直流电网故障电流—分析与抑制

本书共9章，包括直流电网的发展及直流电网故障电流的研究现状与发展趋势、直流电网故障电流关键影响因素、限制故障电流水平的网架结构优化方法及原则、限制故障电流水平的运行方式优化方法、阻尼特性对故障电流初始态的影响、直流电网不同故障类型下电气量变化及分布特性、基于暂态能量流的直流电网故障电流影响因素分析、直流电网故障电流通用计算方法、采取限流措施后的直流电网故障特性。

目录
“智能电网技术与装备丛书”编委会
“智能电网技术与装备丛书”序
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 直流电网的发展 1
1.1.1 柔性直流输电技术的发展历程 1
1.1.2 柔性直流输电工程代表性案例 4
1.1.3 直流电网基本结构与运行特性 6
1.2 直流电网故障电流研究现状与发展趋势 10
1.2.1 直流电网的故障限流问题 10
1.2.2 直流电网故障电流影响因素 11
1.2.3 直流电网故障阻尼特性 12
1.2.4 直流电网故障电流暂态特性 12
1.2.5 直流电网故障电流计算方法 14
1.2.6 直流电网故障电流抑制方法 15
1.3 内容概述 19
参考文献 19
第2章 直流电网故障电流关键影响因素 24
2.1 直流故障类型与故障特征 24
2.1.1 用于故障电流分析的换流器等效模型 24
2.1.2 对称单极直流电网极间短路故障特征 26
2.1.3 对称单极直流电网单极接地故障特征 26
2.1.4 双极直流电网极间短路故障特征 28
2.1.5 双极直流电网单极接地故障特征 28
2.2 单电压等级直流电网故障电流主要影响因素 30
2.2.1 基于矩阵指数的直流电网故障电流计算方法 30
2.2.2 线路初始潮流对直流电网故障电流的影响 31
2.2.3 控制方式对直流电网故障电流的影响 39
2.2.4 交流主网强度对直流电网故障电流的影响 41
2.3 多电压等级直流电网故障电流影响因素 43
2.4 本章小结 47
参考文献 47
第3章 限制故障电流水平的网架结构优化方法及原则 48
3.1 系统级网架结构形式及特性 48
3.1.1 环型网架结构 49
3.1.2 辐射型网架结构 49
3.1.3 复杂网孔网架结构 50
3.1.4 混合型网架结构 50
3.1.5 构成直流电网的条件 52
3.2 对称单极直流电网故障电流水平限制方法 56
3.2.1 网架结构对对称单极直流电网故障电流水平的影响规律 57
3.2.2 限制对称单极直流电网单极接地故障电流的网架结构优化方法 70
3.3 双极直流电网故障电流水平限制方法 76
3.3.1 网架结构对双极直流电网故障电流水平的影响规律 76
3.3.2 限制双极直流电网故障电流的网架结构优化方法 82
3.3.3 限制故障电流水平的接地点优化方法 83
3.4 本章小结 85
第4章 限制故障电流水平的运行方式优化方法 87
4.1 直流电网运行方式概述 87
4.2 不同电源特征下潮流分布对故障电流的影响因素 88
4.2.1 含直流电网的交直流混联系统潮流计算 88
4.2.2 含DC/DC变换器的多电压等级直流电网潮流分布 91
4.2.3 接入交流主网的直流电网潮流分布对故障电流的影响特性 93
4.2.4 风电、光伏接入直流电网的潮流分布对故障电流的影响特性 116
4.3 换流站级控制方式对故障电流的影响及优化 126
4.3.1 运行电压水平对故障电流的影响 126
4.3.2 换流站运行模式对故障电流的影响 127
4.3.3 换流站运行功率水平对故障电流的影响 128
4.4 阀级控制对故障电流的影响和优化 129
4.4.1 阀级控制对故障电流的影响 129
4.4.2 限制故障电流水平的阀级控制优化方法 131
4.5 本章小结 133
第5章 阻尼特性对故障电流初始态的影响 134
5.1 直流电网阻尼分析模型 134
5.1.1 直流电网小信号模型 134
5.1.2 直流电网阻抗模型 144
5.2 直流电网阻尼特性的关键影响因素 155
5.2.1 设备参数对直流电网阻尼特性的影响分析 155
5.2.2 控制方式对直流电网阻尼特性的影响分析 159
5.2.3 关键影响因素总结 165
5.2.4 直流电网阻尼特性对故障电流初始态的影响 165
5.3 直流电网阻尼特性改善措施 172
5.3.1 基于参数优化的阻尼特性改善方法 172
5.3.2 基于虚拟阻抗的直流电网故障电流限制方法 173
5.4 本章小结 176
第6章 直流电网不同故障类型下电气量变化及分布特性 177
6.1 用于故障暂态分析的直流电网等效电路 177
6.1.1 模块化多电平换流器故障暂态等效电路及响应 177
6.1.2 各种故障情况下直流电网等效电路 178
6.2 直流电网极间短路故障特性 180
6.2.1 极间短路故障时子模块电容电压的变化 180
6.2.2 极间短路故障时换流站出口电压和电流的暂态特性 181
6.2.3 极间短路故障时网络支路电流的分布特性 182
6.3 直流电网单极接地故障特性 184
6.3.1 单极接地故障时子模块电容电压的变化 184
6.3.2 单极接地故障时换流站出口电压和电流的暂态特性 185
6.3.3 单极接地故障时网络支路电流的分布特性 188
6.4 直流电网极对金属回线故障特性 191
6.4.1 极对金属回线故障时子模块电容电压的变化 191
6.4.2 极对金属回线故障时换流站出口电压和电流的暂态特性 192
6.4.3 极对金属回线故障时网络支路电流的分布特性 195
6.5 本章小结 197
第7章 基于暂态能量流的直流电网故障电流影响因素分析 199
7.1 影响柔性直流系统故障电流演化的主要因素 199
7.2 暂态能量流及其变化率定义 202
7.2.1 电感元件暂态能量流及其变化率定义 203
7.2.2 电容元件暂态能量流及其变化率定义 204
7.2.3 电阻暂态能量流及其变化率定义 204
7.2.4 换流站交流侧暂态能量流及其变化率 205
7.2.5 换流站直流侧暂态能量流及其变化率 205
7.3 从暂态能量流的视角分析换流器结构对故障电流演化影响 207
7.3.1 换流器拓扑结构综述 207
7.3.2 不同换流器拓扑结构下双端柔性直流系统暂态能量流特征分析 211
7.3.3 四端柔性直流系统不同换流器结构暂态能量流分析 214
7.3.4 网架结构及平波电抗器对换流器故障清除时间的影响 216
7.4 从暂态能量流视角分析电气参数对故障电流演化的影响 217
7.4.1 系统主要电气参数综述 217
7.4.2 电气参数对系统暂态能量流时空分布的影响 218
7.4.3 主要电气参数对故障电流演化影响的综合分析 222
7.5 从暂态能量流视角分析控制算法对故障电流演化的影响 227
7.5.1 控制算法综述 227
7.5.2 主从控制算法对故障电流演化的影响 229
7.5.3 虚拟阻抗算法对故障电流演化的影响 231
7.5.4 自适应控制对故障电流演化的影响 235
7.6 基于暂态能量流的柔性直流系统接地方式及参数优化 237
7.6.1 接地方式优化综述 237
7.6.2 基于暂态能量流的抑制率及抑制效率的定义 239
7.6.3 基于暂态能量流的接地方式限流效果分析 240
7.6.4 基于暂态能量流的接地方式及参数优化模型与优化结果讨论 243
7.7 本章小结 250
参考文献 251
第8章 直流电网故障电流通用计算方法 255
8.1 单换流器故障特性分析 255
8.1.1 半桥型MMC故障后等效回路分析 255
8.1.2 全桥型MMC故障后等效回路分析 259
8.1.3 混合型MMC故障后等效回路分析 265
8.2 单换流器故障电流计算方法 272
8.2.1 MMC直流侧故障的传统分析思路及存在的问题 272
8.2.2 MMC直流侧故障暂态过程中的能量交换分析 273
8.2.3 MMC直流侧故障电流解析表达式推导 274
8.3 多换流器故障耦合机制分析与通用计算方法 277
8.3.1 双端系统非金属性故障耦合机理 278
8.3.2 双端系统非金属性故障解耦计算方法 279
8.3.3 双端系统金属性故障通用计算方法 283
8.3.4 考虑直流网络影响的多换流器耦合机理与解耦计算 285
8.4 本章小结 297
第9章 采取限流措施后的直流电网故障特性 298
9.1 故障限流措施的分类与工作原理 298
9.1.1 限流设备 299
9.1.2 换流器主动限流控制 309
9.2 基于暂态能量流的MMC-HVDC电网故障限流器位置及参数优化 311
9.2.1 限流措施优化概述 311
9.2.2 基于暂态能量流的故障限流器位置及参数限流效果分析 312
9.2.3 基于暂态能量流的故障限流器位置及参数优化模型和优化结果讨论 316
9.3 采取限流措施后的直流电网故障电流特性 321
9.3.1 限流设备等效建模 321
9.3.2 考虑换流器主动限流控制的等效建模 324
9.3.3 限流措施的故障电流抑制特性 325
9.3.4 采取限流措施的直流电网故障电流分布特性 329
9.3.5 一种基于限流电感和耗能电阻的故障限流方案 334
9.4 采取限流措施的直流电网故障电流计算 343
9.4.1 考虑换流器主动限流控制的故障电流计算 343
9.4.2 考虑限流设备的故障电流计算 348
9.4.3 采取限流措施的直流电网故障电流计算 350
9.5 本章小结 361
参考文献 362