1 绪论 1
1.1 柔性直流输电的概念与特点 1
1.2 柔性直流输电的主要优点与应用 2
1.3 柔性直流输电技术的工程应用 4
1.3.1 国外柔性直流输电工程 4
1.3.2 国内柔性直流输电工程 7
1.4 柔性直流输电技术的发展方向 8
1.4.1 高电压大容量柔性直流输电技术 8
1.4.2 柔性直流和传统高压直流输电混合化技术 9
1.4.3 直流输电网络化 9
2 柔性直流输电换流器的基本原理 11
2.1 电压源换流器基本拓扑结构 11
2.1.1 两电平电压源换流器的拓扑结构 11
2.1.2 三电平电压源换流器的拓扑结构 12
2.1.3 模块化多电平换流器的拓扑结构 14
2.2 电压源换流器的调制方式 21
2.2.1 两电平电压源换流器的调制方式 21
2.2.2 多电平电压源换流器的调制方式 30
2.3 柔性直流输电的控制策略 34
2.3.1 柔性直流输电系统控制原理 34
2.3.2 直接电流控制策略 36
2.3.3 间接电流控制策略 39
3 柔性直流输电系统组成及主要设备 41
3.1 换流阀 41
3.2 联结变压器 41
3.2.1 联结变压器类型 42
3.2.2 短路阻抗 42
3.2.3 有载调压 42
3.2.4 直流偏磁 43
3.2.5 谐波和噪声 43
3.3 启动电阻 43
3.3.1 等效充电机理 43
3.3.2 启动电阻安装位置 45
3.3.3 启动电阻性能要求 45
3.4 桥臂电抗器 46
3.4.1 桥臂电抗器功能 46
3.4.2 桥臂电抗器类型 46
3.5 交流场设备 46
3.5.1 交流开关设备 46
3.5.2 交流测量装置 47
3.5.3 交流避雷器 47
3.6 直流场设备 47
3.6.1 直流断路器 47
3.6.2 直流测量装置 50
3.6.3 直流避雷器 51
3.6.4 其他设备 51
4 柔性直流输电系统研究与设计 52
4.1 主接线及主设备参数 52
4.1.1 柔性直流输电系统主接线及其布局 52
4.1.2 电气参数设计 56
4.1.3 柔性直流输电系统建模 62
4.2 柔性直流输电系统的故障与保护 67
4.2.1 换流站内部故障 67
4.2.2 换流站交流侧系统故障 70
4.2.3 直流侧故障 71
4.2.4 保护配置原则与特点 72
4.2.5 保护配置 74
4.3 柔性直流换流站暂态电流分析 78
4.3.1 直流侧故障 78
4.3.2 交流系统阀侧故障 81
4.3.3 交流系统网侧故障 81
4.4 柔性直流换流站的绝缘配合 82
4.4.1 换流站避雷器布置及其参数选择 82
4.4.2 故障工况 85
4.4.3 换流站设备保护水平和绝缘水平的确定 85
4.5 仿真计算 86
4.5.1 主回路参数及控制器仿真验证 88
4.5.2 暂态电流仿真计算 91
4.5.3 过电压与绝缘配合 92
5 柔性直流输电换流阀 96
5.1 换流阀的电气结构 96
5.2 换流阀的核心电气元部件选型设计方法 97
5.2.1 功率器件IGBT 98
5.2.2 反并联二极管 98
5.2.3 旁路晶闸管 98
5.2.4 旁路开关 98
5.2.5 直流侧电容器 99
5.2.6 高位取能电源 99
5.2.7 直流侧电压传感器 99
5.2.8 放电电阻 99
5.3 换流阀机械结构设计 100
5.3.1 绝缘设计 100
5.3.2 换流阀机械应力设计及抗震设计 101
5.3.3 防水设计 103
5.3.4 防火设计 104
5.3.5 电磁屏蔽设计 104
5.4 换流阀仿真研究 105
5.4.1 机械应力及抗震仿真优化方法 105
5.4.2 柔性直流输电换流阀电场分析 113
5.4.3 热应力仿真 116
6 柔性直流输电控制保护系统 119
6.1 柔性直流输电控制保护系统分层配置与主要功能 119
6.1.1 控制保护系统分层原则 119
6.1.2 控制保护系统的主要功能 119
6.1.3 控制保护系统层次配置方案 120
6.2 系统级控制保护 122
6.2.1 系统级控制保护功能 122
6.2.2 系统级控制保护结构 124
6.3 换流器级控制保护 129
6.3.1 换流器级控制保护功能 129
6.3.2 换流器级控制保护结构 131
6.4 换流阀级控制保护 134
6.4.1 换流阀级控制保护功能 134
6.4.2 换流阀级控制保护结构 136
6.4.3 换流阀级控制保护接口 139
7 柔性直流输电换流阀冷却系统 142
7.1 阀冷系统工作原理 142
7.1.1 内冷系统工作原理 142
7.1.2 外冷系统工作原理 143
7.2 阀冷系统主要参数的计算 144
7.2.1 阀冷系统冷却容量 144
7.2.2 水温 145
7.2.3 内冷系统最小流量 145
7.2.4 流速 145
7.2.5 压差 146
7.3 阀冷系统的主要设备 147
7.3.1 内冷系统主要设备 147
7.3.2 外冷系统主要设备 149
7.4 阀冷系统控制保护 152
7.4.1 交流电源设计 152
7.4.2 控制与保护系统 156
7.4.3 阀冷系统控制保护策略 158
7.5 阀冷系统出厂试验 159
8 柔性直流输电换流阀试验 161
8.1 研究性试验 161
8.1.1 子模块分立部件试验 161
8.1.2 子模块配线检查和弱电试验 163
8.1.3 故障保护试验 163
8.1.4 功率器件和驱动器的匹配试验 164
8.1.5 子模块运行试验 164
8.1.6 子模块耐压与局放试验 167
8.1.7 EMC试验 168
8.1.8 振动试验 170
8.2 子模块例行试验 170
8.3 阀段例行试验 171
8.3.1 水压试验 171
8.3.2 耐压与局放试验 171
8.4 阀段运行试验 172
8.4.1 一般性要求 172
8.4.2 最小直流电压试验 172
8.4.3 最大电流连续运行试验 173
8.4.4 最大暂态运行能力试验 173
8.4.5 过电流关断试验 173
8.4.6 短路试验 174
8.4.7 故障旁路试验 174
8.4.8 EMC试验 174
8.5 阀塔绝缘试验 174
8.5.1 一般性要求 174
8.5.2 阀支架绝缘与耐压试验 175
8.5.3 阀端间试验 177
9 柔性直流输电关键设备现场交接与系统试验 178
9.1 柔性直流输电关键设备现场交接试验 178
9.1.1 换流阀交接试验 178
9.1.2 启动电阻交接试验 179
9.1.3 桥臂电抗器交接试验 179
9.1.4 变压器交接试验 180
9.1.5 阀冷系统交接试验 182
9.2 柔性直流输电系统试验 182
9.2.1 换流站启动及STATCOM调试 183
9.2.2 双端系统联调试验 185
10 柔性直流输电关键设备运行与维护 187
10.1 换流阀运行与维护 187
10.1.1 阀塔运行维护项目 187
10.1.2 子模块的故障监测与维护 188
10.1.3 换流阀控制保护系统运行与维护 189
10.1.4 阀冷系统的维护 191
10.2 启动电阻运行与维护 192
10.2.1 启动电阻的定期检查 192
10.2.2 启动电阻的故障维护 193
10.3 桥臂电抗器运行与维护 193
11 柔性直流输电系统工程实施案例 194
11.1 ±10kV/12.5 MW柔性直流输电背靠背系统 194
11.1.1 工程介绍 194
11.1.2 系统成套设计 194
11.2 ±160kV/200MW南澳多端柔性直流输电工程 199
11.2.1 工程介绍 199
11.2.2 系统成套设计 199
11.3 ±350kV/1000MW云南电网与南方电网主网鲁西背靠背直流异步联网工程 204
11.3.1 工程介绍 204
11.3.2 系统成套设计 204
参考文献 210