高压直流输电原理与应用（第2版）

自本书第1版出版以来，高压直流输电技术有了更加快速的发展。在远距离、大容量输电场合，高压直流输电已成为优选方案。随着基于电压源换流器的柔性直流输电技术日益成熟，高压直流输电得到了更加广泛的应用。在此背景下，我们对第1版进行了修订。与第1版相比，第2版扩充了柔性直流输电、多端柔性直流输电和混合直流输电等内容，删除了“高压直流输电的可靠性评估”章节。
本书由张勇军、刘子文、肖晃庆编著，陈碧云、李晓华参加了编写工作。其中第10、11、12章由肖晃庆执笔，陈碧云参与了第4、6章部分内容的撰写，李晓华参与了第7章前4节的撰写，其余部分主要由张勇军和刘子文执笔。全书由刘子文统稿和校对。书稿由王渝红、韩永霞审核，编写过程还先后得到了李立浧院士等多位专家的指导和帮助，在此表示感谢。
限于编者水平和时间仓促，书中难免有错漏之处，希望广大读者批评和指正。
作者
2021年7月

本书系统地介绍了高压直流输电基本原理和工程应用，内容共11章，涉及直流输电的基本概念和原理、换流电路工作原理、换流站及主设备、直流输电线路、谐波与滤波器、直流系统的控制和保护、直流系统的功率损耗及可靠性评估、特高压直流输电以及柔性直流输电、多端直流输电等前沿技术。 本书主要供电气工程专业硕士研究生、工学硕士研究生，以及电气工程及其自动化等相关专业的本科生教学和科研使用，并可供直流输电工程的设计与运行人员参考。

张勇军，男，教授，博士生导师，华南理工大学智慧能源工程技术研究中心主任。长期从事电力系统无功优化、电压控制、安全可靠性与风险评估、节能规划、智能配电网运行与规划、互联网 智慧能源、电能质量、直流输电等领域的研究。主持多项国家及省部级自然科学基金项目；完成横向项目60多项。发表论文300多篇。出版图书共6本。授权发明专利32项。担任中国电机工程学会分布式发电及智能配电专委会委员、中国能源学会专委会委员、广东省电机工程学会理事、IEEE高级会员，《电力系统保护与控制》、《广东电力》等杂志编委。

第1章绪论

1.1直流输电的发展历史

1.1.1早期的电力传输技术回顾

1.1.2高压直流输电技术的发展

1.1.3高压直流输电的基本概念

1.1.4国外高压直流输电工程代表性案例

1.1.5高压直流输电在中国的发展

1.2高压直流输电的基本接线方式

1.2.1单极线路方式

1.2.2双极线路方式

1.2.3“背靠背”换流方式

1.2.4多端方式

1.3直流输电的优、缺点

1.3.1直流输电的优势

1.3.2直流输电的不足

1.3.3直流输电的应用场合

习题

第2章换流电路的工作原理

2.1晶闸管与相控换流

2.1.1晶闸管的特性

2.1.2换流电路

2.1.3多桥换流器

2.2整流器的工作原理

2.2.1理想情况下的工作原理

2.2.2考虑触发角的情况

2.2.3同时考虑触发角和换相电感的情况

2.2.4换流装置的功率因数

2.3逆变器的工作原理

2.3.1触发角与直流电压的关系

2.3.2逆变器的运行

2.3.3换相失败的概念

2.3.4换相失败的影响因素

2.3.5换相失败的预防措施

2.4直流输电的运行方式及其稳态特性

2.4.1直流输电工程的额定值

2.4.2直流输电的运行方式

2.4.3稳态工况的计算

2.4.4换流器的功率特性

2.4.5换流器的无功功率特性

习题

第3章换流站及其主设备

3.1换流站概况

3.1.1换流站主设备及其功能

3.1.2换流站的平面布置

3.2晶闸管换流器

3.2.1晶闸管阀的性能要求

3.2.2晶闸管阀的结构

3.2.3晶闸管的触发方式

3.3换流变压器

3.3.1换流变压器的特点

3.3.2换流变压器的选择

3.3.3换流变压器的选型方案

3.4平波电抗器

3.4.1平波电抗器的结构和功能

3.4.2平波电抗器的选择

3.5无功补偿装置

3.5.1静态无功补偿装置

3.5.2动态无功补偿装置

3.6换流站的工程案例

习题

第4章高压直流输电线路

4.1概况

4.1.1杆塔

4.1.2直流线路绝缘子

4.1.3直流电缆线路

4.2架空线路的运行特性

4.2.1电晕效应

4.2.2电场效应

4.2.3电晕损耗

4.2.4屏蔽效应与派生效应

4.2.5无线电干扰

4.2.6可听噪声

4.3架空线路的参数选择

4.3.1额定电压

4.3.2导体截面

4.3.3分裂导线数

4.3.4直流输电线路工程实例

4.4大地回路

4.4.1电磁效应

4.4.2热力效应

4.4.3电化效应

4.4.4陆地接地电极

4.4.5海岸电极和海水电极

4.4.6接地极线路工程案例

习题

第5章高压直流系统的谐波和滤波器

5.1谐波的基本概念

5.1.1谐波源与谐波

5.1.2谐波的指标

5.1.3直流输电的谐波

5.2换流装置交流侧的特征谐波

5.2.1换流变压器阀侧线电流

5.2.2换流变压器交流侧线电流

5.2.3双桥十二脉动换流变压器交流侧线电流

5.3换流装置直流侧的特征谐波

5.3.1换流器直流侧的谐波电压

5.3.2换流器直流侧的谐波电流

5.4交流滤波器

5.4.1并联交流滤波器的阻抗特性

5.4.2交流滤波器的选择设计

5.4.3交流滤波器的配置

5.4.4交流滤波器的工程案例

5.5直流滤波器

5.5.1直流滤波器的配置

5.5.2直流滤波器的工程案例

5.6有源滤波器

5.6.1基本构成与原理

5.6.2接线方式的选择

5.6.3混合有源直流滤波系统

5.6.4有源直流滤波器的工程案例

习题

第6章高压直流系统的控制

6.1概述

6.1.1分层控制模式

6.1.2基本控制要求

6.2基本控制方式

6.2.1定电流控制

6.2.2定电压控制

6.2.3定触发角控制

6.2.4定熄弧角控制

6.3功率控制和频率控制

6.3.1定功率控制

6.3.2定频率控制与功率/频率控制

6.4两侧换流器控制的配合特性

6.4.1理想控制特性

6.4.2控制特性不稳定的对策

6.4.3低压限流与触发角限制

6.4.4换流站的控制特性

6.4.5潮流翻转控制

6.4.6直流系统的启停控制

6.4.7换流变压器分接头切换控制

6.5基本的脉冲触发控制方式

6.5.1分相控制方式

6.5.2等距离脉冲相位控制方式

6.6极控系统

6.6.1极控系统的设备配置及其主要功能

6.6.2换流器动作顺序

6.6.3非正常闭锁的控制

6.7直流站控系统

6.7.1直流站控系统的主要功能

6.7.2系统无功功率控制

6.7.3直流系统控制级别

6.8交流站控系统

6.8.1交流站控系统的主要功能

6.8.2交流场设备其他功能的实现方式

习题

第7章高压直流输电的保护

7.1高压直流输电系统保护的配置原则与动作策略

7.1.1高压直流输电系统的故障种类

7.1.2直流输电系统保护的配置原则

7.1.3直流输电系统保护的动作策略

7.2换流站保护的配置

7.2.1主要保护配置

7.2.2其他辅助保护配置

7.2.3极控保护

7.3换流器的保护

7.3.1换流器的故障分析

7.3.2换流器的保护配置

7.4高压直流输电线路的保护

7.4.1直流线路的故障类型

7.4.2直流线路故障过程

7.4.3高压直流线路保护的要求与配置

7.4.4直流线路行波保护

7.4.5直流线路的主要后备保护

7.4.6直流线路故障的恢复顺序

7.5换流站的过电压与防护

7.5.1换流站交流侧过电压

7.5.2换流站直流侧过电压

7.5.3换流站过电压保护

7.5.4换流站过电压保护和绝缘配合

7.5.5换流站防雷保护

7.6直流输电线路的过电压与防雷保护

7.6.1直流线路过电压

7.6.2直流输电线路的耐雷性能

7.6.3高压直流线路的防雷保护措施

7.7直流输电系统过电压保护和绝缘配合

7.7.1过电压保护和绝缘配合

7.7.2过电压保护和绝缘配合的工程案例

习题

第8章直流输电系统的损耗计算

8.1概述

8.1.1直流输电线路的损耗

8.1.2接地极系统的损耗

8.1.3直流换流站的损耗

8.2晶闸管阀的损耗

8.2.1阀损耗分量

8.2.2阀的总损耗

8.3其他设备的损耗

8.3.1换流变压器的损耗

8.3.2并联电容器组的损耗

8.3.3交流滤波器的损耗

8.3.4直流滤波器的损耗

8.3.5平波电抗器的损耗

8.3.6辅助设备和站用电的损耗

8.3.7PLC滤波器的损耗

8.4功率损耗计算的工程算例

8.4.1贵广一回/二回直流系统的损耗计算

8.4.2计算结果分析

习题

第9章特高压直流输电

9.1概况

9.1.1特高压输电的定义

9.1.2推动特高压输电发展的因素

9.1.3特高压直流输电在中国的发展

9.1.4特高压直流输电的技术难点

9.2特高压直流输电系统的工程案例

9.2.1主回路接线方式

9.2.2换流阀

9.2.3换流变压器

9.2.4滤波器

9.2.5接地极

9.2.6控制系统与保护

9.3特高压直流对受端系统电压稳定的影响

9.3.1电压稳定的概念

9.3.2电压稳定与无功补偿

9.3.3大型受端电网的电压稳定问题

9.3.4特高压直流对受端系统电压稳定性的影响

9.4特高压直流输电的过电压与绝缘配合

9.4.1直流输电系统的过电压保护

9.4.2换流站电气设备的绝缘配合

习题

第10章柔性直流输电

10.1概述

10.2两电平VSC的工作原理

10.3MMC的工作原理

10.3.1MMC子模块的工作原理

10.3.2MMC相单元的工作原理

10.3.3MMC的调制策略

10.4柔性直流换流器的四象限运行特性

10.5柔性直流输电与传统直流输电的对比

10.6柔性直流输电的幅相控制

10.7柔性直流输电的矢量控制

10.7.1内环电流控制

10.7.2外环功率控制

10.8柔性直流输电的虚拟同步机控制

10.9柔性直流输电的应用

习题

第11章多端柔性直流输电系统

11.1概述

11.2多端柔性直流输电系统的控制策略

11.2.1主从控制

11.2.2功率电压下垂控制

11.2.3带下垂的主从控制

11.3多端柔性直流输电系统的关键装置

11.3.1直流断路器

11.3.2直流潮流控制器

11.3.3直流变压器

习题

第12章混合直流输电系统

12.1概述

12.2端混合型直流输电

12.2.1拓扑结构

12.2.2运行范围

12.2.3潮流翻转

12.2.4直流故障清除

12.3极混合型直流输电

12.3.1拓扑结构

12.3.2运行范围

12.3.3潮流翻转

12.3.4直流故障清除

12.4换流器串联型混合直流输电

12.4.1拓扑结构

12.4.2运行范围

12.4.3潮流翻转

12.4.4直流故障清除

12.5换流器并联型混合直流输电

12.5.1拓扑结构

12.5.2运行范围

12.5.3潮流翻转

12.5.4直流故障清除

12.64种混合直流输电系统的比较

习题

附录部分专业词汇对照表

参考文献

高压直流输电已经成为当前电力行业中富有吸引力和引人关注的一个发展方向。本书系统地介绍了高压直流输电基本原理和工程应用，第1版被多所院校选为教材，第2版结合高压直流输电的技术和应用场景进行了修改和补充，满足了直流输电相关领域人员和学者进行学习和科研的需求，具有一定的学术和社会推广价值。