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