本書概述了直流輸電技術的發展演變、柔性直流電網的組網與關鍵裝備以及柔性直流線路的故障分析和處理方式，重點分析并闡述了柔性直流電網直流線路故障快速處理涉及的關鍵理論與技術。本書的核心理論以柔性直流線路故障后各元件的反應時序為主線，闡述了一系列故障限流方法；提出了多種單端量與雙端量保護原理以及雷擊干擾識別方法；設計了一系列多端口、多功能的直流斷路器拓撲及其控制策略；提出了柔性直流線路故障性質的識別方法，在快速隔離故障后可實現直流斷路器的自適應重合閘功能；介紹了研發的柔性直流線路單/雙端量保護原型樣機及其在實時數字仿真系統中的閉環測試結果。
2005.9-2009.6： 博士研究生，電力系統及其自動化，山東大學
1998.9-2000.12： 碩士研究生，電力系統及其自動化，山東大學2013.9-至今 教授 山東大學
2007.9-2013.8：副教授 山東大學
2002.4-2007.8：講師 山東大學國家自然科學基金面上項目"柔性直流電網直流側故障快速處理關鍵技術研究"
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 輸電技術概述 1
1.2 直流輸電技術發展演變 2
1.2.1 常規直流輸電 2
1.2.2 柔性直流輸電 3
1.2.3 混合直流輸電 7
1.2.4 柔性直流電網 9
參考文獻 11
第2章 柔性直流電網及其關鍵裝備 12
2.1 柔性直流電網組網方式 12
2.1.1 多端直流輸電系統 12
2.1.2 獨立直流線路網絡 12
2.1.3 網格狀直流電網 13
2.2 柔性直流電網主接線方式 13
2.2.1 對稱單極接線方式 13
2.2.2 對稱雙極接線方式 14
2.3 柔性直流電網關鍵裝備 15
2.3.1 電壓源換流器 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 直流斷路器 19
參考文獻 21
第3章 柔性直流輸電線路故障分析與處理方式 23
3.1 模塊化多電平換流器的工作原理 23
3.2 柔性直流電網直流側故障分析 25
3.2.1 單換流器故障電流分析 25
3.2.2 柔性直流電網故障電流計算 27
3.3 柔性直流輸電線路故障處理方式 30
參考文獻 31
第4章 柔性直流電網故障限流技術 32
4.1 限流電抗器作用效果分析 32
4.1.1 故障限流能力 32
4.1.2 直流斷路器動作性能 34
4.1.3 系統動態響應能力 37
4.2 橋式多端口直流故障限流器 37
4.2.1 橋式多端口直流故障限流器的基本拓撲 38
4.2.2 橋式多端口直流故障限流器的工作原理 39
4.2.3 橋式多端口直流故障限流器的參數設計方法 42
4.2.4 仿真驗證 44
4.3 基于晶閘管和換相電容的電阻型直流故障限流器 48
4.3.1 電阻型直流故障限流器的基本拓撲 48
4.3.2 電阻型直流故障限流器的工作原理 50
4.3.3 電阻型直流故障限流器的參數設計方法 54
4.3.4 仿真驗證 55
4.4 基于耦合電感的直流故障限流器 58
4.4.1 基于耦合電感的直流故障限流器的基本拓撲 59
4.4.2 基于耦合電感的直流故障限流器的工作原理 59
4.4.3 基于耦合電感的直流故障限流器的參數設計方法 63
4.4.4 仿真驗證 67
參考文獻 69
第5章 柔性直流線路單端量保護原理 71
5.1 基于暫態電壓首波時間的直流線路單端量保護 71
5.1.1 故障暫態電壓分析 71
5.1.2 基于暫態電壓首波時間的直流線路單端量保護方案 78
5.1.3 仿真驗證 82
5.2 基于線模電壓行波的直流線路單端量保護 86
5.2.1 故障暫態分析 87
5.2.2 基于線模電壓行波的直流線路單端量保護方案 91
5.2.3 仿真驗證 96
參考文獻 99
第6章 柔性直流線路雙端量保護原理 100
6.1 基于限流電感電壓極性的直流線路縱聯保護 100
6.1.1 限流電感電壓分析 100
6.1.2 直流線路縱聯保護方案 106
6.1.3 仿真驗證 110
6.2 基于線模故障電流首波極性特征的直流線路雙端量保護 113
6.2.1 線模故障電流首波極性特征分析 113
6.2.2 直流線路雙端量保護方案 116
6.2.3 仿真驗證 119
6.3 基于線模故障分量功率的直流線路方向縱聯保護 121
6.3.1 分析模型 122
6.3.2 故障特性分析 122
6.3.3 直流線路方向縱聯保護方案 125
6.3.4 仿真驗證 128
參考文獻 131
第7章 柔性直流線路雷擊干擾識別方法 132
7.1 柔性直流線路雷擊暫態分析 132
7.1.1 雷擊分析模型 132
7.1.2 雷擊故障機理與波形分析 136
7.2 基于包絡線的雷擊干擾識別方法 145
7.2.1 雷擊類型識別判據 145
7.2.2 考慮雷擊干擾識別的保護方案 146
7.2.3 仿真驗證 146
7.3 基于擬合直線的雷擊干擾識別方法 149
7.3.1 雷擊類型識別判據 149
7.3.2 考慮雷擊干擾識別的保護方案 150
7.3.3 仿真驗證 151
7.4 考慮雷擊干擾識別的直流線路單端量保護方案 153
7.4.1 電壓反行波特性分析 153
7.4.2 基于電壓反行波的直流線路單端量保護方案 157
7.4.3 仿真驗證 159
參考文獻 164
第8章 常規直流斷路器及其多端口化 165
8.1 常規直流斷路器 165
8.1.1 機械式直流斷路器 165
8.1.2 混合式直流斷路器 167
8.2 多端口直流斷路器概念及其分類 169
8.2.1 多端口直流斷路器的概念 169
8.2.2 基于電流過零熄弧的多端口直流斷路器 171
8.2.3 基于強迫換流的多端口直流斷路器 173
8.3 半橋型多端口混合式直流斷路器 179
8.3.1 半橋型多端口混合式直流斷路器的基本拓撲 179
8.3.2 半橋型多端口混合式直流斷路器的工作原理 180
8.3.3 仿真驗證 181
8.4 全橋型多端口混合式直流斷路器 183
8.4.1 全橋型多端口混合式直流斷路器的基本拓撲 184
8.4.2 全橋型多端口混合式直流斷路器的工作原理 185
8.4.3 仿真驗證 189
8.4.4 經濟性分析 194
參考文獻 195
第9章 多功能多端口直流斷路器 197
9.1 具備故障限流功能的多端口直流斷路器 197
9.1.1 具備故障限流功能的多端口直流斷路器的基本拓撲 197
9.1.2 具備故障限流功能的多端口直流斷路器的工作原理 198
9.1.3 仿真分析 203
9.1.4 實驗驗證 205
9.2 具備潮流控制功能的多端口直流斷路器 208
9.2.1 多端口直流潮流控制器的拓撲及工作原理 208
9.2.2 具備潮流控制功能的多端口直流斷路器的基本拓撲 210
9.2.3 具備潮流控制功能的多端口直流斷路器的工作原理 211
9.2.4 仿真分析 214
9.2.5 實驗驗證 217
9.3 具備自適應重合閘功能的多端口直流斷路器 219
9.3.1 具備自適應重合閘功能的多端口直流斷路器的基本拓撲 219
9.3.2 具備自適應重合閘功能的多端口直流斷路器的工作原理 220
9.3.3 仿真分析 224
9.3.4 實驗驗證 227
參考文獻 230
第10章 自適應重合閘技術 231
10.1 無選擇性重合閘方案 231
10.2 基于方向行波的故障性質識別方法及自適應重合閘方案 232
10.2.1 基于方向行波的故障性質識別方法 233
10.2.2 基于方向行波的自適應重合閘方案 239
10.2.3 仿真驗證 240
10.3 基于電流行波的故障性質識別方法及自適應重合閘方案 243
10.3.1 模塊級聯型混合式直流斷路器拓撲結構 244
10.3.2 基于電流行波的故障性質識別方法 245
10.3.3 基于電流行波的自適應重合閘方案 249
10.3.4 仿真驗證 250
10.4 基于耦合電壓的故障性質識別方法及自適應重合閘方案 253
10.4.1 直流線路空間電場分析 253
10.4.2 耦合電壓特征分析 256
10.4.3 基于耦合電壓的故障性質識別方法 259
10.4.4 基于耦合電壓的自適應重合閘方案 260
10.4.5 仿真分析 261
參考文獻 266
第11章 柔性直流線路保護原型機及測試 267
11.1 保護原型機硬件方案 267
11.2 保護原型機軟件算法 268
11.2.1 基于暫態電壓首波時間的單端量保護算法 268
11.2.2 基于故障電流極性的縱聯保護算法 269
11.2.3 基于線模故障分量功率的方向縱聯保護算法 270
11.3 基于實時數字仿真系統的保護閉環測試平臺 271
11.4 保護原型機測試與分析 274
11.4.1 基于暫態電壓首波時間的單端量保護測試 274
11.4.2 基于故障電流極性的縱聯保護測試 279
11.4.3 基于線模故障分量功率的方向縱聯保護測試 283
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