电力系统稳定分析与控制课程所编写的讲义，经过十多届本科生教学中的试用、修改而成书。由于电力系统稳定问题内涵和外延十分丰富，并且还在随着电力系统技术的发展而不断扩充，同时受作者的学识和能力所限，书中错误和不足之处在所难免，热忱欢迎读者批评指正。

编者 

2016年 1月 1日于清华园