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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IGBT98

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