高压直流输电原理与运行（第3版）

韩民晓，教授，博导,柔性电力技术研究所所长。全国电压电流和频率专业标准化技术委员会委员，中电联直流配电系统标准化技术委员会副主任委员，北京电工技术学会理事，IEEE高级会员。研究领域为电力电子技术在电力系统中的应用。承担过国家自然科学基金、国家科技重点研发项目及电网公司重大专项等重要项目。完成了国际能源基金、国际合作专项等国际合作项目。与包括英国、日本、加拿大、丹麦在内的多个国家开展学术交流和项目合作。先后发表论文120多篇，完成专著5部，获得中国电力科学技术奖等省部级奖励4项。

电力电子新技术系列图书序言

第3版前言

第2版前言

第1版前言

第1章绪论1

11高压直流输电的构成1

111高压直流输电的概念1

112高压直流输电的分类1

113直流系统的构成4

12高压直流输电的特点及适用场合9

13高压直流输电的历史与国外的现状12

14高压直流输电在我国的发展15

15本书的构成和 内容简介 图书目录17

151LCC高压直流输电17

152LCC高压直流输电技术的新发展17

153VSC高压直流输电19

154关于高压直流输电技术的学习20

第2章高压直流输电系统的主要设备22

21换流装置23

211器件24

212换流阀 28

213换流单元接线方式 33

22换流变压器36

221功能与特点37

222换流变压器型式38

223换流变压器接入阀厅的方式39

23平波电抗器40

231功能40

232平波电抗器型式41

24无功补偿装置42

241无功补偿装置类型42

242无功补偿容量确定44

25滤波器47

251滤波器类型47

252交流滤波器49

253直流滤波器51

26直流输电线路52

261直流输电架空线路53

262直流输电电缆线路57

263直流接地极引线60

27接地极62

271接地极地电流对环境的影响63

272接地极运行特性65

273对极址的要求66

274接地极材料67

275接地极设计68

第3章换流器工作原理69

316脉波整流器工作原理69

311正常运行方式——工况2-371

312非正常运行方式——工况379

313故障运行方式——工况3-481

3146脉波整流器外特性曲线81

3212脉波整流器工作原理83

321正常运行方式——工况4-583

322桥间相互影响88

323相关计算公式89

336脉波逆变器工作原理92

331正常运行方式——工况2-393

332故障运行方式——工况3-496

3336脉波逆变器外特性曲线96

3412脉波逆变器工作原理98

34112脉波逆变器实现逆变的条件99

34212脉波逆变器可能发生换相失败99

34312脉波逆变器整流电压平均值计算公式99

第4章高压直流输电的谐波抑制与无功补偿100

41高压直流输电谐波的基本问题100

411谐波的危害100

412谐波的基本概念105

42特征谐波108

421换流器交流侧的特征谐波108

422换流器直流侧的特征谐波112

43非特征谐波114

431换流器交流侧的非特征谐波114

432换流器直流侧的非特征谐波115

44谐波抑制及抑制设备115

441增加脉波数抑制谐波116

442安装滤波器抑制谐波116

443谐波抑制设备116

45交流滤波器设计119

46直流滤波器设计126

461直流滤波器常规设计126

462直流有源滤波器128

47高压直流输电的无功补偿和功率因数129

471电网换相换流器无功特性129

472无功功率消耗计算工程方法131

473容性无功补偿设备容量确定131

474感性无功补偿设备容量确定132

475功率因数133

476无功分组容量确定133

48无功补偿设备134

49无功功率控制135

491分段调节无功补偿设备控制135

492连续调节无功补偿设备控制137

493换流器参与无功电压控制146

第5章电网换相直流输电的控制与保护147

51基本控制方式147

511控制原理147

512触发控制方式149

513换流器控制方式150

514整流器、逆变器的协调153

515控制保护用互感器156

52保护方式157

521保护动作方式与故障的分类157

522换流站内的故障与保护示例161

523直流线路的故障与保护示例164

524交流侧的故障与保护示例 166

53电网换相直流输电的运行特性167

531直流线路故障167

532交流系统故障167

533连续运行控制168

第6章电网换相直流输电与交流系统的相互作用170

61电网换相直流输电与交流系统相互作用的基本问题170

611短路比与有效短路比170

612短路比与输送能力分析171

613交流电压稳定性172

614高次谐波稳定性176

615轴系扭振现象178

62直流输电在交流系统控制中的应用180

621系统频率控制180

622交流电压、无功控制183

623系统稳定控制186

第7章电容换相直流输电与特高压直流输电190

71基于电容换相换流器的高压直流输电技术190

711电容换相换流器191

712可控串联电容换流器193

713基于电容换相技术的换流器特点194

714电容换相技术的工程应用197

72特高压直流输电206

721特高压直流输电发展概况206

722特高压直流输电的特点及我国特高压直流输电发展的必要性207

723特高压直流输电接线方式210

724特高压直流输电运行方式212

725特高压直流输电控制保护系统216

726特高压直流输电工程简介219

第8章器件换相直流输电技术221

81全控型功率器件发展概况221

811全控型功率器件的发展与应用概况221

812器件换相直流输电采用的典型全控型功率器件222

82器件换相直流输电换流装置工作原理225

821换流器225

822电压源换流器的工作原理和基本特点226

823接入系统时的有功、无功功率特性230

824基于Park 变换的d-q解耦控制 232

825换流器各部分电压、电流波形233

83器件换相直流输电的协调控制与保护方式235

831只采用器件换相的直流输电235

832器件、电网换相换流器混合型直流输电240

833混合型器件换相直流输电示例243

84器件换相直流输电的应用示例244

841电压源器件换相直流输电系统的应用范围244

842VSC-HVDC系统工程实例245

85模块化多电平换流器（MMC）技术251

851模块化多电平换流器技术简介251

852全桥结构的MMC技术255

第9章多端直流输电与高压直流电网256

91多端直流输电与高压直流电网的基本概念256

911多端直流输电与高压直流电网的定义256

912发展多端直流输电与直流电网的驱动力257

913发展概况258

914直流电网的分类及其特征259

92多端直流输电相关设备261

921直流断路器261

922全固态直流断路器262

923主动混合式直流断路器262

924高压DC/DC换流器264

93多端直流控制与保护267

931分层控制方式与多换流器协调控制267

932潮流控制274

933多端直流输电的故障保护与控制277

934混合多端直流输电系统278

参考文献281

本书在论述直流输电基本概念、分类、构成、发展及主要设备的基础上，针对电网换相直流输电，讨论了其基本工作原理，谐波与无功问题，直流输电的控制与保护，直流输电与交流系统的相互作用及对交流系统的控制作用。介绍了特高压直流输电等电网换相直流输电的新发展。在论述了器件换相直流输电技术和基本原理的基础上，探讨了多端直流输电及直流电网发展相关的基本问题。本书在内容定位上突出：①把直流输电的基本原理与运行控制相结合，在介绍直流输电功率变换特性的同时，完整描述直流输电与交流系统相互作用的基本问题；②作为电力电子新技术系列图书之一，强调电力电子技术在大容量电能传送中的作用，强调直流输电技术及其发展相应的器件、电路及系统的特点；③注重直流输电技术的新发展，全面论述特高压直流输电技术的发展与应用，指出了特高压直流输电技术面临的问题及其解决方案，系统讨论了基于全控器件的高压直流输电技术的原理、工程应用及发展趋势。

电力电子新技术系列图书序言

第2版　前言

第1版　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　电容换相换流器

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

2.4.1　无功补偿装置类型

2.4.2　无功补偿容量确定

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　6脉波整流器工作原理

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　6脉波整流器外特性曲线

3.2　12脉波整流器工作原理

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　6脉波逆变器工作原理

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　6脉波逆变器外特性曲线

3.4　12脉波逆变器工作原理

3.4.1　12脉波逆变器实现逆变的条件

3.4.2　12脉波逆变器可能发生换相失败

3.4.3　12脉波逆变器整流电压平均值计算公式

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　增加脉波数抑制谐波

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　无功功率控制

4.9.1　分段调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

7.3　器件换相直流输电的控制与保护方式

7.3.1　只采用器件换相的直流输电

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

7.5　器件换相直流输电的发展

7.5.1　模块化多电平换流器技术

7.5.2　换流器的发展趋势与开发现状

第8章　高压直流输电的新技术及新发展

8.1　基于电容换相技术的换流器

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　基于电容换相技术的换流器特点

8.1.4　电容换相技术的工程应用

8.2　特高压直流输电

8.2.1　特高压直流输电发展概况

8.2.2　特高压直流输电的特点及我国特高压直流输电发展的必要性

8.2.3　特高压直流输电接线方式

8.2.4　特高压直流输电运行方式

8.2.5　特高压直流输电控制保护系统

8.2.6　特高压直流输电工程简介

8.3　光触发晶闸管

参考文献

高压直流输电是电力电子技术应用为重要、为传统，也是发展为活跃的领域之一。本书在论述了直流输电基本概念、构成、发展及主要设备的基础上，讨论了直流输电的基本工作原理、谐波与无功问题、直流输电的控制与保护、直流输电与交流系统的相互作用及对交流系统的控制作用，论述了包括器件换相直流输电技术和特高压直流输电技术等直流输电技术的新进展。 本书的目的在于强调电力电子技术应用领域中高压直流输电的重要作用，可作为站在电力电子技术角度探讨其在电力系统中的应用或站在电力系统角度探讨电力电子技术的作用等相关领域的学习、研究及工程应用的参考书。