●前言 1
緒論 1
1.1 柔性直流輸電的概念與特點 1
1.2 柔性直流輸電的主要優點與應用 2
1.3 柔性直流輸電技術的工程應用 4
1.3.1 國外柔性直流輸電工程 4
1.3.2 國內柔性直流輸電工程 7
1.4 柔性直流輸電技術的發展方向 8
1.4.1 高電壓大容量柔性直流輸電技術 8
1.4.2 柔性直流和傳統高壓直流輸電混合化技術 9
1.4.3 直流輸電網絡化 9
2 柔性直流輸電換流器的基本原理 11
2.1 電壓源換流器基本拓撲結構 11
2.1.1 兩電平電壓源換流器的拓撲結構 11
2.1.2 三電平電壓源換流器的拓撲結構 12
2.1.3 模塊化多電平換流器的拓撲結構 14
2.2 電壓源換流器的調制方式 21
2.2.1 兩電平電壓源換流器的調制方式 21
2.2.2 多電平電壓源換流器的調制方式 30
2.3 柔性直流輸電的控制策略 34
2.3.1 柔性直流輸電繫統控制原理 34
2.3.2 直接電流控制策略 36
2.3.3 間接電流控制策略 39
3 柔性直流輸電繫統組成及主要設備 41
3.1 換流閥 41
3.2 聯結變壓器 41
3.2.1 聯結變壓器類型 42
3.2.2 短路阻抗 42
3.2.3 有載調壓 42
3.2.4 直流偏磁 43
3.2.5 諧波和噪聲 43
3.3 啟動電阻 43
3.3.1 等效充電機理 43
3.3.2 啟動電阻安裝位置 45
3.3.3 啟動電阻性能要求 45
3.4 橋臂電抗器 46
3.4.1 橋臂電抗器功能 46
3.4.2 橋臂電抗器類型 46
3.5 交流場設備 46
3.5.1 交流開關設備 46
3.5.2 交流測量裝置 47
3.5.3 交流避雷器 47
3.6 直流場設備 47
3.6.1 直流斷路器 47
3.6.2 直流測量裝置 50
3.6.3 直流避雷器 51
3.6.4 其他設備 51
4 柔性直流輸電繫統研究與設計 52
4.1 主接線及主設備參數 52
4.1.1 柔性直流輸電繫統主接線及其布局 52
4.1.2 電氣參數設計 56
4.1.3 柔性直流輸電繫統建模 62
4.2 柔性直流輸電繫統的故障與保護 67
4.2.1 換流站內部故障 67
4.2.2 換流站交流側繫統故障 70
4.2.3 直流側故障 71
4.2.4 保護配置原則與特點 72
4.2.5 保護配置 74
4.3 柔性直流換流站暫態電流分析 78
4.3.1 直流側故障 78
4.3.2 交流繫統閥側故障 81
4.3.3 交流繫統網側故障 81
4.4 柔性直流換流站的絕緣配合 82
4.4.1 換流站避雷器布置及其參數選擇 82
4.4.2 故障工況 85
4.4.3 換流站設備保護水平和絕緣水平的確定 85
4.5 仿真計算 86
4.5.1 主回路參數及控制器仿真驗證 88
4.5.2 暫態電流仿真計算 91
4.5.3 過電壓與絕緣配合 92
5 柔性直流輸電換流閥 96
5.1 換流閥的電氣結構 96
5.2 換流閥的核部件選型設計方法 97
5.2.1 功率器件IGBT 98
5.2.2 反並聯二極管 98
5.2.3 旁路晶閘管 98
5.2.4 旁路開關 98
5.2.5 直流側電容器 99
5.2.6 高位取能電源 99
5.2.7 直流側電壓傳感器 99
5.2.8 放電電阻 99
5.3 換流閥機械結構設計 100
5.3.1 絕緣設計 100
5.3.2 換流閥機械應力設計及抗震設計 101
5.3.3 防水設計 103
5.3.4 防火設計 104
5.3.5 電磁屏蔽設計 104
5.4 換流閥仿真研究 105
5.4.1 機械應力及抗震仿真優化方法 105
5.4.2 柔性直流輸電換流閥電場分析 113
5.4.3 熱應力仿真 116
6 柔性直流輸電控制保護繫統 119
6.1 柔性直流輸電控制保護繫統分層配置與主要功能 119
6.1.1 控制保護繫統分層原則 119
6.1.2 控制保護繫統的主要功能 119
6.1.3 控制保護繫統層次配置方案 120
6.2 繫統級控制保護 122
6.2.1 繫統級控制保護功能 122
6.2.2 繫統級控制保護結構 124
6.3 換流器級控制保護 129
6.3.1 換流器級控制保護功能 129
6.3.2 換流器級控制保護結構 131
6.4 換流閥級控制保護 134
6.4.1 換流閥級控制保護功能 134
6.4.2 換流閥級控制保護結構 136
6.4.3 換流閥級控制保護接口 139
7 柔性直流輸電換流閥冷卻繫統 142
7.1 閥冷繫統工作原理 142
7.1.1 內冷繫統工作原理 142
7.1.2 外冷繫統工作原理 143
7.2 閥冷繫統主要參數的計算 144
7.2.1 閥冷繫統冷卻容量 144
7.2.2 水溫 145
7.2.3 內冷繫統最小流量 145
7.2.4 流速 145
7.2.5 壓差 146
7.3 閥冷繫統的主要設備 147
7.3.1 內冷繫統主要設備 147
7.3.2 外冷繫統主要設備 149
7.4 閥冷繫統控制保護 152
7.4.1 交流電源設計 152
7.4.2 控制與保護繫統 156
7.4.3 閥冷繫統控制保護策略 158
7.5 閥冷繫統出廠試驗 159
8 柔性直流輸電換流閥試驗 161
8.1 研究性試驗 161
8.1.1 子模塊分立部件試驗 161
8.1.2 子模塊配線檢查和弱電試驗 163
8.1.3 故障保護試驗 163
8.1.4 功率器件和驅動器的匹配試驗 164
8.1.5 子模塊運行試驗 164
8.1.6 子模塊耐壓與局放試驗 167
8.1.7 EMC試驗 168
8.1.8 振動試驗 170
8.2 子模塊例行試驗 170
8.3 閥段例行試驗 171
8.3.1 水壓試驗 171
8.3.2 耐壓與局放試驗 171
8.4 閥段運行試驗 172
8.4.1 一般性要求 172
8.4.2 最小直流電壓試驗 172
8.4.3 優選電流連續運行試驗 173
8.4.4 優選暫態運行能力試驗 173
8.4.5 過電流關斷試驗 173
8.4.6 短路試驗 174
8.4.7 故障旁路試驗 174
8.4.8 EMC試驗 174
8.5 閥塔絕緣試驗 174
8.5.1 一般性要求 174
8.5.2 閥支架絕緣與耐壓試驗 175
8.5.3 閥端間試驗 177
9 柔性直流輸電關鍵設備現場交接與繫統試驗 178
9.1 柔性直流輸電關鍵設備現場交接試驗 178
9.1.1 換流閥交接試驗 178
9.1.2 啟動電阻交接試驗 179
9.1.3 橋臂電抗器交接試驗 179
9.1.4 變壓器交接試驗 180
9.1.5 閥冷繫統交接試驗 182
9.2 柔性直流輸電繫統試驗 182
9.2.1 換流站啟動及STATCOM調試 183
9.2.2 雙端繫統聯調試驗 185
10 柔性直流輸電關鍵設備運行與維護 187
10.1 換流閥運行與維護 187
10.1.1 閥塔運行維護項目 187
10.1.2 子模塊的故障監測與維護 188
10.1.3 換流閥控制保護繫統運行與維護 189
10.1.4 閥冷繫統的維護 191
10.2 啟動電阻運行與維護 192
10.2.1 啟動電阻的定期檢查 192
10.2.2 啟動電阻的故障維護 193
10.3 橋臂電抗器運行與維護 193
11 柔性直流輸電繫統工程實施案例 194
11.1 ±10kV/12.5MW柔性直流輸電背靠背繫統 194
11.1.1 工程介紹 194
11.1.2 繫統成套設計 194
11.2 ±160kV/200MW南澳多端柔性直流輸電工程 199
11.2.1 工程介紹 199
11.2.2 繫統成套設計 199
11.3 ±350kV/1000MW雲南電網與南方電網主網魯西背靠背直流異步聯網工程 204
11.3.1 工程介紹 204
11.3.2 繫統成套設計 204
參考文獻 210
