紧凑化直流电网装备与集成控制 赵西贝 许建中 赵成勇
定 价：109 元
- 作者：赵西贝 许建中 赵成勇
- 出版时间：2024/5/1
- ISBN：9787111747833
- 出 版 社：机械工业出版社
- 中图法分类：TM721.1
- 页码：
- 纸张：胶版纸
- 版次：
- 开本：16开
直流电网是支撑我国新能源高效并网和广域能源互济的先进输电技术，是我国未来电网广域互联的重要发展方向。但是，直流电网具有电容储能大、系统阻尼小、故障演变快的特点，面临装备成本和体积巨大、直流故障难以清除的局限。本书聚焦于直流电网低成本直流故障穿越难题，致力于通过装备拓扑设计和多设备间的协调配合大幅降低设备成本，主要内容包括：直流电网装备发展需求与现状、紧凑化MMC拓扑与故障穿越方法、高功率密度直流变压器、直流故障发展刻画、多功能潮流控制器、故障限流器拓扑改进、直流断路器一体化设计、多设备协调配合等内容。
本书内容集成了华北电力大学直流输电团队近年的研究进展，适合于从事直流电网装备拓扑紧凑化、轻型化和多功能化研究的高等院校、科研院所和工程现场的教师、专家、技术人员和研究生阅读。
直流电网是支撑我国新能源高效并网和广域能源互济的先进输电技术，是我国未来电网广域互联的重要发展方向。但是，直流电网具有电容储能大、系统阻尼小、故障演变快的特点，面临装备成本高、体积巨大、直流故障难以清除的局限。本书聚焦于直流电网低成本直流故障穿越难题，致力于通过装备拓扑设计和多设备间的协调配合，来大幅降低设备成本。
本书内容集成了华北电力大学直流输电团队近年的研究进展，适合于从事直流电网装备拓扑紧凑化、轻型化和多功能化研究的高等院校、科研院所和工程现场的教师、专家、技术人员和研究生阅读。
以模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）为主的柔性直流技术具备有功无功四象限运行能力，适用于西部地区新能源并网外送、东部地区多直流集中馈入和直流组网互联等多种应用场景，成为我国未来电网发展的重要方向。特别是在柔性直流组网互联方面，直流组网后能够实现我国电网的灵活分区运行，加强区域间功率互济和控制能力，因此成为构建新型电力系统的重要手段。
柔性直流系统具有子模块数量多、电容储能大、系统阻尼低、故障放电速度快的特点，在直流故障后几毫秒内就会达到器件过电流能力上限。因此，直流故障清除技术是确保直流系统安全运行的关键核心技术，通常需要在换流器闭锁前切断万安级的故障电流，并吸收百兆焦的故障能量，对工程设计造成极大挑战。
华北电力大学直流输电团队赵成勇教授和许建中教授于2019年出版专著《架空线路柔性直流电网故障分析与处理》一书，较为系统地阐述了柔性直流电网中的故障发展和故障清除方案。在此基础上，本书聚焦于直流电网设备的紧凑化需求，从多种设备的轻量化和多功能化两个角度出发，总结了团队近年来相关理论探索与技术实践成果。本书分11章，内容包括：第1章概述了直流电网的发展趋势、直流电网相关装备的现状与发展需求，是本书研究的出发点；第2～4章以直流电网稳态运行的核心设备——换流站和直流变压器为研究对象，从控制优化、拓扑改造等角度，分析其高功率密度和多功能复用思路；第5、6章聚焦于直流电网的故障过程分析，提出直流电网设备的故障清除需求，并给出了故障清除过程中多种设备的协同配合原则；第7～10章针对直流侧设备的紧凑化、集成化需求，分别介绍了直流潮流控制器、故障限流器、直流断路器的新型拓扑设计与控制集成方法，并提出了新型的直流电压钳位器概念；第11章在前述多种设备的拓扑与控制创新基础上，采用多个设备共同消散故障能量的思路，提出并验证了多种设备在直流故障清除过程中的协调配合方法。
直流电网的新型装备拓扑研究近年来受到持续关注，我国电力系统的高速发展和紧密互联需求也推动了其发展进程，本书反映了团队在直流电网装备拓扑紧凑化、轻型化和多功能化方面的主要进展。
赵西贝，博士，2015年-2021年在华北电力大学电气工程专业学习，获工学博士学位。主要研究方向为新能源直流电网的运行与控制。 任北京能源与环境学会电力专家组成员。主持国家自然科学基金青年科学基金项目，主持和参与十余项横向项目。
许建中，教授，博士生导师，主要研究方向为新能源柔性直流系统电磁暂态建模与仿真。2014年毕业于华北电力大学，获工学博士学位，任《中国电机工程学报》和《电力系统自动化》编委、CSEE JPES副编辑。主持国家自然科学基金2项、北京市自然科学基金1项、国家重点研发计划任务3项。发表SCI论文50余篇（4篇IEEE汇刊论文高被引），发表《中国电机工程学报》论文50余篇，论文获奖15次（含中国电机工程学会优秀论文一等奖2篇；出版专著三部；授权发明专利60余件。获中国电力优秀青年科技人才奖、中国电工技术学会科技进步一等奖2次、贵州省技术发明一等奖和技术发明二等奖。
赵成勇，博士、教授、博士生导师，新能源电力系统全国重点实验室直流输电方向负责人。加拿大曼尼托巴大学Adjunct Professor （2015.7—2018.6）。IEEE高级会员，中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会委员，中国高校电力电子与电力传动学术年会组委会委员等。长期专注直流输电研究。主持国家重点研发计划课题2项、国家自然基金联合基金重点项目、国家863计划课题和国家自然基金项目等纵向项目10项，主持国家电网公司和南方电网公司等单位科研项目40余项。在传统直流输电、柔性直流输电与混合直流输电系统的拓扑结构、运行机理和控制策略方面进行长期基础研究，研究成果得到了工业界认可和应用，获2020年度技术发明二等奖、2020年度福建省科技进步二等奖、2022年度中国电工技术学会科技进步二等奖、2016年度中国电力创新奖一等奖等省部级奖励9项。
前言
第1章 绪论1
1.1 直流电网发展前景1
1.2 直流组网装备面临的问题2
1.3 直流组网设备发展需求4
第2章 紧凑型MMC拓扑及控制6
2.1 MMC拓扑及工作原理6
2.2 基于改进拓扑下的MMC轻型化方案7
2.2.1 桥臂电感可变式MMC拓扑7
2.2.2 VAI-MMC轻型化机理8
2.2.3 仿真验证及经济性分析10
2.3 基于附加控制下的MMC轻型化方案13
2.3.1 基于谐波电流和谐波电压耦合注入
方案13
2.3.2 基于耦合注入方案的轻型化机理16
2.3.3 仿真验证及经济性分析17
2.4 基于改进拓扑下的附加控制策略的
MMC轻型化方案20
2.4.1 基于桥臂复用的MMC轻型化方案20
2.4.2 采用子模块混合型的MMC27
2.5 谐波注入法在实际工程中的应用34
2.6 本章小结36
参考文献36
第3章 紧凑化混合型MMC拓扑及其故障穿越方法38
3.1 半全混合换流站暂态电容过电压抑制方法38
3.1.1 不平衡电压下子模块电容电压波动特性38
3.1.2 不平衡电压下子模块电容电压波动抑制
方法41
3.1.3 谐波耦合注入的子模块电容电压波动抑制方法44
3.1.4 仿真验证47
3.2 半全混合换流站的自适应直流故障穿越方法49
3.2.1 混合型MMC自适应限流控制器基本原理49
3.2.2 自适应限流控制对故障电流作用机理分析51
3.2.3 典型示例仿真分析53
3.3 换流阀嵌套型换流站及其直流故障穿越方法54
3.3.1 嵌套型MMC拓扑原理及工作方式54
3.3.2 典型示例仿真分析58
3.3.3 嵌套型MMC经济性分析59
3.4 桥臂并联混合型换流站及其直流故障穿越方法60
3.4.1 并联型混合MMC拓扑及控制器设计60
3.4.2 并联型混合MMC的工作原理62
3.4.3 典型示例仿真分析63
3.4.4 并联型混合MMC经济性分析65
3.5 本章小结66
参考文献66
第4章 高功率密度直流变压器68
4.1 直流变压器在直流电网中的应用场景68
4.1.1 应用于直流互联系统的高压大容量直流变压器68
4.1.2 应用于中低压直流电网的直流变压器69
4.2 直流变压器拓扑类型与适用范围70
4.2.1 隔离型直流变压器70
4.2.2 非隔离型直流变压器71
4.2.3 拓扑适用范围分析72
4.3 紧凑化直流变压器解决方案74
4.3.1 降低电容值类紧凑化方案74
4.3.2 多端口拓扑类紧凑化方案75
4.3.3 改进拓扑类紧凑化方案76
4.4 直流变压器工程应用实践83
4.4.1 苏州同里综合能源服务中心84
4.4.2 唐家湾多端交直流混合柔性配网互联工程85
4.4.3 乌兰察布“源网荷储”功率路由器86
4.5 本章小结86
参考文献87
第5章 柔性直流系统直流侧短路特性分析89
5.1 直流故障电流等效计算方法89
5.1.1 单端MMC短路故障等效模型89
5.1.2 直流电网故障电流计算方法91
5.1.3 仿真验证95
5.2 直流故障过程中暂态能量流动解析97
5.2.1 暂态能量及暂态能量流TEF的定义98
5.2.2 基于暂态能量流的MMC-HVDC换流站建模99
5.2.3 仿真验证104
5.3 直流电网实验平台和故障电流验证109
5.3.1 物理平台架构和参数109
5.3.2 实验验证113
5.4 本章小结116
参考文献117
第6章 直流电网中故障保护设备与方法概述118
6.1 故障限流设备概述118
6.1.1 故障限流设备分类118
6.1.2 故障限流设备的基本配置方式119
6.2 故障限流设备的作用机理120
6.2.1 限流原理分类120
6.2.2 源侧故障限流设备的作用机理121
6.2.3 网侧故障限流设备的作用机理123
6.3 故障限流设备的协同配合原则125
6.3.1 单端信息原则125
6.3.2 越限限流原则126
6.3.3 就近限流原则127
6.3.4 残压支撑原则和耐压利用原则128
6.4 多端直流端间协同配合保护方法129
6.4.1 保护分类129
6.4.2 直流电网的典型故障点130
6.4.3 直流电网的保护与恢复策略131
6.4.4 实例说明133
6.5 本章小结138
参考文献138
第7章 具备直流故障处理能力的直流潮流控制器140
7.1 线间直流潮流控制器的基本结构140
7.2 具备故障限流功能的新型线间直流潮流控制器141
7.2.1 新型潮流控制器拓扑及控制策略141
7.2.2 潮流控制器的故障电流抑制过程分析146
7.2.3 参数选取150
7.2.4 模型验证151
7.3 具备故障限流及断路功能的复合型直流潮流控制器153
7.3.1 潮流控制器拓扑及控制策略154
7.3.2 潮流控制器动作过程的理论分析161
7.3.3 模型验证166
7.4 本章小结168
参考文献168
第8章 故障限流器拓扑及其演化170
8.1 基于换相电容的故障限流器170
8.1.1?新型限流器拓扑结构170
8.1.2 新型限流器性能验证176
8.1.3 新型限流器成本分析180
8.2 基于限流电感的故障限流器181
8.2.1 新型限流器拓扑结构181
8.2.2 新型限流器性能验证185
8
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