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1 绪论1

1.1 直流输电技术的发展概况1

1.1.1 直流输电技术发展简史1

1.1.2 柔性直流输电工程介绍3

1.2 柔性直流输电技术的基本原理13

1.3 柔性直流输电系统构成方式17

1.3.1 两端柔性直流输电系统17

1.3.2 多端柔性直流输电系统20

1.4 柔性直流输电系统的特点21

1.4.1 柔性直流输电系统的优点21

1.4.2 柔性直流输电系统的不足之处24

1.4.3 柔性直流输电的适用场合24

1.5 柔性直流输电和常规直流输电的对比26

1.5.1 换流站26

1.5.2 输电线路28

1.5.3 控制性能29

1.5.4 与交流电网的关系29

1.5.5 多端直流输电30

1.5.6 技术经济性30

1.5.7 对环境的影响31

1.6 柔性直流输电发展前景34

1.6.1 柔性直流输电技术发展方向34

1.6.2 柔性直流输电工程应用发展趋势35

1.6.3 柔性直流输电技术在国内的应用前景36

2 电压源换流器的工作原理及调制方式38

2.1 概述38

2.2 单相两电平电压源换流器39

2.2.1 基本工作原理40

2.2.2 方波调制时的特性分析41

2.2.3 PWM调制时的特性分析42

2.3 三相两电平电压源换流器45

2.3.1 主电路拓扑结构45

2.3.2 方波调制时的工作原理及特性46

2.3.3 PWM调制时的工作原理及特性55

2.4 多电平电压源换流器59

2.4.1 箝位型多电平电压源换流器59

2.4.2 级联型多电平电压源换流器64

2.4.3 模块化多电平电压源换流器66

2.5 多脉波电压源换流器71

2.6 调制方式74

2.6.1 两电平电压源换流器调制方式74

2.6.2 多电平电压源换流器调制方式81

3 柔性直流输电系统特性87

3.1 概述87

3.2 柔性直流输电系统的基本调节方式及其特性87

3.2.1 基本调节方式87

3.2.2 交流侧调节特性89

3.2.3 直流侧特性92

3.3 联结变压器的调节94

3.4 柔性直流输电工程额定值95

3.4.1 直流功率额定值95

3.4.2 直流电压额定值95

3.4.3 直流电流额定值96

3.5 柔性直流输电系统的过负荷96

3.6 柔性直流输电系统的降压运行97

3.7 直流功率反送98

3.8 柔性直流输电系统运行方式99

3.8.1 交流侧接线方式100

3.8.2 直流侧接线方式100

3.8.3 柔性直流输电系统的控制方式102

3.9 柔性直流输电系统损耗104

3.9.1 柔性直流输电系统损耗计算方法104

3.9.2 柔性直流输电系统损耗的分类105

3.9.3 主设备损耗105

3.9.4 换流站其他辅助设备损耗117

3.10 多端直流输电系统及其调节特性118

3.10.1 多端柔性直流输电系统接线方式118

3.10.2 多端柔性直流输电系统的控制原则119

3.10.3 基于直流电压偏差的多端直流输电控制策略及其调节特性119

4 柔性直流输电系统控制121

4.1 概述121

4.2 柔性直流输电基本控制原理122

4.3 柔性直流输电系统级控制123

4.3.1 系统级有功功率类控制123

4.3.2 系统级无功功率类控制126

4.4 柔性直流输电换流站级控制128

4.4.1 间接电流控制129

4.4.2 直接电流控制132

4.4.3 控制器限流144

4.4.4 柔性直流输电系统的启动控制145

4.5 柔性直流输电换流阀级控制147

4.5.1 触发脉冲生成147

4.5.2 换流器阀触发技术148

4.6 系统故障时柔性直流输电换流站级控制150

4.6.1 系统故障时系统级控制方式的转换150

4.6.2 系统故障时换流站级控制151

5 柔性直流输电系统的故障与保护159

5.1 概述159

5.2 换流站内部故障160

5.2.1 内部交流母线故障160

5.2.2 负序分量与换流器的作用166

5.2.3 换流器的阻抗频率特性172

5.2.4 交流母线故障分析180

5.2.5 直流母线故障184

5.2.6 阀体故障184

5.2.7 元件失效188

5.3 交流系统故障192

5.3.1 交流电压不平衡192

5.3.2 工频电压的过度变化193

5.3.3 交流侧雷电过电压195

5.3.4 交流操作过电压195

5.3.5 交流电压相移196

5.3.6 故障后恢复196

5.4 直流系统故障197

5.4.1 直流电缆故障198

5.4.2 直流架空线故障205

5.4.3 直流母线雷击过电压205

5.4.4 直流过电压206

5.4.5 单极系统故障207

5.5 保护原理207

5.6 保护类型和故障清除操作208

5.7 保护配置原则与特点209

5.7.1 保护配置原则209

5.7.2 直流保护特点210

5.8 换流站保护配置211

5.8.1 换流器保护区211

5.8.2 交流开关场保护区212

5.8.3 直流线路保护区214

5.8.4 换流站保护示例215

6 柔性直流输电系统谐波216

6.1 概述216

6.2 换流器的谐波217

6.2.1 基频开关调制217

6.2.2 PWM调制217

6.2.3 多脉波与多电平换流器219

6.3 谐波的危害221

6.3.1 在旋转电机和电容器等电气设备中产生附加损耗和发热221

6.3.2 谐波谐振过电压221

6.3.3 对电话线路的干扰221

6.4 减小谐波的方法222

6.4.1 改造谐波源以减小谐波222

6.4.2 装设滤波器减小谐波222

6.4.3 改变系统参数减小谐波222

6.5 换流站交流侧滤波系统223

6.5.1 功能和类型223

6.5.2 评定滤波效果的准则223

6.5.3 换流器引入电网的谐波电压225

6.5.4 滤波器设计226

6.5.5 滤波器性能分析235

6.5.6 型式选择原则238

6.6 换流站直流侧滤波系统240

6.6.1 功能和类型240

6.6.2 评定滤波效果的准则240

6.6.3 滤波器设计241

6.6.4 滤波器性能分析242

6.6.5 型式选择原则243

7 柔性直流输电系统主要设备244

7.1 概述244

7.2 换流站主接线及其布局245

7.2.1 换流站主接线245

7.2.2 换流站布局248

7.3 电压源换流器阀251

7.3.1 电压源换流器阀的结构252

7.3.2 电压源换流器阀的应力分析263

7.3.3 电压源换流器阀的冷却系统269

7.3.4 电压源换流器阀的试验271

7.4 直流电容器273

7.4.1 直流电容器的功能273

7.4.2 直流电容的设计原则273

7.4.3 直流电容参数设计方法274

7.4.4 子模块电容器参数设计方法276

7.5 联结变压器278

7.5.1 联结变压器的功能278

7.5.2 联结变压器特性278

7.5.3 联结变压器参数选择280

7.6 相电抗器282

7.6.1 相电抗器的功能282

7.6.2 相电抗器的设计原则283

7.6.3 相电抗器参数选择283

7.7 开关设备286

7.7.1 进线断路器286

7.7.2 直流断路器287

7.8 测量装置287

7.8.1 直流电流测量装置287

7.8.2 直流电压测量装置288

7.8.3 微分电流互感器288

7.9 站用电系统289

7.9.1 站用交流电源289

7.9.2 站用直流电源289

7.9.3 不间断电源289

7.10 换流站其他设备290

7.10.1 高频滤波器290

7.10.2 中性点接地支路290

7.10.3 直流电抗器290

7.10.4 共模抑制电抗器290

7.11 直流输电线路291

7.11.1 直流架空线路291

7.11.2 直流电缆线路295

8 柔性直流输电在风电场并网中的研究299

8.1 概述299

8.2 大规模风电场并网系统300

8.2.1 无功功率/交流电压控制300

8.2.2 有功功率/频率控制300

8.3 风电场并网导则概述301

8.3.1 频率误差和运行要求301

8.3.2 故障穿越能力301

8.3.3 有功功率控制要求302

8.3.4 交流电压控制/无功控制能力方面的要求302

8.3.5 频率控制基本要求303

8.3.6 电能质量要求303

8.4 并网异步机风电场的电压稳定性问题304

8.4.1 恒速风电机组静态电压稳定分析304

8.4.2 恒速风电机组暂态电压稳定分析305

8.5 大功率电力电子装置在风电场并网系统中的应用306

8.5.1 风电场的高压交流输电并网方式306

8.5.2 风电场的高压直流输电并网方式307

8.6 基于风电场并网应用的柔性直流输电系统控制309

8.6.1 并网系统送端站的控制309

8.6.2 并网系统受端站的控制311

8.7 基于柔性直流输电的风电场并网实例312

8.7.1 苏格兰西部群岛风电场并网工程312

8.7.2 德国NORDE.ON1风电场313

8.8 CIGRE风电场并网标准模型的仿真研究314

8.8.1 CIGRE风电场并网系统标准模型314

8.8.2 风电场并网仿真系统描述315

8.8.3 风电场并网系统仿真研究315

8.9 结论320

9 柔性直流输电示范工程321

9.1 概述321

9.2 示范工程系统设计322

9.2.1 示范工程主要设计参数322

9.2.2 示范工程系统接入方式323

9.2.3 示范工程系统运行方式323

9.3 一次回路设计325

9.3.1 换流站一次电气主接线325

9.3.2 主要设备参数配置327

9.4 控制保护系统设计327

9.4.1 示范工程控制策略设计327

9.4.2 示范工程保护策略设计329

9.4.3 示范工程控制保护装置331

附录1 名词术语335

附录2 已建/在建的柔性直流输电工程339

参考文献344