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第1章 绪论 1

1.1 常规的电力网 1

1.1.1 电力传输原理 1

1.1.2 有源系统之间的功率传输 2

1.1.3 对用户负荷的功率传输 3

1.2 趋向更灵活的电网 4

1.2.1 电力电子控制 4

1.2.2 静止电力换流器 4

1.3 高压直流输电 6

1.3.1 基于晶闸管的CSC输电 7

1.3.2 基于绝缘栅双极晶体管（IGBT）的VSC直流输电 8

1.3.3 多端HVDC 9

1.3.4 用于HVDC的灵活性概念 10

1.4 AC和DC输电线功率传送能力对比 10

1.5 分布式发电的影响 13

1.6 放松电力管制的影响 13

1.6.1 输电网作为活跃的电力市场成员 13

1.6.2 系统互联的比较 14

1.7 讨论 14

参考文献 15

第2章 半导体电力器件 17

2.1 引言 17

2.2半导体原理 17

2.3 电力半导体元件 18

2.3.1 pn整流管 18

2.3.2 晶体管 20

2.3.3 金属氧化物半导体场效应晶体管 20

2.4 电力开关的动态应力 21

2.4.1 电压变化率（dv/dt） 21

2.4.2 电流变化率（di/dt） 22

2.4.3 串联链中均压问题 22

2.5 其他开关问题 22

2.5.1 开关频率 22

2.5.2 开关损耗 22

2.5.3 软开关 23

2.5.4 阻尼器的使用 23

2.6 晶闸管型电力开关 24

2.6.1 晶闸管 24

2.6.2 门极关断晶闸管（GTO） 27

2.6.3 集成门极换相晶闸管（IGCT） 29

2.6.4 MOS关断晶闸管（MTO） 31

2.6.5 MOS栅控晶闸管（MCT） 32

2.6.6 发射极关断晶闸管（ETO） 33

2.7 绝缘栅双极晶体管（IGBT） 34

2.7.1 IGBT（串联）链 36

2.7.2 静态和动态均压 36

2.8 二极管 37

2.9 预测评估 39

2.9.1 参数定额和应用 39

2.9.2 相对损耗 41

参考文献 41

第3章 电网换相HVDC换流 43

3.1 引言 43

3.2 三相AC-DC换流 43

3.2.1 CSC基本工作原理 44

3.2.2 延迟触发的影响 45

3.3 换相过程 47

3.3.1 换相电路的分析 47

3.4 整流运行 49

3.5 逆变运行 51

3.6 功率因数和无功功率 53

3.7 特征谐波 55

3.7.1 直流侧谐波 55

3.7.2 交流侧谐波 56

3.8 多脉波换流 58

3.8.1 变压器移相 58

3.8.2 直流纹波重注入 60

3.9 非特征谐波和间谐波 64

3.9.1 非理想交流电源 65

3.9.2 直流电流调制 68

3.9.3 控制系统的不完善 69

3.9.4 不对称开通 69

3.9.5 低次谐波的放大 69

3.10 用滤波器降低谐波 70

3.10.1 交流侧滤波器 70

3.10.2 直流侧滤波器 72

3.11 跨越LCC频率交叉调制 72

3.12 总结 73

参考文献 74

第4章 自换相换流 76

4.1 引言 76

4.2 电压源换流 76

4.2.1 VSC运行原理 76

4.2.2 换流器的组件 80

4.2.3 三相VSC 82

4.3 LCC和VSC的比较 89

4.4 电流源换流 90

4.4.1 CSC波形的分析 91

4.5 自换相的重注概念 92

4.5.1 VSC中的应用 92

4.5.2 CSC中的应用 96

4.6 讨论 98

参考文献 99

第5章 脉冲宽度调制 100

5.1 引言 100

5.2 PWM工作原理 100

5.3 特定谐波消除 101

5.4 （基于载波的）正弦PWM 103

5.5 基于载波的PWM实施 105

5.5.1 自然采样的PWM 105

5.5.2 规则采样 107

5.6 多桥换流器的调制 108

5.7 总结 110

参考文献 110

第6章 多电平换流 112

6.1 引言 112

6.2 二极管箝位 113

6.2.1 三电平中性点箝位VSC 113

6.2.2 五电平二极管箝位VSC 116

6.2.3 二极管箝位结构的一般特点 119

6.3 飞跨电容器拓扑 124

6.3.1 三电平飞跨电容器 124

6.3.2 多电平飞跨电容器 124

6.4 级联H桥拓扑 127

6.5 混合PWM多电平换流 129

6.6 多电平换流器的相关优点 131

6.6.1 用于HVDC中不同拓扑结构的成本比较 132

参考文献 133

第7章 多电平直流重注 134

7.1 引言 134

7.2 多电平重注换流器中的软开关 134

7.3 箝位控制MLVR 135

7.3.1 开通配合 138

7.3.2 电压波形分析 138

7.3.3 输出电流分析 141

7.3.4 电容器均压 143

7.3.5 动态性能 148

7.4 变压器耦合MLVR 151

7.5 级联H桥MLVR 155

7.5.1 基本结构和波形 155

7.5.2 重注桥的开关方式 157

7.5.3 级联H-桥链的设计 160

7.5.4 电容器的均压 161

7.5.5 STATCOM的应用 164

7.6 MLVR方案主要性能总结 169

7.7 多电平电流重注（MLCR） 169

7.7.1 结构和运行原理 169

7.7.2 自换相晶闸管换流 171

7.7.3 EMTDC验证 174

7.8 MLCR-CSC和MLVR-VSC的比较 179

参考文献 179

第8章 电网换相的CSC输电 181

8.1 引言 181

8.2 电网换相直流输电换流器 181

8.3 HVDC换流站的扰动 187

8.4 HVDC联接的结构 188

8.5 直流系统结构 192

8.6 直流系统的控制和运行 194

8.6.1 基本原理 194

8.6.2 分级控制 196

8.6.3 整体控制的配合 196

8.6.4 极控 198

8.6.5 换流器单元控制 204

8.7 交-直流系统的相互作用 206

8.7.1 电压相互作用 207

8.7.2 动态电压调整 207

8.7.3 交流系统的动态稳定 208

8.7.4 直流互联系统的阻尼控制 209

8.7.5 阻尼次同步谐振 209

8.7.6 有功功率和无功功率的协调 210

8.7.7 交流系统的暂态稳定 210

8.8 交-直-交系统的频率相互作用 210

8.8.1 直流联接中的谐波交叉调制 210

8.8.2 互补和混合谐振 213

8.9 直流联接对外部扰动的响应 214

8.9.1 对交流系统故障的响应 214

8.9.2 对直流线路故障的响应 217

8.10 LCC输电的可靠性 218

8.11 小结 219

参考文献 220

第9章 基于电网换相HVDC输电技术的发展 222

9.1 概述 222

9.2 电容换相换流 222

9.2.1 CCC运行原理 224

9.2.2 性能仿真 224

9.3 连续调谐的交流滤波器 226

9.4 直流侧有源滤波器 226

9.5 STATCOM辅助直流输电 227

9.6 用于高压直流输电的交流线路改造 231

9.6.1 三极直流输电 232

9.7 600kV以上高压直流输电 233

9.8 结论 234

参考文献 234

第10章 基于电压源换流的直流输电 236

10.1 引言 236

10.2 电力传输特性 236

10.2.1 电流关系 238

10.3 VSC联接的结构 240

10.3.1 VSC-HVDC电缆技术 241

10.4 VSC直流系统控制 242

10.4.1 一般原理 242

10.4.2 分层控制 244

10.4.3 直流联接控制协调 245

10.4.4 VSC输电的控制容量 246

10.4.5 VSC控制对电网恢复的作用 247

10.5 轻型高压直流输电技术 248

10.5.1 两电平PWM工程 249

10.5.2 三电平PWM工程 252

10.5.3 轻型HVDC的性能 255

10.6 其他VSC输电项目 260

10.7 多端直流配电系统的发展潜力 262

10.8 讨论 264

参考文献 265

第11章 多电平VSC和CSC输电 267

11.1 引言 267

11.2 多电平VSC输电 268

11.2.1 潮流的考虑 268

11.2.2 直流联接的控制特性 270

11.2.3 测试系统和仿真结果 272

11.2.4 无功功率独立控制 277

11.3 多电平CSC输电 280

11.3.1 动态模型 280

11.3.2 控制系统结构 281

11.3.3 正常运行工况下的仿真性能 282

11.3.4 扰动之后的仿真性能 285

11.3.5 多电平电流源换流器输电的无功控制 285

11.4 总结 292

参考文献 293

术语表 294