柔性直流系統(tǒng)故障分析與保護

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 直流輸電概述 1
1.2 直流輸電技術(shù) 2
1.2.1 直流輸電技術(shù)的優(yōu)勢 2
1.2.2 直流輸電技術(shù)的發(fā)展 5
1.3 柔性直流電網(wǎng)的發(fā)展 7
1.3.1 柔性直流系統(tǒng)的發(fā)展形態(tài) 7
1.3.2 柔性直流系統(tǒng)的故障危害與保護 9
參考文獻 11
第2章 常規(guī)直流輸電系統(tǒng)及其控制保護 12
2.1 常規(guī)直流輸電系統(tǒng)的基本構(gòu)成 12
2.2 常規(guī)直流輸電系統(tǒng)的基本原理 14
2.2.1 換流器的基本工作原理 14
2.2.2 直流系統(tǒng)基本控制原理 17
2.3 高壓直流系統(tǒng)的故障分析 20
2.3.1 閥短路故障分析 20
2.3.2 換流器出口短路故障分析 28
2.3.3 直流線路故障 30
2.4 高壓直流系統(tǒng)的保護方案 30
2.4.1 直流系統(tǒng)的保護分區(qū) 30
2.4.2 直流系統(tǒng)的保護配置 31
參考文獻 33
第3章 柔性直流系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 34
3.1 兩電平電壓源型換流器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 34
3.1.1 基本結(jié)構(gòu) 34
3.1.2 調(diào)制原理 35
3.1.3 數(shù)學(xué)模型 36
3.2 二極管箝位型三電平電壓源型換流器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 38
3.3 模塊化多電平換流器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 40
3.3.1 模塊化多電平換流器的基本結(jié)構(gòu) 40
3.3.2 三相模塊化多電平換流器的工作原理 43
3.3.3 最近電平逼近調(diào)制原理 45
3.3.4 模塊化多電平換流器的數(shù)學(xué)模型 46
3.4 柔性直流系統(tǒng)的控制策略 50
3.4.1 換流器閥級控制 50
3.4.2 換流站級控制 50
3.4.3 直流系統(tǒng)級控制 55
參考文獻 61
第4章 柔性直流系統(tǒng)的短路故障暫態(tài)特征 62
4.1 基于兩電平電壓源型換流器的直流系統(tǒng)短路故障暫態(tài)特性 62
4.1.1 兩電平電壓源型換流器兩極短路故障 62
4.1.2 兩電平電壓源型換流器單極接地故障 66
4.1.3 仿真分析與驗證 68
4.2 基于模塊化多電平換流器的直流系統(tǒng)短路故障暫態(tài)特性 73
4.2.1 模塊化多電平換流器兩極短路故障 74
4.2.2 模塊化多電平換流器兩極短路不控整流階段的故障電流 81
4.2.3 模塊化多電平換流器單極接地故障 92
參考文獻 94
第5章 含柔性直流的交直流系統(tǒng)中交流故障分析 95
5.1 交流側(cè)不對稱故障分析 95
5.1.1 負(fù)序分量的抑制 96
5.1.2 換流器的正序等值 98
5.1.3 交流側(cè)不對稱故障分析和計算 100
5.2 交流側(cè)三相短路故障分析 104
5.2.1 三相短路故障特征 104
5.2.2 三相短路故障對柔性直流系統(tǒng)的影響 105
5.3 仿真分析與驗證 106
5.3.1 定功率端的交流側(cè)不對稱故障 106
5.3.2 定電壓端的交流側(cè)不對稱故障 118
5.3.3 三相短路故障 121
參考文獻 123
第6章 柔性直流系統(tǒng)的故障限流技術(shù) 124
6.1 柔性直流系統(tǒng)的故障限流技術(shù)需求 124
6.1.1 故障限流需求 124
6.1.2 故障限流特性 125
6.2 柔性直流系統(tǒng)的故障限流電抗器 127
6.2.1 故障暫態(tài)分析計算 127
6.2.2 故障限流電感的分析計算 128
6.3 新型橋式故障限流器 130
6.3.1 新型橋式故障限流器的工作原理 130
6.3.2 新型橋式故障限流器與直流斷路器的協(xié)調(diào)配合 132開
6.3.3 實驗分析 134
6.3.4 仿真驗證 137
6.4 具有自適應(yīng)限流能力的新型直流固態(tài)斷路器 142
6.4.1 新型直流固態(tài)斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工作原理 142
6.4.2 實驗驗證 146
參考文獻 151
第7章 柔性直流系統(tǒng)的直流故障隔離方法 153
7.1 利用交流斷路器隔離直流故障的方法 153
7.2 基于模塊化多電平換流器子模塊的直流故障隔離方法 154
7.2.1 故障自清除型模塊化多電平換流器子模塊的工作機理 155
7.2.2 故障自清除型模塊化多電平換流器子模塊的故障阻斷性能 16開1
7.3 基于交直流系統(tǒng)隔離的直流故障處理方法 172
7.3.1 子模塊旁路開關(guān)與并聯(lián)晶閘管的作用 173
7.3.2 雙晶閘管法的原理與性能 173
7.3.3 基于阻尼模塊的直流故障隔離改進方案 179
參考文獻 187
第8章 直流斷路器的工作原理與關(guān)鍵技術(shù) 189
8.1 直流斷路器的應(yīng)用 189
8.1.1 直流故障隔離方式比較 189
8.1.2 直流斷路器的安裝位置及保護范圍 190
8.2 直流斷路器的基本工作原理 191
8.2.1 混合式直流斷路器 191
8.2.2 機械式直流斷路器 192
8.3 直流斷路器的關(guān)鍵技術(shù) 193
8.3.1 快速開關(guān) 193
8.3.2 換流技術(shù) 196
8.4 直流斷路器與換流器保護的配合 199
參考文獻 201
第9章 柔性直流系統(tǒng)的保護分區(qū)與配置 202
9.1 柔性直流換流站的保護分區(qū) 202
9.1.1 換流站保護的設(shè)計原則 202
9.1.2 換流站的保護分區(qū) 203
9.1.3 常見的保護動作 204
9.2 交流電網(wǎng)側(cè)保護區(qū)的保護配置 205
9.3 變壓器及連接線保護區(qū)的保護配置 207
9.4 換流閥保護區(qū)的保護配置 209
9.5 直流側(cè)保護區(qū)的保護配置 213
參考文獻 213
第10章 直流輸電線路的行波保護 214
10.1 行波的基本理論 214
10.1.1 直流輸電線路的故障過程 214
10.1.2 直流輸電線路的行波理論 215
10.1.3 輸電線路行波時域傳播計算方法 218
10.2 直流輸電線路的行波保護原理 221
10.2.1 基本原理 221
10.2.2 ABB公司的行波保護判據(jù) 226
10.2.3 西門子公司的行波保護判據(jù) 227
10.3 直流輸電線路的行波方向保護 228
參考文獻 231
第11章 基于線路邊界特征的直流輸電線路暫態(tài)量保護新原理 232開
11.1 基于電抗器暫態(tài)電壓幅值比的快速方向縱聯(lián)保護原理 233
11.1.1 直流線路區(qū)內(nèi)外故障時的暫態(tài)電壓幅值比 234
11.1.2 直流線路快速方向縱聯(lián)保護方案 236
11.1.3 直流快速方向縱聯(lián)保護的仿真驗證 240
11.2 基于單端暫態(tài)能量的快速保護原理及方案 249
11.2.1 直流線路區(qū)內(nèi)外故障時的單端暫態(tài)能量特征分析 249
11.2.2 基于快速方向判斷的單端暫態(tài)能量保護原理 252
11.2.3 直流單端暫態(tài)能量保護的仿真驗證 253
參考文獻 258
第12章 直流輸電線路的參數(shù)特性及其等效模型 260
12.1 直流輸電線路的常系數(shù)參數(shù)模型 260
12.1.1 直流輸電線路參數(shù)的分布特性 260
12.1.2 直流輸電線路的貝瑞隆等效模型 261
12.2 直流輸電線路的頻變參數(shù)模型 263
12.2.1 直流輸電線路參數(shù)的頻變特性 263
12.2.2 直流輸電線路的頻變參數(shù)模型 275
參考文獻 281
第13章 直流輸電線路的電流差動保護新原理 283
13.1 直流輸電線路常規(guī)電流差動保護 283
13.2 基于分布參數(shù)模型的直流線路分極電流差動保護 284
13.2.1 輸電線路故障時的電氣量函數(shù)關(guān)系 284
13.2.2 差電流與故障點電流的函數(shù)關(guān)系 285
13.2.3 基于貝瑞隆模型的新型分極電流差動保護 289
13.2.4 仿真驗證 292
13.3 線路參數(shù)頻變特性對新型電流差動保護的影響 295
13.3.1 線路參數(shù)頻變的影響 295
13.3.2 行波色散的影響 297
13.4 考慮線路參數(shù)頻變特性的模量電流差動保護方案 300
13.4.1 基于線路貝瑞隆模型的模量電流差動保護 300
13.4.2 故障選極方法 302
13.4.3 仿真驗證 304
參考文獻 306