В производстве электроэнергии , A генератор [1] представляет собой устройство , которое преобразует движущую силу ( механическая энергия ) в электрическую энергию для использования во внешнем контуре . Источники механической энергии включают паровые турбины , газовые турбины , водяные турбины , двигатели внутреннего сгорания , ветряные турбины и даже ручные кривошипы . Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея , был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем . Генераторы обеспечивают почти всю мощность дляэлектрические сети .
Обратное преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателем , а двигатели и генераторы имеют много общего. Многие двигатели могут иметь механический привод для выработки электроэнергии; часто они делают приемлемые ручные генераторы.
Терминология
Электромагнитные генераторы делятся на две большие категории: динамо-машины и генераторы переменного тока.
- Динамо генерирует пульсирующий постоянный ток за счет использования коммутатора .
- Генераторы вырабатывают переменный ток .
Механически генератор состоит из вращающейся части и неподвижной части:
- Ротор : вращающаяся часть электрической машины .
- Статор : неподвижная часть электрической машины, которая окружает ротор.
Одна из этих частей генерирует магнитное поле, другая имеет проволочную обмотку, в которой изменяющееся поле индуцирует электрический ток:
- Обмотка возбуждения или полевые (постоянные) магниты: компонент электрической машины, создающий магнитное поле . Магнитное поле динамо-машины или генератора переменного тока может создаваться либо проволочными обмотками, называемыми катушками возбуждения, либо постоянными магнитами . Генераторы с электрическим возбуждением включают систему возбуждения для создания потока поля. Генератор, использующий постоянные магниты (PM), иногда называют магнето или синхронным генератором с постоянными магнитами (PMSM).
- Якорь : компонент электрической машины, производящий энергию. В генераторе, генераторе или динамо-машине обмотки якоря генерируют электрический ток, который обеспечивает питание внешней цепи.
Якорь может находиться либо на роторе, либо на статоре, в зависимости от конструкции, с катушкой возбуждения или магнитом на другой части.
История
Прежде чем была открыта связь между магнетизмом и электричеством , были изобретены электростатические генераторы . Они работали на электростатических принципах, используя движущиеся электрически заряженные ремни, пластины и диски, которые переносили заряд на электрод с высоким потенциалом. Заряд генерировался одним из двух механизмов: электростатической индукцией или трибоэлектрическим эффектом . Такие генераторы генерировали очень высокое напряжение и слабый ток . Из-за своей неэффективности и сложности изолирования машин, вырабатывающих очень высокое напряжение, электростатические генераторы имели низкие номинальные мощности и никогда не использовались для выработки коммерчески значимых количеств электроэнергии. Их единственное практическое применение заключалось в питании первых рентгеновских трубок , а затем и некоторых ускорителей атомных частиц .
Генератор диска Фарадея
Принцип действия электромагнитных генераторов был открыт в 1831–1832 годах Майклом Фарадеем . Принцип, позже названный законом Фарадея , заключается в том, что электродвижущая сила генерируется в электрическом проводнике, который окружает изменяющийся магнитный поток .
Он также построил первый электромагнитный генератор, названный диском Фарадея ; тип униполярного генератора , использующий медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита . Он производил небольшое постоянное напряжение .
Эта конструкция была неэффективной из - за отмены самостоятельно противотоков тока в областях диска , которые не находились под воздействием магнитного поля. В то время как ток индуцировался непосредственно под магнитом, он будет циркулировать в обратном направлении в областях, которые находятся вне влияния магнитного поля. Этот противоток ограничивал мощность, подаваемую на провода датчика, и вызывал избыточный нагрев медного диска. Более поздние униполярные генераторы решат эту проблему за счет использования массива магнитов, расположенных по периметру диска, чтобы поддерживать эффект постоянного поля в одном направлении тока.
Другим недостатком было то, что выходное напряжение было очень низким из-за единственного пути тока через магнитный поток. Экспериментаторы обнаружили, что использование нескольких витков провода в катушке может производить более высокие и полезные напряжения. Поскольку выходное напряжение пропорционально количеству витков, генераторы могут быть легко сконструированы для получения любого желаемого напряжения путем изменения количества витков. Проволочные обмотки стали основным элементом всех последующих конструкций генераторов.
Джедлик и феномен самовозбуждения
Независимо от Фарадея, Аньос Йедлик в 1827 году начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он назвал электромагнитными самовращающимися роторами . В прототипе однополюсного электростартера (законченного между 1852 и 1854 годами) как неподвижная, так и вращающаяся части были электромагнитными. Это было также открытие принципа динамо самовозбуждения , [2] , который заменил постоянные конструкции магнита. Он также, возможно, сформулировал концепцию динамо-машины в 1861 году (до Сименса и Уитстона ), но не запатентовал ее, так как думал, что не был первым, кто это понял. [3]
Генераторы постоянного тока
Катушка с проволокой, вращающаяся в магнитном поле, производит переменный ток (AC), который меняет направление при каждом повороте на 180 ° . Однако для многих ранних применений электроэнергии требовался постоянный ток . В первых практических электрических генераторах, называемых динамо , переменный ток преобразовывался в постоянный с помощью коммутатора , набора вращающихся переключающих контактов на валу якоря. Коммутатор менял местами подключение обмотки якоря к цепи каждые 180 ° поворота вала, создавая пульсирующий постоянный ток. Одна из первых динамо-машин была построена Ипполитом Пикси в 1832 году.
Динамо был первым электрическим генератором , способным выдавать мощность для промышленности. Вулрич Электрический генератор 1844, в настоящее время в Thinktank, Бирмингем Музей науки , является самым ранним электрический генератор используется в промышленном процессе. [4] Он использовался фирмой Elkingtons для промышленного нанесения гальванических покрытий . [5] [6] [7]
Современная динамо-машина, пригодная для использования в промышленности, была изобретена независимо сэром Чарльзом Уитстоном , Вернером фон Сименсом и Сэмюэлем Альфредом Варли . Варли получил патент 24 декабря 1866 года, в то время как Сименс и Уитстон объявили о своих открытиях 17 января 1867 года, последний представил доклад о своем открытии Королевскому обществу .
В «динамо-электрической машине» для создания поля статора использовались автономные катушки электромагнитного поля, а не постоянные магниты. [8] Конструкция Уитстона была похожа на конструкцию Сименса, с той разницей, что в конструкции Сименса электромагниты статора были включены последовательно с ротором, но в конструкции Уитстона они были параллельны. [9] Использование электромагнитов вместо постоянных магнитов значительно увеличило выходную мощность динамо-машины и впервые позволило выработать высокую мощность. Это изобретение привело непосредственно к первым крупным промышленным применениям электроэнергии. Например, в 1870-х годах Сименс использовал электромагнитные динамо-машины для питания электродуговых печей для производства металлов и других материалов.
Разработанная динамо-машина состояла из стационарной конструкции, обеспечивающей магнитное поле, и набора вращающихся обмоток, которые вращаются в этом поле. На более крупных машинах постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, которые обычно называют катушками возбуждения.
Динамо-машины для генерации большой энергии сейчас редко можно увидеть из-за почти повсеместного использования переменного тока для распределения энергии. До внедрения переменного тока единственными средствами производства и распределения электроэнергии были очень большие динамо-машины постоянного тока. Переменный ток стал доминирующим из-за способности переменного тока легко преобразовываться в и из очень высоких напряжений, чтобы обеспечить низкие потери на больших расстояниях.
Синхронные генераторы (генераторы переменного тока)
Благодаря ряду открытий динамо-машина была заменена многими более поздними изобретениями, особенно генератором переменного тока , который был способен генерировать переменный ток . Обычно это синхронные генераторы (SG). Синхронные машины напрямую подключены к сети и должны быть правильно синхронизированы во время запуска. [10] Более того, они возбуждаются специальным контролем для повышения стабильности энергосистемы. [11]
Системы генерации переменного тока были известны в простых формах из первоначального открытия Майклом Фарадеем магнитной индукции электрического тока . Сам Фарадей построил первый генератор переменного тока. Его машина представляла собой «вращающийся прямоугольник», работа которого была гетерополярной - каждый активный проводник последовательно проходил через области, где магнитное поле было в противоположных направлениях. [12]
Большие двухфазные генераторы переменного тока были построены британским электриком Дж. Э. Гордоном в 1882 году. Первая публичная демонстрация «системы генератора переменного тока» была проведена Уильямом Стэнли-младшим , сотрудником Westinghouse Electric в 1886 году [13].
Себастьян Зиани де Ферранти основал Ферранти, Томпсон и Инс в 1882 году для продажи своего генератора переменного тока Ферранти-Томпсона , изобретенного с помощью известного физика лорда Кельвина . [14] Его ранние генераторы переменного тока производили частоты от 100 до 300 Гц . В 1887 году Ферранти спроектировал Дептфордскую электростанцию для Лондонской корпорации электроснабжения, используя систему переменного тока. После завершения строительства в 1891 году это была первая по-настоящему современная электростанция, обеспечивающая высоковольтным переменным током, который затем был «понижен» для использования потребителями на каждой улице. Эта базовая система по-прежнему используется во всем мире.
После 1891 года были введены многофазные генераторы переменного тока для питания токов нескольких различных фаз. [15] Более поздние генераторы переменного тока были разработаны для изменения частот переменного тока от шестнадцати до примерно ста герц, для использования с дуговым зажиганием, лампами накаливания и электродвигателями. [16]
Самовозбуждение
По мере роста требований к более крупномасштабной выработке электроэнергии возникло новое ограничение: магнитные поля, создаваемые постоянными магнитами. Отвод небольшого количества энергии, генерируемой генератором, на катушку электромагнитного поля, позволял генератору производить значительно большую мощность. Эта концепция получила название самовозбуждения .
Катушки возбуждения включены последовательно или параллельно обмотке якоря. Когда генератор впервые начинает вращаться, небольшое количество остаточного магнетизма, присутствующее в железном сердечнике, создает магнитное поле для его запуска, генерируя небольшой ток в якоре. Он протекает через катушки возбуждения, создавая большее магнитное поле, которое генерирует больший ток якоря. Этот процесс «начальной загрузки» продолжается до тех пор, пока магнитное поле в сердечнике не выровняется из-за насыщения, и генератор не достигнет установившейся выходной мощности.
В генераторах очень больших электростанций часто используется отдельный генератор меньшего размера для возбуждения катушек возбуждения большей. В случае серьезного повсеместного отключения электроэнергии, когда произошло изолирование электростанций, станциям может потребоваться выполнить черный пуск, чтобы возбудить поля своих крупнейших генераторов, чтобы восстановить энергоснабжение потребителей.
Специализированные типы генераторов
Постоянный ток (DC)
В динамо-машине используются коммутаторы для производства постоянного тока. Он самовозбуждается , т. Е. Его полевые электромагниты питаются от собственного выхода машины. Другие типы генераторов постоянного тока используют отдельный источник постоянного тока для питания своих полевых магнитов.
Униполярный генератор
Униполярный генератор - это электрический генератор постоянного тока, содержащий электропроводящий диск или цилиндр, вращающийся в плоскости, перпендикулярной однородному статическому магнитному полю. Между центром диска и ободом (или концами цилиндра) создается разность потенциалов, электрическая полярность которой зависит от направления вращения и ориентации поля.
Он также известен как униполярный генератор , ациклический генератор , дисковая динамо-машина или диск Фарадея . Напряжение обычно низкое, порядка нескольких вольт в случае небольших демонстрационных моделей, но большие исследовательские генераторы могут вырабатывать сотни вольт, а в некоторых системах есть несколько генераторов, подключенных последовательно для создания еще большего напряжения. [17] Они необычны тем, что могут производить огромный электрический ток, иногда более миллиона ампер , потому что униполярный генератор может иметь очень низкое внутреннее сопротивление.
Магнитогидродинамический (МГД) генератор
Магнитогидродинамический генератор напрямую извлекает электроэнергию из движущихся горячих газов через магнитное поле без использования вращающихся электромагнитных механизмов. Первоначально МГД-генераторы были разработаны, потому что выходной сигнал плазменного МГД-генератора представляет собой пламя, способное нагревать котлы паровой электростанции . Первой практичной конструкцией был AVCO Mk. 25, разработанная в 1965 году. Правительство США профинансировало значительные разработки, кульминацией которых стала демонстрационная установка мощностью 25 МВт в 1987 году. В Советском Союзе с 1972 года до конца 1980-х годов МГД-установка U 25 регулярно эксплуатировалась в энергосистеме Москвы с рейтинг 25 МВт, самый большой рейтинг МГД в мире на то время. [18] МГД-генераторы, работающие в режиме долива , в настоящее время (2007 г.) менее эффективны, чем газовые турбины с комбинированным циклом .
Переменный ток (AC)
Индукционный генератор
Асинхронные двигатели переменного тока могут использоваться как генераторы, преобразующие механическую энергию в электрический ток. Индукционные генераторы работают за счет механического вращения ротора со скоростью, превышающей синхронную, что приводит к отрицательному скольжению. Обычный асинхронный двигатель переменного тока обычно можно использовать в качестве генератора без каких-либо внутренних модификаций. Индукционные генераторы полезны в таких приложениях, как мини-гидроэлектростанции, ветряные турбины или для снижения газовых потоков высокого давления до более низкого давления, потому что они могут восстанавливать энергию с помощью относительно простых средств управления. Для них не требуется цепь возбудителя, поскольку вращающееся магнитное поле создается индукцией от цепи статора. Они также не требуют оборудования для регулятора скорости, поскольку по своей природе работают на частоте подключенной сети.
Для работы индукционный генератор должен быть возбужден опережающим напряжением; Обычно это делается путем подключения к электрической сети, или иногда они самовозбуждаются с помощью фазокорректирующих конденсаторов.
Линейный электрогенератор
В простейшей форме линейного электрического генератора скользящий магнит перемещается вперед и назад через соленоид - катушку с медной проволокой. Переменный ток индуцируется в петлях проволоки закона индукции Фарадея каждый раз , когда магнит скользит через. Этот тип генератора используется в фонарике Фарадея . В волновых схемах питания используются более крупные линейные генераторы электроэнергии .
Генераторы постоянной частоты с регулируемой частотой вращения
Многие попытки использования возобновляемых источников энергии стремятся использовать естественные источники механической энергии (ветер, приливы и т. Д.) Для производства электроэнергии. Поскольку мощность этих источников колеблется, стандартные генераторы с постоянными магнитами и фиксированными обмотками будут выдавать нерегулируемые напряжение и частоту. Накладные расходы на регулирование (будь то перед генератором через редуктор или после генерации электрическими средствами) высоки пропорционально доступной естественной энергии.
Новые конструкции генераторов, такие как асинхронный или индукционный генератор с одинарным питанием, генератор с двойным питанием или генератор с бесщеточным ротором и двойным питанием, находят успех в применениях с регулируемой скоростью и постоянной частотой, таких как ветряные турбины или другие технологии возобновляемой энергии . Таким образом, в определенных случаях использования эти системы предлагают преимущества по стоимости, надежности и эффективности.
Общие варианты использования
Электростанция
Электростанция , также упоминается как электростанция или электростанция , а иногда генерирующей станция или станция , генерирующей , является промышленным объектом для генерации в электроэнергии . Большинство электростанций содержат один или несколько генераторов - вращающуюся машину, преобразующую механическую энергию в трехфазную электрическую энергию . Относительное движение между магнитным полем и проводником создает электрический ток . Источник энергии, используемый для поворота генератора, сильно различается. Большинство электростанций в мире используют ископаемые виды топлива, такие как уголь , нефть и природный газ, для выработки электроэнергии. Более чистые источники включают ядерную энергию и все более широкое использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная , ветровая , волновая и гидроэлектростанция .
Автомобильные генераторы
Дорожная техника
Автотранспортным средствам требуется электрическая энергия для питания своих приборов, поддержания работы двигателя и подзарядки батарей. Примерно до 1960-х годов в автомобилях, как правило, использовались генераторы постоянного тока (динамо- машины ) с электромеханическими регуляторами. Следуя описанной выше исторической тенденции и по многим из тех же причин, они были заменены генераторами переменного тока со встроенными выпрямительными цепями.
Велосипеды
Велосипедам требуется энергия для питания ходовых огней и другого оборудования. На велосипедах используются два распространенных типа генераторов: бутылочные динамо-машины, которые задействуют шину велосипеда по мере необходимости, и динамо-втулки, которые прикрепляются непосредственно к трансмиссии велосипеда. Название условно, поскольку это небольшие генераторы переменного тока с постоянными магнитами, а не машины постоянного тока с самовозбуждением, как динамо- машины . Некоторые электрические велосипеды способны к рекуперативному торможению , когда приводной двигатель используется в качестве генератора для рекуперации некоторой энергии во время торможения.
Парусные лодки
Парусные лодки могут использовать водяной или ветряной генератор для подзарядки аккумуляторов. Небольшой пропеллер , ветряная турбина или крыльчатка подключены к маломощному генератору для подачи токов с типичной скоростью ветра или крейсерской скоростью.
Электрические скутеры
Электросамокаты с рекуперативным торможением стали популярными во всем мире. Инженеры используют системы рекуперации кинетической энергии на скутере, чтобы снизить потребление энергии и увеличить его диапазон до 40-60% за счет простой рекуперации энергии с помощью магнитного тормоза, который генерирует электрическую энергию для дальнейшего использования. Современные автомобили развивают скорость до 25–30 км / ч и могут разгоняться до 35–40 км.
Генераторная установка
Двигатель-генератор представляет собой сочетание электрического генератора и двигателя ( тягача ) смонтированы вместе , чтобы сформировать одну часть автономного оборудования. Обычно используются поршневые двигатели, но также могут использоваться газовые турбины, и есть даже гибридные дизель-газовые агрегаты, называемые двухтопливными агрегатами. Доступно множество различных версий двигателей-генераторов - от очень маленьких переносных бензиновых агрегатов до больших турбинных установок. Основным преимуществом двигателей-генераторов является возможность независимого электроснабжения, что позволяет использовать их в качестве резервного источника питания. [19]
Электрические генераторы с приводом от человека
Генератор также может приводиться в движение силой мышц человека (например, в оборудовании полевой радиостанции).
Электрогенераторы с приводом от человека доступны в продаже и были проектом некоторых энтузиастов DIY . Такие генераторы, обычно управляемые с помощью педали, переделанного велосипедного тренажера или ножного насоса, могут практически использоваться для зарядки аккумуляторов, а в некоторых случаях они разработаны со встроенным инвертором. В среднем «здоровый человек» может стабильно производить 75 Вт (0,1 лошадиных сил) в течение полных восьми часов, в то время как «спортсмен первого класса» может производить примерно 298 ватт (0,4 лошадиных силы) за аналогичный период. По окончании которого потребуется неопределенный период отдыха и восстановления. При мощности 298 Вт средний «здоровый человек» истощается в течение 10 минут. [21] Полезная электрическая мощность, которая может быть произведена, будет меньше из-за эффективности генератора. Переносные радиоприемники с рукояткой сделаны, чтобы снизить потребность в приобретении батарей, см. Заводное радио . В середине 20-го века радиоприемники с педальным приводом использовались повсюду в австралийской глубинке для обеспечения школьного образования ( Воздушная школа ), медицинских и других нужд на удаленных станциях и в городах.
Механическое измерение
Тахогенератор - это электромеханическое устройство, вырабатывающее выходное напряжение, пропорциональное скорости вращения вала. Его можно использовать для индикатора скорости или в системе управления скоростью с обратной связью. Тахогенераторы часто используются для питания тахометров для измерения скорости электродвигателей, двигателей и оборудования, которое они питают. Генераторы вырабатывают напряжение, примерно пропорциональное скорости вала. Благодаря точной конструкции и конструкции генераторы могут быть сконструированы для получения очень точных напряжений для определенных диапазонов скоростей вала. [ необходима цитата ]
Эквивалентная схема
Эквивалентная схема генератора и нагрузки показана на соседней диаграмме. Генератор представлен абстрактным генератором, состоящим из идеального источника напряжения и внутреннего импеданса. Генератор а также Параметры могут быть определены путем измерения сопротивления обмотки (с поправкой на рабочую температуру ), а также измерения холостого хода и напряжения нагрузки для определенной токовой нагрузки.
Это простейшая модель генератора, для ее точного представления могут потребоваться дополнительные элементы. В частности, можно добавить индуктивность, чтобы учесть обмотки машины и магнитный поток рассеяния [22], но полное представление может стать намного более сложным, чем это. [23]
Смотрите также
- Дизельный генератор
- Производство электроэнергии
- Электродвигатель
- Двигатель-генератор
- Закон индукции Фарадея
- Газовая турбина
- Планирование расширения генерации
- Фактор доброты
- Паровая турбина
- Сверхпроводящая электрическая машина
- Термогенератор
Рекомендации
- ^ Также называется электрическим генератором , электрическим генератором и электромагнитным генератором .
- ↑ Август Хеллер (2 апреля 1896 г.). "Анианус Едлик" . Природа . Норман Локьер. 53 (1379): 516. Bibcode : 1896Natur..53..516H . DOI : 10.1038 / 053516a0 .
- ^ Август Хеллер (2 апреля 1896 г.), "Anianus Jedlik" , Nature , Norman Lockyer, 53 (1379): 516, Bibcode : 1896Natur..53..516H , doi : 10.1038 / 053516a0
- ^ Бирмингем Музеи трест каталог, инвентарный номер: 1889S00044
- ^ Томас, Джон Мейриг (1991). Майкл Фарадей и Королевский институт: гений человека и места . Бристоль: Хильгер. п. 51. ISBN 978-0750301459.
- ^ Beauchamp, KG (1997). Выставка электроэнергии . ИЭПП. п. 90. ISBN 9780852968956.
- ^ Хант, LB (март 1973). «Ранняя история позолоты» . Золотой бюллетень . 6 (1): 16–27. DOI : 10.1007 / BF03215178 .
- ^ Berliner Berichte . Январь 1867 г. Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) - ^ Труды Королевского общества . 14 февраля 1867 г. Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) - ^ Шефер, Ричард К. (январь – февраль 2017 г.). «Искусство генераторной синхронизации». IEEE Transactions по отраслевым приложениям . 53 (1): 751–757. DOI : 10.1109 / tia.2016.2602215 . ISSN 0093-9994 . S2CID 15682853 .
- ^ Basler, Майкл Дж .; Шефер, Ричард К. (2008). «Понимание стабильности энергосистемы». IEEE Transactions по отраслевым приложениям . 44 (2): 463–474. DOI : 10.1109 / tia.2008.916726 . ISSN 0093-9994 . S2CID 62801526 .
- ^ Томпсон, Сильванус П., Динамо-электрические машины . стр.7
- ^ Блэлок, Томас Дж., " Электрификация переменного тока, 1886 ". Центр истории IEEE, IEEE Milestone. ( ред . первая практическая демонстрация системы генератор постоянного тока - трансформатор переменного тока.)
- ^ Ferranti Срок архивации 3 октября 2015, в Wayback Machine - Музей науки и промышленности ( по состоянию на 22.02.2012)
- ^ Томпсон, Сильванус П., Динамо-электрические машины . стр.17
- ^ Томпсон, Сильванус П., Динамо-электрические машины . стр.16
- ^ Losty, HHW & Льюис, DL (1973) Униполярные машины. Философские труды для Лондонского королевского общества. Серия А, Математические и физические науки. 275 (1248), 69-75
- ^ Лэнгдон Крейн, Магнитогидродинамический (МГД) генератор энергии: больше энергии за счет меньшего количества топлива, номер выпуска IB74057 , Исследовательская служба Библиотеки Конгресса США, 1981 г., извлечено из Digital.library.unt.edu 18 июля 2008 г.
- ^ «Готовность к ураганам: защита, обеспечиваемая генераторами | Включение с Марком Ламом» . Wpowerproducts.com. 10 мая 2011г . Проверено 24 августа 2012 .
- ↑ « Генераторы ушли, протестующие с Уолл-стрит пробуют силу на велосипеде» , Колин Мойнихан, New York Times , 30 октября 2011 г .; по состоянию на 2 ноября 2011 г.
- ^ «Программа: hpv (обновлено 22.06.11)» . Ohio.edu . Проверено 24 августа 2012 .
- ^ Джефф Клемпнер, Исидор Керсенбаум, «1.7.4 Эквивалентная схема», Справочник по эксплуатации и техническому обслуживанию большого турбогенератора , John Wiley & Sons, 2011 (издание Kindle) ISBN 1118210409 .
- ^ Йошихиде Hase, "10: Теория генераторов", Справочник Power System Engineering , John Wiley & Sons, 2007 ISBN 0470033665 .