柔性直流系统故障分析与保护

　　《柔性直流系统故障分析与保护》系统阐述了柔性直流系统的故障分析方法、故障限流与隔离方法以及新型继电保护原理等内容。首先，阐述了常规直流系统和柔性直流系统的基本结构、工作原理及其控制保护或控制策略，分析了柔性直流系统的短路故障暂态特征及含柔性直流的交直流系统中交流故障分析方法；然后，论述了柔性直流系统故障限流、隔离、断流的故障处理方法；最后，结合柔性直流系统故障识别与故障隔离的要求，介绍了柔性直流系统的保护配置方案，深入阐述了直流线路行波保护、暂态量保护原理与技术，分析了直流输电线路参数的频变特性，提出了直流线路电流差动保护等新型保护原理与技术。

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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 直流输电概述 1
1.2 直流输电技术 2
1.2.1 直流输电技术的优势 2
1.2.2 直流输电技术的发展 5
1.3 柔性直流电网的发展 7
1.3.1 柔性直流系统的发展形态 7
1.3.2 柔性直流系统的故障危害与保护 9
参考文献 11
第2章 常规直流输电系统及其控制保护 12
2.1 常规直流输电系统的基本构成 12
2.2 常规直流输电系统的基本原理 14
2.2.1 换流器的基本工作原理 14
2.2.2 直流系统基本控制原理 17
2.3 高压直流系统的故障分析 20
2.3.1 阀短路故障分析 20
2.3.2 换流器出口短路故障分析 28
2.3.3 直流线路故障 30
2.4 高压直流系统的保护方案 30
2.4.1 直流系统的保护分区 30
2.4.2 直流系统的保护配置 31
参考文献 33
第3章 柔性直流系统的基本结构和工作原理 34
3.1 两电平电压源型换流器的基本结构和工作原理 34
3.1.1 基本结构 34
3.1.2 调制原理 35
3.1.3 数学模型 36
3.2 二极管箝位型三电平电压源型换流器的基本结构和工作原理 38
3.3 模块化多电平换流器的基本结构和工作原理 40
3.3.1 模块化多电平换流器的基本结构 40
3.3.2 三相模块化多电平换流器的工作原理 43
3.3.3 最近电平逼近调制原理 45
3.3.4 模块化多电平换流器的数学模型 46
3.4 柔性直流系统的控制策略 50
3.4.1 换流器阀级控制 50
3.4.2 换流站级控制 50
3.4.3 直流系统级控制 55
参考文献 61
第4章 柔性直流系统的短路故障暂态特征 62
4.1 基于两电平电压源型换流器的直流系统短路故障暂态特性 62
4.1.1 两电平电压源型换流器两极短路故障 62
4.1.2 两电平电压源型换流器单极接地故障 66
4.1.3 仿真分析与验证 68
4.2 基于模块化多电平换流器的直流系统短路故障暂态特性 73
4.2.1 模块化多电平换流器两极短路故障 74
4.2.2 模块化多电平换流器两极短路不控整流阶段的故障电流 81
4.2.3 模块化多电平换流器单极接地故障 92
参考文献 94
第5章 含柔性直流的交直流系统中交流故障分析 95
5.1 交流侧不对称故障分析 95
5.1.1 负序分量的抑制 96
5.1.2 换流器的正序等值 98
5.1.3 交流侧不对称故障分析和计算 100
5.2 交流侧三相短路故障分析 104
5.2.1 三相短路故障特征 104
5.2.2 三相短路故障对柔性直流系统的影响 105
5.3 仿真分析与验证 106
5.3.1 定功率端的交流侧不对称故障 106
5.3.2 定电压端的交流侧不对称故障 118
5.3.3 三相短路故障 121
参考文献 123
第6章 柔性直流系统的故障限流技术 124
6.1 柔性直流系统的故障限流技术需求 124
6.1.1 故障限流需求 124
6.1.2 故障限流特性 125
6.2 柔性直流系统的故障限流电抗器 127
6.2.1 故障暂态分析计算 127
6.2.2 故障限流电感的分析计算 128
6.3 新型桥式故障限流器 130
6.3.1 新型桥式故障限流器的工作原理 130
6.3.2 新型桥式故障限流器与直流断路器的协调配合 132开
6.3.3 实验分析 134
6.3.4 仿真验证 137
6.4 具有自适应限流能力的新型直流固态断路器 142
6.4.1 新型直流固态断路器的拓扑结构与工作原理 142
6.4.2 实验验证 146
参考文献 151
第7章 柔性直流系统的直流故障隔离方法 153
7.1 利用交流断路器隔离直流故障的方法 153
7.2 基于模块化多电平换流器子模块的直流故障隔离方法 154
7.2.1 故障自清除型模块化多电平换流器子模块的工作机理 155
7.2.2 故障自清除型模块化多电平换流器子模块的故障阻断性能 16开1
7.3 基于交直流系统隔离的直流故障处理方法 172
7.3.1 子模块旁路开关与并联晶闸管的作用 173
7.3.2 双晶闸管法的原理与性能 173
7.3.3 基于阻尼模块的直流故障隔离改进方案 179
参考文献 187
第8章 直流断路器的工作原理与关键技术 189
8.1 直流断路器的应用 189
8.1.1 直流故障隔离方式比较 189
8.1.2 直流断路器的安装位置及保护范围 190
8.2 直流断路器的基本工作原理 191
8.2.1 混合式直流断路器 191
8.2.2 机械式直流断路器 192
8.3 直流断路器的关键技术 193
8.3.1 快速开关 193
8.3.2 换流技术 196
8.4 直流断路器与换流器保护的配合 199
参考文献 201
第9章 柔性直流系统的保护分区与配置 202
9.1 柔性直流换流站的保护分区 202
9.1.1 换流站保护的设计原则 202
9.1.2 换流站的保护分区 203
9.1.3 常见的保护动作 204
9.2 交流电网侧保护区的保护配置 205
9.3 变压器及连接线保护区的保护配置 207
9.4 换流阀保护区的保护配置 209
9.5 直流侧保护区的保护配置 213
参考文献 213
第10章 直流输电线路的行波保护 214
10.1 行波的基本理论 214
10.1.1 直流输电线路的故障过程 214
10.1.2 直流输电线路的行波理论 215
10.1.3 输电线路行波时域传播计算方法 218
10.2 直流输电线路的行波保护原理 221
10.2.1 基本原理 221
10.2.2 ABB公司的行波保护判据 226
10.2.3 西门子公司的行波保护判据 227
10.3 直流输电线路的行波方向保护 228
参考文献 231
第11章 基于线路边界特征的直流输电线路暂态量保护新原理 232开
11.1 基于电抗器暂态电压幅值比的快速方向纵联保护原理 233
11.1.1 直流线路区内外故障时的暂态电压幅值比 234
11.1.2 直流线路快速方向纵联保护方案 236
11.1.3 直流快速方向纵联保护的仿真验证 240
11.2 基于单端暂态能量的快速保护原理及方案 249
11.2.1 直流线路区内外故障时的单端暂态能量特征分析 249
11.2.2 基于快速方向判断的单端暂态能量保护原理 252
11.2.3 直流单端暂态能量保护的仿真验证 253
参考文献 258
第12章 直流输电线路的参数特性及其等效模型 260
12.1 直流输电线路的常系数参数模型 260
12.1.1 直流输电线路参数的分布特性 260
12.1.2 直流输电线路的贝瑞隆等效模型 261
12.2 直流输电线路的频变参数模型 263
12.2.1 直流输电线路参数的频变特性 263
12.2.2 直流输电线路的频变参数模型 275
参考文献 281
第13章 直流输电线路的电流差动保护新原理 283
13.1 直流输电线路常规电流差动保护 283
13.2 基于分布参数模型的直流线路分极电流差动保护 284
13.2.1 输电线路故障时的电气量函数关系 284
13.2.2 差电流与故障点电流的函数关系 285
13.2.3 基于贝瑞隆模型的新型分极电流差动保护 289
13.2.4 仿真验证 292
13.3 线路参数频变特性对新型电流差动保护的影响 295
13.3.1 线路参数频变的影响 295
13.3.2 行波色散的影响 297
13.4 考虑线路参数频变特性的模量电流差动保护方案 300
13.4.1 基于线路贝瑞隆模型的模量电流差动保护 300
13.4.2 故障选极方法 302
13.4.3 仿真验证 304
参考文献 306