本书概述了直流输电技术的发展演变、柔性直流电网的组网与关键装备以及柔性直流线路的故障分析和处理方式，重点分析并阐述了柔性直流电网直流线路故障快速处理涉及的关键理论与技术。本书的核心理论以柔性直流线路故障后各元件的反应时序为主线，阐述了一系列故障限流方法；提出了多种单端量与双端量保护原理以及雷击干扰识别方法；设计了一系列多端口、多功能的直流断路器拓扑及其控制策略；提出了柔性直流线路故障性质的识别方法，在快速隔离故障后可实现直流断路器的自适应重合闸功能；介绍了研发的柔性直流线路单/双端量保护原型样机及其在实时数字仿真系统中的闭环测试结果。
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2005.9-2009.6： 博士研究生，电力系统及其自动化，山东大学
1998.9-2000.12： 硕士研究生，电力系统及其自动化，山东大学2013.9-至今 教授 山东大学
2007.9-2013.8：副教授 山东大学
2002.4-2007.8：讲师 山东大学国家自然科学基金面上项目"柔性直流电网直流侧故障快速处理关键技术研究"
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 输电技术概述 1
1.2 直流输电技术发展演变 2
1.2.1 常规直流输电 2
1.2.2 柔性直流输电 3
1.2.3 混合直流输电 7
1.2.4 柔性直流电网 9
参考文献 11
第2章 柔性直流电网及其关键装备 12
2.1 柔性直流电网组网方式 12
2.1.1 多端直流输电系统 12
2.1.2 独立直流线路网络 12
2.1.3 网格状直流电网 13
2.2 柔性直流电网主接线方式 13
2.2.1 对称单极接线方式 13
2.2.2 对称双极接线方式 14
2.3 柔性直流电网关键装备 15
2.3.1 电压源换流器 15
2.3.2 直流潮流控制器 18
2.3.3 直流故障限流器 19
2.3.4 直流断路器 19
参考文献 21
第3章 柔性直流输电线路故障分析与处理方式 23
3.1 模块化多电平换流器的工作原理 23
3.2 柔性直流电网直流侧故障分析 25
3.2.1 单换流器故障电流分析 25
3.2.2 柔性直流电网故障电流计算 27
3.3 柔性直流输电线路故障处理方式 30
参考文献 31
第4章 柔性直流电网故障限流技术 32
4.1 限流电抗器作用效果分析 32
4.1.1 故障限流能力 32
4.1.2 直流断路器动作性能 34
4.1.3 系统动态响应能力 37
4.2 桥式多端口直流故障限流器 37
4.2.1 桥式多端口直流故障限流器的基本拓扑 38
4.2.2 桥式多端口直流故障限流器的工作原理 39
4.2.3 桥式多端口直流故障限流器的参数设计方法 42
4.2.4 仿真验证 44
4.3 基于晶闸管和换相电容的电阻型直流故障限流器 48
4.3.1 电阻型直流故障限流器的基本拓扑 48
4.3.2 电阻型直流故障限流器的工作原理 50
4.3.3 电阻型直流故障限流器的参数设计方法 54
4.3.4 仿真验证 55
4.4 基于耦合电感的直流故障限流器 58
4.4.1 基于耦合电感的直流故障限流器的基本拓扑 59
4.4.2 基于耦合电感的直流故障限流器的工作原理 59
4.4.3 基于耦合电感的直流故障限流器的参数设计方法 63
4.4.4 仿真验证 67
参考文献 69
第5章 柔性直流线路单端量保护原理 71
5.1 基于暂态电压首波时间的直流线路单端量保护 71
5.1.1 故障暂态电压分析 71
5.1.2 基于暂态电压首波时间的直流线路单端量保护方案 78
5.1.3 仿真验证 82
5.2 基于线模电压行波的直流线路单端量保护 86
5.2.1 故障暂态分析 87
5.2.2 基于线模电压行波的直流线路单端量保护方案 91
5.2.3 仿真验证 96
参考文献 99
第6章 柔性直流线路双端量保护原理 100
6.1 基于限流电感电压极性的直流线路纵联保护 100
6.1.1 限流电感电压分析 100
6.1.2 直流线路纵联保护方案 106
6.1.3 仿真验证 110
6.2 基于线模故障电流首波极性特征的直流线路双端量保护 113
6.2.1 线模故障电流首波极性特征分析 113
6.2.2 直流线路双端量保护方案 116
6.2.3 仿真验证 119
6.3 基于线模故障分量功率的直流线路方向纵联保护 121
6.3.1 分析模型 122
6.3.2 故障特性分析 122
6.3.3 直流线路方向纵联保护方案 125
6.3.4 仿真验证 128
参考文献 131
第7章 柔性直流线路雷击干扰识别方法 132
7.1 柔性直流线路雷击暂态分析 132
7.1.1 雷击分析模型 132
7.1.2 雷击故障机理与波形分析 136
7.2 基于包络线的雷击干扰识别方法 145
7.2.1 雷击类型识别判据 145
7.2.2 考虑雷击干扰识别的保护方案 146
7.2.3 仿真验证 146
7.3 基于拟合直线的雷击干扰识别方法 149
7.3.1 雷击类型识别判据 149
7.3.2 考虑雷击干扰识别的保护方案 150
7.3.3 仿真验证 151
7.4 考虑雷击干扰识别的直流线路单端量保护方案 153
7.4.1 电压反行波特性分析 153
7.4.2 基于电压反行波的直流线路单端量保护方案 157
7.4.3 仿真验证 159
参考文献 164
第8章 常规直流断路器及其多端口化 165
8.1 常规直流断路器 165
8.1.1 机械式直流断路器 165
8.1.2 混合式直流断路器 167
8.2 多端口直流断路器概念及其分类 169
8.2.1 多端口直流断路器的概念 169
8.2.2 基于电流过零熄弧的多端口直流断路器 171
8.2.3 基于强迫换流的多端口直流断路器 173
8.3 半桥型多端口混合式直流断路器 179
8.3.1 半桥型多端口混合式直流断路器的基本拓扑 179
8.3.2 半桥型多端口混合式直流断路器的工作原理 180
8.3.3 仿真验证 181
8.4 全桥型多端口混合式直流断路器 183
8.4.1 全桥型多端口混合式直流断路器的基本拓扑 184
8.4.2 全桥型多端口混合式直流断路器的工作原理 185
8.4.3 仿真验证 189
8.4.4 经济性分析 194
参考文献 195
第9章 多功能多端口直流断路器 197
9.1 具备故障限流功能的多端口直流断路器 197
9.1.1 具备故障限流功能的多端口直流断路器的基本拓扑 197
9.1.2 具备故障限流功能的多端口直流断路器的工作原理 198
9.1.3 仿真分析 203
9.1.4 实验验证 205
9.2 具备潮流控制功能的多端口直流断路器 208
9.2.1 多端口直流潮流控制器的拓扑及工作原理 208
9.2.2 具备潮流控制功能的多端口直流断路器的基本拓扑 210
9.2.3 具备潮流控制功能的多端口直流断路器的工作原理 211
9.2.4 仿真分析 214
9.2.5 实验验证 217
9.3 具备自适应重合闸功能的多端口直流断路器 219
9.3.1 具备自适应重合闸功能的多端口直流断路器的基本拓扑 219
9.3.2 具备自适应重合闸功能的多端口直流断路器的工作原理 220
9.3.3 仿真分析 224
9.3.4 实验验证 227
参考文献 230
第10章 自适应重合闸技术 231
10.1 无选择性重合闸方案 231
10.2 基于方向行波的故障性质识别方法及自适应重合闸方案 232
10.2.1 基于方向行波的故障性质识别方法 233
10.2.2 基于方向行波的自适应重合闸方案 239
10.2.3 仿真验证 240
10.3 基于电流行波的故障性质识别方法及自适应重合闸方案 243
10.3.1 模块级联型混合式直流断路器拓扑结构 244
10.3.2 基于电流行波的故障性质识别方法 245
10.3.3 基于电流行波的自适应重合闸方案 249
10.3.4 仿真验证 250
10.4 基于耦合电压的故障性质识别方法及自适应重合闸方案 253
10.4.1 直流线路空间电场分析 253
10.4.2 耦合电压特征分析 256
10.4.3 基于耦合电压的故障性质识别方法 259
10.4.4 基于耦合电压的自适应重合闸方案 260
10.4.5 仿真分析 261
参考文献 266
第11章 柔性直流线路保护原型机及测试 267
11.1 保护原型机硬件方案 267
11.2 保护原型机软件算法 268
11.2.1 基于暂态电压首波时间的单端量保护算法 268
11.2.2 基于故障电流极性的纵联保护算法 269
11.2.3 基于线模故障分量功率的方向纵联保护算法 270
11.3 基于实时数字仿真系统的保护闭环测试平台 271
11.4 保护原型机测试与分析 274
11.4.1 基于暂态电压首波时间的单端量保护测试 274
11.4.2 基于故障电流极性的纵联保护测试 279
11.4.3 基于线模故障分量功率的方向纵联保护测试 283
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