能源分布和电网结构决定了高压直流输电在我国具有广阔应用前景。直流输电线路长、故障率高，其继电保护与故障定位关系到直流输电系统的安全性和故障恢复速度。现有的直流输电线路继电保护体系理论不完备、原理单一、可靠性差。本课题充分利用直流输电系统的结构特点和控制特性，提出了一系列直流输电线路继电保护与故障定位新原理，具体包括：基于分布参数模型的距离保护、利用频率特性的单端电气量保护、利用末端补偿电压的低电压保护、基于分布参数模型的自适应电流差动保护、利用电流突变的纵联方向保护、以及基于分布参数模型的故障定位。基于提出的保护新原理，构建的直流输电线路继电保护体系理论完备、易于整定；任何时刻都至少有两种以上的保护原理反映故障存在，可靠性高；能够做到高阻故障的快速切除，兼顾了快速性和灵敏度。初步研究结果表明，该理论体系对电流源换流器直流输电线路、电压源换流器直流输电线路、以及多端直流输电线路均适用。

本项目针对直流输电线路的继电保护问题，提出了输电线路继电保护及故障定位新原理，并利用所提出的继电保护原理构成高性能直流输电线路继电保护方案，提高了电力系统的稳定性。项目主要研究成果如下: 1. 利用电力系统仿真软件建立CSC-HVDC及VSC-HVDC输电系统仿真模型，为后续继电保护新原理提供了验证平台。 2. 研究了利用双、多端电气量的直流输电线路纵联保护原理，分别提出了：利用突变电流极性的纵联保护、基于分布参数模型的电流差动保护、以及基于模型识别的纵联保护新原理。 3. 研究了利用单端电气量的直流输电线路快速保护原理，分别提出了：利用特征频率的全线速动保护、基于分布参数模型的距离保护、低电压保护、以及利用单极电气量的故障选极原理。 4. 利用所提出的上述继电保护新原理，构建了高性能的直流输电线路继电保护方案。 5. 研究了直流输电线路故障定位原理，分别提出了：基于分布参数模型、基于参数识别、利用固有频率、以及基于行波电压分布特征的故障定位原理。 2100433B

柔性直流输电在海岛供电、新能源接入系统和城市配电网等领域具有广阔应用前景，直流断路器的商用化将加速直流电网的形成。柔性直流输电采用电压源换流器方式，故障时电容放电会产生大的短路电流，且短路电流与电网规模和故障持续时间有关。为了快速隔离故障、减少故障分支对健全电网的影响，同时减小故障电流对直流设备和直流断路器造成的冲击，研究超高速与高可靠性相结合的直流电网继电保护新原理，对于保障直流电网的安全可靠运行意义重大。继电保护反应故障特征而动作，而直流系统故障特征又取决于其拓扑结构与控制特性，故本项目拟建立计及拓扑结构和控制特性的直流电网故障特征理论分析体系，系统地提出基于拓扑结构的直流电网单端电气量快速主保护与故障定位新原理、基于控制特性的直流电网后备保护新原理、以及利用多端电气量的高灵敏后备保护新原理。本项目的研究为柔性直流电网的安全可靠运行提供完备的继电保护理论基础。

柔性直流输电技术采用可关断器件脉宽调制技术，克服了传统高压直流输电易发生换相失败等缺点，在可再生能源并网、孤岛供电等领域具有广阔的应用前景。柔性直流输电故障承受能力差，所以研究适用于柔性直流系统的高性能保护十分必要。项目组严格按照任务书规定内容，在建立了基于两电平的柔性直流电网模型的基础上深入分析了柔性直流线路的故障特征并基于各种故障特征构造了多种保护判据，单端量保护主要包括基于高低频电流幅值比的全线速动保护、基于拓扑结构参数识别的距离保护、基于拓扑结构参数识别的行波保护等，双端量保护包括基于分布参数的电流差动保护、基于电流突变极性比较的纵联保护以及基于对端电气量计算值的双端量保护等，并提出了高可靠性的柔性直流输电线路保护方案，最后提出了多种单端量和双端量故障定位方法。项目组在任务书规定的研究内容之外，还提出了针对行波保护的雷击识别方法并初步开展了柔性直流配电网的建模和继电保护研究。 2100433B

电力电子新技术系列图书序言

前言

第1章 绪论

1.1 高压直流输电的构成

1.1.1 高压直流输电的概念

1.1.2 高压直流输电的分类

1.1.3 直流系统的构成

1.2 高压直流输电的特点及适用场合

1.3 高压直流输电的历史与国外的现状

1.4 高压直流输电在我国的发展

1.5 直流输电技术新发展

1.5.1 器件换相直流输电

1.5.2 强迫换相换流器

1.5.3 特高压直流输电

第2章 高压直流输电系统的主要设备

2.1 换流装置

2.1.1 器件

2.1.2 换流阀

2.1.3 换流单元接线方式

2.2 换流变压器

2.2.1 功能与特点

2.2.2 换流变压器型式

2.2.3 换流变压器接入阀厅的方式

2.3 平波电抗器

2.3.1 功能

2.3.2 平波电抗器型式

2.4 无功补偿装置

2.5 滤波器

2.5.1 滤波器类型

2.5.2 交流滤波器

2.5.3 直流滤波器

2.6 直流输电线路

2.6.1 直流输电架空线路

2.6.2 直流输电电缆线路

2.6.3 直流接地极引线

2.7 接地极

2.7.1 接地极地电流对环境的影响

2.7.2 接地极运行特性

2.7.3 对极址的要求

2.7.4 接地极材料

2.7.5 接地极设计

第3章 换流器工作原理

3.1 单桥整流器工作原理

3.1.1 正常运行方式——工况2-3

3.1.2 非正常运行方式——工况3

3.1.3 故障运行方式——工况3-4

3.1.4 单桥整流器外特性

3.2 双桥整流器工作原理

3.2.1 正常运行方式——工况4-5

3.2.2 桥间相互影响

3.2.3 相关计算公式

3.3 单桥逆变器工作原理

3.3.1 正常运行方式——工况2-3

3.3.2 故障运行方式——工况3-4

3.3.3 单桥逆变器外特性

3.4 双桥逆变器工作原理

3.4.1 双桥逆变器实现逆变的条件

3.4.2 双桥逆变器可能发生换相失败

3.4.3 双桥逆变器整流电压平均值

第4章 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿

4.1 高压直流输电谐波的基本问题

4.1.1 谐波的危害

4.1.2 谐波的基本概念

4.2 特征谐波

4.2.1 换流器交流侧的特征谐波

4.2.2 换流器直流侧的特征谐波

4.3 非特征谐波

4.3.1 换流器交流侧的非特征谐波

4.3.2 换流器直流侧的非特征谐波

4.4 谐波抑制及抑制设备

4.4.1 增加脉动数抑制谐波

4.4.2 安装滤波器抑制谐波

4.4.3 谐波抑制设备

4.5 交流滤波器设计

4.6 直流滤波器设计

4.6.1 直流滤波器常规设计

4.6.2 直流有源滤波器

4.7 高压直流输电的无功补偿和功率因数

4.7.1 电网换相换流器无功特性

4.7.2 无功功率消耗计算工程方法

4.7.3 容性无功补偿设备容量确定

4.7.4 感性无功补偿设备容量确定

4.7.5 功率因数

4.7.6 无功分组容量确定

4.8 无功补偿设备

4.9 无功控制

4.9.1 分段凋节无功补偿设备控制

4.9.2 连续调节无功补偿设备控制

4.9.3 换流器参与无功电压控制

第5章 电网换相直流输电的控制与保护

5.1 基本控制方式

5.1.1 控制原理

5.1.2 相位控制方式

5.1.3 换流器控制方式

5.1.4 整流器、逆变器的协调

5.1.5 控制保护用互感器

5.2 保护方式

5.2.1 故障的分类与保护动作

5.2.2 换流站内的故障与保护示例

5.2.3 直流线路的故障与保护示例

5.2.4 交流侧的故障与保护示例

第6章 电网换相直流输电的运行特性与系统控制

6.1 电网换相直流输电的运行特性

6.1.1 系统故障时的运行特性

6.1.2 交流电压稳定性

6.1.3 高次谐波稳定性

6.1.4 轴系扭振现象

6.2 直流输电在交流系统控制中的应用

6.2.1 系统频率控制

6.2.2 交流电压、无功控制

6.2.3 系统稳定控制

6.3 多端直流输电的控制保护方式

6.3.1 控制保护方式

6.3.2 系统故障时的运行特性

6.3.3 起停控制

6.3.4 潮流反转

第7章 器件换相直流输电技术

7.1 全控型功率器件发展概况

7.1.1 全控型功率器件的发展与应用概况

7.1.2 器件换相直流输电采用的典型全控型功率器件

7.2 器件换相直流输电换流装置工作原理

7.2.1 换流器

7.2.2 电压源型换流器的工作原理和基本特点

7.2.3 接入系统时的有功、无功功率特性

7.2.4 换流器各部分电压、电流波形

7.2.5 发展趋势与开发现状

7.3 器件换相直流输电的控制与保护方式

7.3.1 只采用器件换相换流器的换相直流输电

7.3.2 器件、电网换相换流器混合型直流输电

7.3.3 混合型器件换相直流输电示例

7.4 器件换相直流输电的应用示例

7.4.1 电压源型器件换相直流输电系统的应用范围

7.4.2 VSC-HVDC系统工程实例

第8章 常规高压直流输电的新技术及新发展

8.1 强迫换相换流器

8.1.1 电容换相换流器

8.1.2 可控串联电容换流器

8.1.3 强迫换相换流器特点

8.2 特高压直流输电

8.2.1 概述

8.2.2 特高压直流输电的特点

8.2.3 国内外研究现状

8.2.4 特高压直流输电的运行方式

8.3 光触发晶闸管

参考文献

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