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基于子模塊級(jí)聯(lián)型換流器的柔性輸電系統(tǒng) 徐政 張哲任 肖晃慶 
定 價(jià)：298 元
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本書(shū)包含三大板塊。第一大板塊是新型電力系統(tǒng)基礎(chǔ)理論，內(nèi)容包括電壓源換流器（VSC）與交流電網(wǎng)之間的五種同步控制方法，VSC及其控制模式的分類，基于模塊化多電平換流器（MMC）的全能型靜止同步機(jī)的原理與應(yīng)用，電力系統(tǒng)強(qiáng)度的定義及其計(jì)算方法，電力系統(tǒng)諧振穩(wěn)定性的定義及其分析方法，基于阻抗模型分析電力系統(tǒng)諧振穩(wěn)定性的兩難困境等。第二大板塊是柔性直流輸電系統(tǒng)的原理和應(yīng)用，內(nèi)容包括MMC的工作原理及其穩(wěn)態(tài)特性，MMC的主電路參數(shù)選擇與損耗計(jì)算，基于MMC的柔性直流輸電系統(tǒng)的控制策略，MMC中的子模塊電容電壓控制，MMC的交直流側(cè)故障特性分析及直流側(cè)故障自清除能力構(gòu)建，適用于架空線路的柔性直流輸電系統(tǒng)，大規(guī)模新能源基地的柔性直流送出系統(tǒng)，MMC直流輸電應(yīng)用于海上風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)，MMC直流電網(wǎng)的電壓控制原理與暫態(tài)故障特性，高壓直流斷路器的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法，新能源基地全直流集電和并網(wǎng)系統(tǒng)，MMC直流換流站的絕緣配合設(shè)計(jì)，MMC的電磁暫態(tài)快速仿真方法等。第三大板塊是基于子模塊級(jí)聯(lián)型換流器的柔性交流輸電系統(tǒng)的原理和應(yīng)用，內(nèi)容包括模塊化多電平矩陣變頻器（M3C）的原理和控制策略，基于M3C的海上風(fēng)電場(chǎng)低頻交流送出系統(tǒng)原理，基于MMC的統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）原理，子模塊級(jí)聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）原理等。本書(shū)適合從事新型電力系統(tǒng)科研、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行以及柔性輸電裝備研發(fā)的高級(jí)工程技術(shù)人員和高等學(xué)校電氣工程學(xué)科的教師與研究生閱讀。
1）以浙江大學(xué)交直流輸配電研究團(tuán)隊(duì)的深厚科研積累為根基，系統(tǒng)構(gòu)建柔性輸電理論與應(yīng)用體系。2）書(shū)中深度解析子模塊級(jí)聯(lián)型換流器技術(shù)，從新型電力系統(tǒng)基礎(chǔ)理論，到柔性直流輸電系統(tǒng)的原理與應(yīng)用，再到基于子模塊級(jí)聯(lián)型換流器的柔性交流輸電系統(tǒng)的原理與應(yīng)用，展現(xiàn)技術(shù)從理論到實(shí)踐的完整脈絡(luò)。3）書(shū)中內(nèi)容融匯科學(xué)研究與行業(yè)最新發(fā)展，兼具學(xué)術(shù)深度與工程指導(dǎo)價(jià)值。其跨學(xué)科視角與系統(tǒng)性架構(gòu)，為電力系統(tǒng)研究者與工程師提供權(quán)威參考，對(duì)推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)及清潔能源并網(wǎng)具有重要意義，是電力科技領(lǐng)域的理論創(chuàng)新與實(shí)踐指導(dǎo)典范之作。
不管是柔性直流輸電技術(shù)還是柔性交流輸電技術(shù)，發(fā)展到今天，其共同的核心技術(shù)都是子模塊級(jí)聯(lián)型換流器技術(shù)�？梢哉f(shuō)，子模塊級(jí)聯(lián)型換流器技術(shù)為電網(wǎng)一次系統(tǒng)的柔性化鋪平了道路，是新型電力系統(tǒng)的基本支撐技術(shù)，在我國(guó)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。子模塊級(jí)聯(lián)型換流器技術(shù)目前已趨于成熟，業(yè)界迫切需要一本反映此領(lǐng)域最新技術(shù)水平的學(xué)術(shù)專著，本書(shū)正是在這樣的背景下撰寫(xiě)的。本書(shū)的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。第一，本書(shū)創(chuàng)造了一系列新的技術(shù)概念。例如，針對(duì)電壓源換流器（VSC）與交流電網(wǎng)之間的同步控制問(wèn)題，本書(shū)按照同步控制方法所基于的物理媒介，即換流器交流母線PCC上可直接測(cè)量的4個(gè)物理量以及VSC的直流側(cè)電壓，將既有的同步控制方法統(tǒng)一歸類為5個(gè)大類，分別為基于PCC瞬時(shí)電壓的鎖相環(huán)（PLL），包括SRFPLL和DDSRFPLL；基于PCC有功功率的功率同步環(huán)（PSL）；基于VSC直流側(cè)電壓的直流電壓同步環(huán)（VSL）；基于PCC無(wú)功功率的無(wú)功功率同步環(huán)（QSL）；基于PCC瞬時(shí)電流的電流同步環(huán)（CSL）。針對(duì)目前業(yè)界關(guān)于構(gòu)網(wǎng)型VSC與跟網(wǎng)型VSC定義不明確、邏輯不嚴(yán)密的問(wèn)題，本書(shū)根據(jù)VSC能否獨(dú)立確立全網(wǎng)頻率對(duì)VSC的類型進(jìn)行了重新劃分并給出了明確的定義。本書(shū)將VSC與所接入電網(wǎng)之間的相互作用關(guān)系定義為兩種基本類型，分別為電網(wǎng)構(gòu)造型（Grid Forming）VSC和電網(wǎng)支撐型（Grid Supporting）VSC。其中，電網(wǎng)構(gòu)造型VSC本書(shū)也稱其為“構(gòu)網(wǎng)電源（Grid Forming Source）”，包含4層含義：第1層含義是構(gòu)網(wǎng)電源為無(wú)源電網(wǎng)或新能源基地電網(wǎng)的功率平衡電源，其在交流側(cè)的行為與交流電網(wǎng)潮流計(jì)算中的“平衡節(jié)點(diǎn)”完全一致，其在直流側(cè)的表現(xiàn)則為直流側(cè)電壓Udc恒定，但Udc恒定不是構(gòu)網(wǎng)電源本身實(shí)現(xiàn)的，而是由直流電網(wǎng)中的其他電源或者儲(chǔ)能裝置實(shí)現(xiàn)的；第2層含義是當(dāng)VSC作為構(gòu)網(wǎng)電源時(shí)，其采用的控制模式為f/V控制模式；第3層含義是構(gòu)網(wǎng)電源的運(yùn)行頻率決定了無(wú)源電網(wǎng)或新能源基地電網(wǎng)的運(yùn)行頻率；第4層含義是構(gòu)網(wǎng)電源的電壓幅值在很大程度上決定了無(wú)源電網(wǎng)或新能源基地電網(wǎng)的運(yùn)行電壓。本書(shū)將接入有源交流電網(wǎng)且采用同步控制的所有VSC統(tǒng)稱為電網(wǎng)支撐型VSC，其包含4種子類型，分別為電壓支撐型VSC、頻率支撐型VSC、電壓與頻率全支撐型VSC，以及電壓與頻率零支撐型VSC；并將電壓與頻率零支撐型VSC稱為電網(wǎng)跟隨型（Grid Following）VSC。針對(duì)“寬頻振蕩”定義模糊問(wèn)題，本書(shū)明確給出了電力系統(tǒng)諧振穩(wěn)定性的定義。當(dāng)電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)后，必然進(jìn)入電磁暫態(tài)振蕩過(guò)程，其電壓、電流響應(yīng)中除了基波頻率的強(qiáng)制分量外，還包含有以“固有諧振頻率”振蕩的自由分量。本書(shū)將這種以“固有諧振頻率”振蕩的自由分量的衰減特性定義為電力系統(tǒng)諧振穩(wěn)定性。如果所有以“固有諧振頻率”振蕩的自由分量都是衰減的，則稱電力系統(tǒng)是諧振穩(wěn)定的，否則就稱電力系統(tǒng)是諧振不穩(wěn)定的。針對(duì)基于阻抗模型分析電力系統(tǒng)諧振穩(wěn)定性問(wèn)題的做法，本書(shū)明確提出了兩種不同性質(zhì)的增量線性化模型，即基于泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量線性化模型與基于傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量諧波線性化模型。強(qiáng)調(diào)了諧波線性化方法的基本原理是使非線性裝置線性化后的數(shù)學(xué)模型滿足線性時(shí)不變（LTI）模型的頻率保持特性，即單一頻率激勵(lì)產(chǎn)生同一頻率響應(yīng)的特性。并在此基礎(chǔ)上以非線性電阻元件為例，證明了在直流工作點(diǎn)上，基于泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量線性化模型與基于傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量諧波線性化模型是一致的；而在交流穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，基于泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量線性化模型與基于傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量諧波線性化模型是不一致的。本書(shū)強(qiáng)調(diào)了基于LTI系統(tǒng)理論分析電力系統(tǒng)的諧振穩(wěn)定性時(shí)，電力電子裝置的線性化模型應(yīng)采用基于傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量諧波線性化模型，即采用雙輸入描述函數(shù)法所導(dǎo)出的增量諧波線性化模型。本書(shū)指出了目前基于阻抗模型分析電力系統(tǒng)諧振穩(wěn)定性的兩難困境，分別為“削足適履”困境和“走斷頭路”困境。所謂“削足適履”困境，指的是為了滿足LTI模型單一頻率激勵(lì)產(chǎn)生同一頻率響應(yīng)的要求，采用雙輸入描述函數(shù)法導(dǎo)出電力電子裝置的LTI增量阻抗模型時(shí)必須舍去非高次諧波分量，從而使LTI增量阻抗模型的精度受到了實(shí)質(zhì)性的損傷，導(dǎo)致基于LTI增量阻抗模型采用LTI系統(tǒng)理論進(jìn)行電力系統(tǒng)諧振穩(wěn)定性分析的結(jié)果變得不可靠。所謂“走斷頭路”困境，指的是盡管可以推導(dǎo)出精度較高的電力電子裝置頻率耦合阻抗（或?qū)Ъ{）模型，但頻率耦合阻抗（或?qū)Ъ{）模型不是LTI模型，因而不能將頻率耦合阻抗模型與其他元件的LTI模型聯(lián)接在一起，應(yīng)用LTI系統(tǒng)理論來(lái)分析整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性�；陬l率耦合阻抗（或?qū)Ъ{）模型，目前并沒(méi)有可用的數(shù)學(xué)工具來(lái)進(jìn)一步分析整個(gè)系統(tǒng)的諧振穩(wěn)定性，即在推導(dǎo)出了頻率耦合阻抗（或?qū)Ъ{）模型后就無(wú)路可走了。本書(shū)提出的其他新技術(shù)概念還包括：非同步機(jī)電源；時(shí)域運(yùn)算模型；同步控制環(huán)的抗電壓擾動(dòng)能力；同步控制環(huán)的抗頻率擾動(dòng)能力；根據(jù)同步控制方法和VSC外部特性雙要素的VSC分?jǐn)?shù)格式控制模式命名方法；全能型靜止同步機(jī)；目標(biāo)同步機(jī)；交直流雙側(cè)故障隔離；等效慣量提升因子；穩(wěn)態(tài)頻率偏差下降因子；關(guān)鍵性諧振模態(tài)；電壓韌度；容量短路比、阻抗短路比、電壓剛度、多饋入電壓剛度、多饋入阻抗短路比；基于電壓支撐強(qiáng)度不變的新能源基地電網(wǎng)等效簡(jiǎn)化方法等。第二，本書(shū)比較完美地闡釋了學(xué)習(xí)和應(yīng)用子模塊級(jí)聯(lián)型換流器技術(shù)中所遇到的眾多難點(diǎn)問(wèn)題。包括：MMC的實(shí)時(shí)觸發(fā)模式；MMC數(shù)學(xué)模型的雙模分量描述法及其解耦特性；基于逐次逼近法的MMC穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型解析推導(dǎo)方法；MMC的交流側(cè)基頻等效電路與調(diào)制比的定義；MMC直流側(cè)與交流側(cè)阻抗的定義；等容量放電時(shí)間常數(shù)的意義；相單元串聯(lián)諧振角頻率的意義；SRFPLL的最優(yōu)參數(shù)設(shè)計(jì)；PSL的最優(yōu)參數(shù)設(shè)計(jì)；QSL的最優(yōu)參數(shù)設(shè)計(jì)；QSL同時(shí)實(shí)現(xiàn)同步控制與無(wú)功功率均攤的原理；MMC的雙模雙環(huán)控制器設(shè)計(jì)；MMC的環(huán)流抑制控制；二次諧波電流注入控制的原理與特性；零序三次諧波電壓注入控制的原理與特性；同時(shí)實(shí)現(xiàn)恒定無(wú)功功率和恒定電壓控制的外環(huán)控制器；基于DDSRF的通用瞬時(shí)正、負(fù)序分量分解方法；交流電網(wǎng)電壓不平衡和畸變時(shí)MMC的雙模雙環(huán)雙序控制器設(shè)計(jì)；MMC作為無(wú)源電網(wǎng)或新能源基地電網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)電源時(shí)的定交流電壓幅值差模單環(huán)控制器設(shè)計(jì)原理與高電壓韌度實(shí)現(xiàn)方法；基于各種排序算法的子模塊電容電壓平衡策略；基于s域運(yùn)算電路模型的MMC直流側(cè)短路電流計(jì)算方法；FHMMC的防直流電流斷流控制器和防輸出功率堵塞控制器設(shè)計(jì)原理；大規(guī)模新能源基地的3種LCCMMC串聯(lián)型柔性直流輸電送出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；應(yīng)用于大規(guī)模新能源基地送出的LCCMMC送端站的控制策略；海上風(fēng)電送出的10種典型方案及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)；直流電網(wǎng)一次調(diào)壓與二次調(diào)壓的協(xié)調(diào)控制方法；MMC直流電網(wǎng)的2種故障處理方法；高壓直流斷路器開(kāi)斷直流電流的2條基本途徑；組合式多端口高壓直流斷路器實(shí)現(xiàn)原理；大規(guī)模新能源基地全直流匯集與送出系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)；全能型靜止同步機(jī)的實(shí)現(xiàn)原理與應(yīng)用技術(shù)；MMC直流換流站絕緣配合設(shè)計(jì)原則；M3C子模塊電容電流與電容電壓集合平均值的解析推導(dǎo)方法；M3C控制器設(shè)計(jì)原理；基于MMC的UPFC的控制器設(shè)計(jì)原理；星形接線子模塊級(jí)聯(lián)型STATCOM在交流電網(wǎng)電壓平衡和不平衡時(shí)的控制器設(shè)計(jì)原理；三角形接線子模塊級(jí)聯(lián)型STATCOM在交流電網(wǎng)電壓平衡和不平衡時(shí)的控制器設(shè)計(jì)原理；STATCOM同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和有源濾波的原理；基于分塊交接變量方程法的MMC快速仿真總體思路；子模塊戴維南等效快速仿真方法；橋臂戴維南等效快速仿真方法；s域節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣法的兩階段實(shí)現(xiàn)原理；諧波線性化方法的基本原理與實(shí)現(xiàn)方法；基于雙輸入描述函數(shù)法的增量諧波線性化模型推導(dǎo)方法；頻率耦合阻抗模型的推導(dǎo)方法與基本性質(zhì)。第三，本書(shū)基于扎實(shí)的推導(dǎo)和仿真，對(duì)一批業(yè)界流行的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑，并給出了作者的觀點(diǎn)：1）本書(shū)將電力電子技術(shù)領(lǐng)域廣泛使用的用于描述算法原理的框圖稱為“時(shí)域運(yùn)算模型”。以往這種描述算法原理的框圖并沒(méi)有一個(gè)合適的名稱，容易被誤解為是控制理論中的傳遞函數(shù)框圖。事實(shí)上，這種描述算法原理的框圖并不是控制理論意義上的傳遞函數(shù)框圖，控制理論意義上的傳遞函數(shù)是在s域中的函數(shù)，不是時(shí)域函數(shù)；而這種描述算法原理的框圖首先是時(shí)域中的模型，與s域中的函數(shù)沒(méi)有任何關(guān)系，這種框圖中的符號(hào)“s”僅僅用來(lái)表示微分和積分運(yùn)算的算子符號(hào)。故拉普拉斯變換的相關(guān)定理對(duì)時(shí)域運(yùn)算模型并不適用。2）以往文獻(xiàn)認(rèn)為SRFPLL是全局漸近穩(wěn)定的，而本書(shū)用一個(gè)具體實(shí)例證明了SRFPLL是非全局漸近穩(wěn)定的。3）之前有文獻(xiàn)提出了基于VSC直流側(cè)電容動(dòng)態(tài)特性實(shí)現(xiàn)同步控制的方法，即本書(shū)所稱的VSL；本書(shū)證明了VSL因其抗電壓擾動(dòng)能力和抗頻率擾動(dòng)能力都極弱，不太可能在實(shí)際電網(wǎng)中應(yīng)用。4）基于耦合振子同步機(jī)制的CSL是當(dāng)前的一大研究熱點(diǎn)，業(yè)界對(duì)此種同步機(jī)制寄予了很高的期望。但本書(shū)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的雙機(jī)系統(tǒng)實(shí)例，證明了CSL不具備有功功率和無(wú)功功率的控制能力，因而不太可能在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。5）業(yè)界普遍認(rèn)為基于PLL的同步控制方法在強(qiáng)系統(tǒng)下有很好的性能；而基于PSL的同步控制方法比較適合于弱系統(tǒng)，在強(qiáng)系統(tǒng)下會(huì)發(fā)生振蕩。本書(shū)通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證，證明不管是基于PLL的同步控制方法還是基于PSL的同步控制方法，都能在強(qiáng)系統(tǒng)和弱系統(tǒng)下展現(xiàn)出很好的性能�；赑SL的同步控制方法在強(qiáng)系統(tǒng)下發(fā)生振蕩的原因是阻尼系數(shù)采用了弱系統(tǒng)條件下設(shè)計(jì)的參數(shù)所致；而PLL在弱系統(tǒng)下會(huì)失鎖的原因是VSC在弱系統(tǒng)下的控制策略不合適所致。6）對(duì)于遠(yuǎn)距離架空線路柔性直流輸電系統(tǒng)，當(dāng)采用具有直流側(cè)故障自清除能力的換流器實(shí)現(xiàn)直流線路故障清除時(shí)，一種可能的方案是采用全橋半橋混合型MMC，即采用FHMMC。在采用FHMMC的條件下，有2種直流線路故障清除方案，一種是通過(guò)子模塊閉鎖清除直流側(cè)故障方案；另一種是將故障電流直接控制到零的直流側(cè)故障清除方案。對(duì)于這2種直流側(cè)故障清除方案，本書(shū)的論證結(jié)論是應(yīng)采用子模塊閉鎖方案且全橋子模塊比例取50%。理由如下：①當(dāng)FHMMC的全橋子模塊比例為50%時(shí)，采用子模塊閉鎖方案可以十分有效地清除直流側(cè)故障，故障清除時(shí)間很短，典型值小于15ms；故障清除后的子模塊電容過(guò)電壓水平不高，在13倍左右；相比于直接故障電流控制方案，子模塊閉鎖方案優(yōu)勢(shì)明顯。②若采用直接故障電流控制方案清除直流側(cè)故障，為了達(dá)到與子模塊閉鎖方案相同的直流側(cè)故障清除時(shí)間（15ms），需要的全橋子模塊比例將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50%，典型值為75%；代價(jià)是大大增加了投資成本和運(yùn)行成本，因此其合理性存疑。采用直接故障電流控制方案的主要依據(jù)是如下3點(diǎn)：①在清除直流側(cè)故障期間可以對(duì)交流電網(wǎng)進(jìn)行一定的無(wú)功支撐；②直流側(cè)故障清除后子模塊幾乎不存在過(guò)電壓；③由于子模塊電容電壓相對(duì)均衡，便于直流系統(tǒng)重新啟動(dòng)恢復(fù)送電。上述3個(gè)依據(jù)不夠充分的理由如下：①直流側(cè)故障清除期間對(duì)交流電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功支撐，其必要性存疑；②子模塊設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了一定的過(guò)電壓耐受能力，13倍的過(guò)電壓水平是可以接受的，追求直流側(cè)故障清除后不存在過(guò)電壓?jiǎn)栴}，其必要性存疑；③子模塊電容電壓不均衡不會(huì)妨礙直流系統(tǒng)重新啟動(dòng)恢復(fù)送電，F(xiàn)HMMC在恢復(fù)控制后子模塊電容電壓會(huì)很快得到均衡，因此追求直流側(cè)故障清除后子模塊電容電壓相對(duì)均衡，其必要性存疑�？傊�，為了采用直接故障電流控制方案，需要大大提高FHMMC中的全橋子模塊比例，在達(dá)到與子模塊閉鎖方案相同的故障清除時(shí)間的條件下，全橋子模塊比例需要增加到75%，大大增加了FHMMC的投資成本和運(yùn)行成本，而獲得的效益幾乎可以忽略不計(jì)。因此在選擇直流側(cè)故障清除控制方案時(shí)，不推薦采用直接故障電流控制方案。7）本書(shū)證明了在新型電力系統(tǒng)中，容量短路比完全失去了刻畫(huà)電力系統(tǒng)電壓支撐強(qiáng)度的指標(biāo)作用，已不再適用；相反，阻抗短路比在新型電力系統(tǒng)中仍然適用，且其數(shù)值所指示的系統(tǒng)強(qiáng)度保持其原始的意義。1992年CIGRE和IEEE聯(lián)合工作組提出的短路比概念是基于短路容量來(lái)定義的，也就是本書(shū)所稱的容量短路比。當(dāng)電網(wǎng)中只有同步機(jī)電源時(shí)，容量短路比與阻抗短路比是完全一致的，因?yàn)橥綑C(jī)的短路電流完全由其阻抗決定，不存在限幅環(huán)節(jié)。但對(duì)于非同步機(jī)電源，容量短路比與阻抗短路比兩者是完全不同的。對(duì)于非同步機(jī)電源，由于短路電流有限幅環(huán)節(jié)的作用，用短路容量來(lái)定義短路比是沒(méi)有意義的；即對(duì)于非同步機(jī)電源，短路容量并不能表征其維持接入點(diǎn)電壓模值接近于接入點(diǎn)空載電壓的能力。8）本書(shū)對(duì)基于序網(wǎng)模型分析諧振穩(wěn)定性的正當(dāng)性提出了質(zhì)疑。以往有基于序網(wǎng)模型對(duì)交流電網(wǎng)諧振穩(wěn)定性進(jìn)行分析的做法，比如采用阻抗模型分析諧振穩(wěn)定性時(shí)，通常是基于交流電網(wǎng)的序阻抗模型進(jìn)行分析的。但本書(shū)基于諧振穩(wěn)定性的定義，認(rèn)為基于序網(wǎng)阻抗模型分析諧振穩(wěn)定性是不合適的。第四，本書(shū)在新型電力系統(tǒng)學(xué)術(shù)研究的方法上，也有一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新。本書(shū)大量使用了直接求解系統(tǒng)微分代數(shù)方程組的方法來(lái)研究一定規(guī)模的系統(tǒng)問(wèn)題，克服了解析分析只能應(yīng)用于很低階的系統(tǒng)而仿真方法機(jī)理展示不直接的缺陷，為新型電力系統(tǒng)的研究提供了一種新的技術(shù)手段。本書(shū)總結(jié)了浙江大學(xué)交直流輸配電研究團(tuán)隊(duì)在柔性輸電領(lǐng)域的工作積累，是本研究團(tuán)隊(duì)共同努力的結(jié)晶。特別感謝黃瑩、王國(guó)騰、徐雨哲、徐文哲、金硯秋等團(tuán)隊(duì)成員在本書(shū)寫(xiě)作過(guò)程中所做的工作。與本書(shū)相關(guān)的研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：U24B2089）的資助，在此表示感謝。本書(shū)對(duì)業(yè)界普遍關(guān)注的一些技術(shù)問(wèn)題給出了鮮明的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，但學(xué)術(shù)觀點(diǎn)需要時(shí)間和實(shí)踐的檢驗(yàn)；另外，限于作者水平，書(shū)中難免存在錯(cuò)誤和不妥之處，真誠(chéng)歡迎廣大讀者批評(píng)指正。本書(shū)的視頻教程將在B站UP主“徐政講直流輸電”發(fā)布，作者聯(lián)系郵箱：xuzheng007@zjueducn。
徐政電力系統(tǒng)專家，1962年9月出生于浙江海寧。浙江大學(xué)二級(jí)教授，國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)會(huì)士（IEEE Fellow），電力科學(xué)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)獲得者，愛(ài)思唯爾中國(guó)高被引學(xué)者，入選全球前2%頂尖科學(xué)家終身科學(xué)影響力排行榜。作為浙江大學(xué)直流輸電研究團(tuán)隊(duì)的學(xué)術(shù)帶頭人，在直流輸電系統(tǒng)原理、成套設(shè)計(jì)和交直流電力系統(tǒng)規(guī)劃等方面取得了一系列創(chuàng)新成果，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在國(guó)內(nèi)外具有重要的學(xué)術(shù)影響力，為推動(dòng)直流輸電事業(yè)的發(fā)展作出重大貢獻(xiàn)。于1983、1986和1993年分別在浙江大學(xué)電機(jī)系獲學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。主要研究領(lǐng)域?yàn)榇笠?guī)模交直流電力系統(tǒng)分析、直流輸電與柔性交流輸電、新能源發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)、電力諧波與電能質(zhì)量等。 出版專著2部、譯著12部，榮獲機(jī)械工業(yè)出版社建社60周年“最具影響力作者”（2012） 和建社70周年“百佳作譯者”（2022）稱號(hào)；專著《柔性直流輸電系統(tǒng)》獲《中國(guó)高被引圖書(shū)年報(bào)》2012-2016期間電工技術(shù)類高被引圖書(shū)第一名。發(fā)表論文600余篇，其中單篇最高SCI引用數(shù)超過(guò)1000次。2011年獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，1997年獲國(guó)家自然科學(xué)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。已培養(yǎng)全日制研究生129人，其中獲博士學(xué)位51人、碩士學(xué)位78人。 擔(dān)任直流輸電技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、中國(guó)南方電網(wǎng)公司專家委員會(huì)委員、13種電工領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊編委。負(fù)責(zé)完成國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“輸電與聯(lián)網(wǎng)中的多直流落點(diǎn)問(wèn)題及其對(duì)策”和“含多個(gè)換流站的電力網(wǎng)中的交直流系統(tǒng)相互作用特性研究”等多個(gè)重要項(xiàng)目。
首字母縮略詞匯總符號(hào)說(shuō)明第1章基于子模塊級(jí)聯(lián)型換流器的柔性輸電技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用111柔性輸電技術(shù)的定義112柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展過(guò)程及其特點(diǎn)113柔性直流輸電應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輸電614柔性直流輸電應(yīng)用于背靠背異步聯(lián)網(wǎng)715柔性直流輸電應(yīng)用于背靠背異同步分網(wǎng)和類同步控制716柔性直流輸電應(yīng)用于構(gòu)建直流電網(wǎng)817基于子模塊級(jí)聯(lián)型換流器的柔性交流輸電技術(shù)918小結(jié)9參考文獻(xiàn)9第2章MMC基本單元的工作原理1221MMC基本單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1222MMC的工作原理13221子模塊工作原理13222三相MMC工作原理1523MMC的調(diào)制方式17231調(diào)制問(wèn)題的產(chǎn)生17232調(diào)制方式的比較和選擇17233MMC中的最近電平逼近調(diào)制19234MMC中的輸出波形2024MMC的解析數(shù)學(xué)模型與穩(wěn)態(tài)特性21241MMC數(shù)學(xué)模型的輸入輸出結(jié)構(gòu)21242基于開(kāi)關(guān)函數(shù)的平均值模型23243MMC的微分方程模型24244推導(dǎo)MMC數(shù)學(xué)模型的基本假設(shè)25245MMC數(shù)學(xué)模型的解析推導(dǎo)25246解析數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證及MMC穩(wěn)態(tài)特性展示3225MMC的交流側(cè)外特性及其基波等效電路3826MMC輸出交流電壓的諧波特性及其影響因素38261MMC電平數(shù)與輸出交流電壓諧波特性的關(guān)系39262電壓調(diào)制比與輸出交流電壓諧波特性的關(guān)系39263MMC運(yùn)行工況與輸出交流電壓諧波特性的關(guān)系40264MMC控制器控制頻率與輸出交流電壓諧波特性的關(guān)系4027MMC的阻抗頻率特性41271MMC的直流側(cè)阻抗頻率特性42272MMC的交流側(cè)阻抗頻率特性44273MMC的阻抗頻率特性實(shí)例4528MMC換流站穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍研究47281適用于MMC換流站穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍研究的電路模型47282MMC接入有源交流系統(tǒng)時(shí)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍算例48283MMC向無(wú)源負(fù)荷供電時(shí)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍算例50參考文獻(xiàn)51第3章MMC基本單元的主電路參數(shù)選擇與損耗計(jì)算5331引言5332橋臂子模塊數(shù)的確定原則5433MMC控制頻率的選擇原則54331電平數(shù)與控制頻率的基本關(guān)系54332兩個(gè)臨界控制頻率的計(jì)算5534聯(lián)接變壓器電壓比的確定方法5635子模塊電容參數(shù)的確定方法58351MMC不同運(yùn)行工況下電容電壓的變化程度分析58352電容電壓波動(dòng)率的解析表達(dá)式58353子模塊電容值的確定原則60354描述子模塊電容大小的通用指標(biāo)——等容量放電時(shí)間常數(shù)60355子模塊電容值的設(shè)計(jì)實(shí)例61356子模塊電容值設(shè)計(jì)的一般性準(zhǔn)則62357子模塊電容穩(wěn)態(tài)電壓參數(shù)計(jì)算63358子模塊電容穩(wěn)態(tài)電流參數(shù)的確定63359子模塊電容穩(wěn)態(tài)電壓和電流參數(shù)計(jì)算的一個(gè)實(shí)例6336子模塊功率器件穩(wěn)態(tài)參數(shù)的確定方法66361IGBT及其反并聯(lián)二極管穩(wěn)態(tài)參數(shù)的確定66362子模塊功率器件穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算的一個(gè)實(shí)例66363子模塊功率器件額定參數(shù)的選擇方法6837橋臂電抗器參數(shù)的確定方法68371橋臂電抗器作為連接電抗器的一個(gè)部分68372橋臂電抗值與環(huán)流諧振的關(guān)系70373橋臂電抗器用于抑制直流側(cè)故障電流上升率71374橋臂電抗器用于限制交流母線短路故障時(shí)橋臂電流上升率73375橋臂電抗器參數(shù)確定方法小結(jié)74376橋臂電抗器穩(wěn)態(tài)電流參數(shù)的確定74377橋臂電抗器穩(wěn)態(tài)電壓參數(shù)的確定74378橋臂電抗器穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算的一個(gè)實(shí)例7438平波電抗值的選擇原則7439MMC閥損耗的組成及評(píng)估方法概述75391MMC閥損耗的組成76392MMC閥損耗的評(píng)估方法78310基于分段解析公式的MMC閥損耗評(píng)估方法783101通態(tài)損耗的計(jì)算方法793102必要開(kāi)關(guān)損耗的計(jì)算方法803103附加開(kāi)關(guān)損耗的估計(jì)方法813104閥損耗評(píng)估方法小結(jié)823105MMC閥損耗評(píng)估的實(shí)例82參考文獻(xiàn)85第4章電壓源換流器與交流電網(wǎng)之間的同步控制方法8641同步控制方法的5種基本類型8642基于q軸電壓為零控制的同步旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)（SRFPLL）原理和參數(shù)整定87421SRFPLL的模型推導(dǎo)87422SRFPLL的基本鎖相特性展示90423輸入信號(hào)幅值變化對(duì)SRFPLL鎖相特性的影響91424系統(tǒng)頻率變化對(duì)SRFPLL鎖相特性的影響91425SRFPLL的非全局穩(wěn)定特性92426SRFPLL的小信號(hào)模型與參數(shù)整定9343基于q軸電壓為零控制的雙同步旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)（DDSRFPLL）原理與設(shè)計(jì)94431瞬時(shí)對(duì)稱分量的定義94432SRFPLL存在的主要問(wèn)題96433DDSRFPLL的基本原理97434基于二階Butterworth濾波器的LPF實(shí)現(xiàn)方法9944基于恒定功率控制的功率同步環(huán)（PSL）的原理和參數(shù)整定101441基于恒定功率控制的PSL的模型推導(dǎo)101442PSL的參數(shù)整定105443按單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PSL對(duì)系統(tǒng)頻率變化的適應(yīng)性分析107444按單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PSL對(duì)系統(tǒng)電壓跌落的適應(yīng)性分析10945基于恒定直流電壓控制的電壓同步環(huán)（VSL）推導(dǎo)和參數(shù)整定109451基于恒定直流電壓控制的VSL推導(dǎo)109452基于恒定直流電壓控制的VSL參數(shù)整定111453基于恒定直流電壓控制的VSL的響應(yīng)特性分析112454按單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的VSL對(duì)系統(tǒng)頻率變化的適應(yīng)性分析115455按單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的VSL對(duì)系統(tǒng)電壓跌落的適應(yīng)性分析11746基于恒定無(wú)功功率控制的無(wú)功同步環(huán)（QSL）推導(dǎo)和參數(shù)整定117461基于恒定無(wú)功功率控制的QSL推導(dǎo)117462基于恒定無(wú)功功率控制的QSL的參數(shù)整定121463QSL的控制性能展示12147基于耦合振子同步機(jī)制的電流同步環(huán)（CSL）的推導(dǎo)和參數(shù)整定124471基于耦合振子同步機(jī)制的電流同步控制基本思路124472CSL的數(shù)學(xué)模型124473CSL的空載特性126474單換流器電源帶孤立負(fù)荷時(shí)CSL的帶載特性127475電流耦合強(qiáng)度改變對(duì)CSL輸出特性的影響129476雙換流器電源帶公共負(fù)荷時(shí)CSL的耦合同步特性130477CSL1電流耦合強(qiáng)度變化對(duì)VSC1輸出功率的影響132478基于CSL耦合強(qiáng)度的定有功功率控制特性134479基于CSL輸出電壓旋轉(zhuǎn)和伸縮的定有功功率和定無(wú)功功率控制特性137485大類同步控制方法的適應(yīng)性和性能比較140參考文獻(xiàn)141第5章MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的控制策略14451電壓源換流器控制的要素及其分類14452同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下MMC的數(shù)學(xué)模型148521差模電壓與閥側(cè)電流的關(guān)系149522共模電壓與內(nèi)部環(huán)流的關(guān)系15153基于PLL的MMC雙模雙環(huán)控制器設(shè)計(jì)153531差模內(nèi)環(huán)電流控制器的閥側(cè)電流跟蹤控制154532共模內(nèi)環(huán)電流控制器的內(nèi)部環(huán)流跟蹤控制156533基于差模和共模兩個(gè)內(nèi)環(huán)電流控制器的橋臂電壓指令值計(jì)算公式157534差模外環(huán)控制器的有功類控制器設(shè)計(jì)158535差模外環(huán)控制器的無(wú)功類控制器設(shè)計(jì)158536共模外環(huán)控制器的環(huán)流抑制控制159537共模外環(huán)控制的電容電壓波動(dòng)抑制控制159538雙模雙環(huán)控制器性能仿真測(cè)試160539環(huán)流抑制控制與子模塊電容電壓波動(dòng)抑制控制的對(duì)比16354零序3次諧波電壓注入提升MMC性能的原理及其適用場(chǎng)合165541零序電壓注入對(duì)控制效果的影響分析166542如何選取待注入的零序電壓166543零序3次諧波電壓注入仿真展示169544注入零序3次諧波電壓后MMC的性能提升分析171545注入零序3次諧波電壓后可能引起的不利方面171546零序3次諧波電壓注入策略的適用場(chǎng)合17155交流電網(wǎng)電壓不平衡和畸變條件下MMC的控制器設(shè)計(jì)171551基于DDSRF的瞬時(shí)對(duì)稱分量分解方法172552電網(wǎng)電壓不平衡和畸變情況下MMC的控制方法174553仿真驗(yàn)證17856交流電網(wǎng)平衡時(shí)基于PSL的MMC控制器設(shè)計(jì)181561基于PSL的定PCC電壓幅值控制器設(shè)計(jì)181562基于PSL的定無(wú)功功率控制器設(shè)計(jì)182563仿真驗(yàn)證18357基于PLL與基于PSL的控制器性能比較18358PLL失鎖因素分析及性能提升方法189581PLL失鎖因素分析189582克服鎖相環(huán)失鎖的方法191583對(duì)PLL與PSL選擇的一般性建議19459MMC作為無(wú)源電網(wǎng)或新能源基地電網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)電源時(shí)的控制器設(shè)計(jì)195591MMC作為無(wú)源電網(wǎng)或新能源基地電網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)電源時(shí)控制器設(shè)計(jì)的根本特點(diǎn)195592測(cè)試系統(tǒng)仿真197510電壓韌度的定義及其意義199參考文獻(xiàn)200第6章MMC中的子模塊電容電壓平衡策略20261子模塊電容電壓平衡控制202611基于完全排序與整體參與的電容電壓平衡策略203612基于按狀態(tài)排序與增量投切的電容電壓平衡策略205613采用保持因子排序與整體投入的電容電壓平衡策略207614電容值不同時(shí)對(duì)子模塊電容電壓平衡控制的影響209615電容電壓平衡策略小結(jié)20962MMC動(dòng)態(tài)冗余與容錯(cuò)運(yùn)行控制策略211621設(shè)計(jì)冗余與運(yùn)行冗余的基本概念211622MMC動(dòng)態(tài)冗余與容錯(cuò)運(yùn)行控制策略的基本思想213623MMC動(dòng)態(tài)冗余與容錯(cuò)運(yùn)行控制策略的實(shí)現(xiàn)方法214624MMC動(dòng)態(tài)冗余與容錯(cuò)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)特性仿真實(shí)例214625MMC動(dòng)態(tài)冗余與容錯(cuò)運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性仿真實(shí)例21563MMCHVDC系統(tǒng)的啟動(dòng)控制217631MMC的預(yù)充電控制策略概述217632子模塊閉鎖運(yùn)行模式218633直流側(cè)開(kāi)路的MMC不控充電特性分析219634直流側(cè)帶換流器的不控充電特性分析220635限流電阻的參數(shù)設(shè)計(jì)221636MMC可控充電實(shí)現(xiàn)途徑222637MMC啟動(dòng)過(guò)程仿真驗(yàn)證22264MMCHVDC系統(tǒng)停運(yùn)控制224641能量反饋階段225642可控放電階段225643不控放電階段226644MMC正常停運(yùn)過(guò)程仿真驗(yàn)證227參考文獻(xiàn)228第7章MMC的交直流側(cè)故障特性分析與直流側(cè)故障自清除22971引言22972交流側(cè)故障時(shí)MMC提供的短路電流特性230721故障回路的時(shí)間常數(shù)分析與MMC短路電流大小的決定性因素230722交流側(cè)對(duì)稱故障時(shí)MMC提供的短路電流特性230723交流側(cè)不對(duì)稱故障時(shí)MMC提供的短路電流特性23173直流側(cè)故障時(shí)由半橋子模塊構(gòu)成的HMMC的短路電流解析計(jì)算方法232731觸發(fā)脈沖閉鎖前的故障電流特性232732觸發(fā)脈沖閉鎖后的故障電流特性238733仿真驗(yàn)證240734直流側(cè)短路后MMC的閉鎖時(shí)刻估計(jì)243735直流側(cè)短路電流閉鎖后大于閉鎖前的條件分析24474FMMC直流側(cè)故障的子模塊閉鎖自清除原理244741全橋子模塊的結(jié)構(gòu)和工作原理244742基于子模塊閉鎖的FMMC直流側(cè)故障自清除原理24775CMMC直流側(cè)故障的子模塊閉鎖自清除原理25076FHMMC直流側(cè)故障的子模塊閉鎖自清除原理252761全橋半橋子模塊混合型MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)252762FHMMC通過(guò)子模塊閉鎖實(shí)現(xiàn)直流側(cè)故障自清除的條件252763FHMMC通過(guò)子模塊閉鎖清除直流側(cè)故障引起的子模塊過(guò)電壓估算255764FHMMC通過(guò)子模塊閉鎖清除直流側(cè)故障的過(guò)程持續(xù)時(shí)間估算256773種具有直流側(cè)故障自清除能力的MMC的共同特點(diǎn)與成本比較2577713種具有直流側(cè)故障自清除能力的MMC的共同特點(diǎn)2577723種具有直流側(cè)故障自清除能力的MMC的投資成本比較2577733種具有直流側(cè)故障自清除能力的MMC的運(yùn)行損耗比較258774小結(jié)25978FHMMC降直流電壓運(yùn)行原理259781FHMMC降直流電壓運(yùn)行受全橋子模塊占比的約束259782FHMMC降直流電壓運(yùn)行受半橋子模塊電容電壓均壓的約束26079FHMMC直流側(cè)故障的直接故障電流控制清除原理262791FHMMC清除直流側(cè)故障的控制器設(shè)計(jì)262792FHMMC直接故障電流控制下的故障電流衰減特性實(shí)例263710FHMMC采用子模塊閉鎖與直接故障電流控制清除直流側(cè)故障的性能比較264711對(duì)具有直流側(cè)故障自清除能力的MMC的推薦結(jié)論266參考文獻(xiàn)267第8章適用于架空線路的柔性直流輸電系統(tǒng)26881引言26882跳交流側(cè)開(kāi)關(guān)清除直流側(cè)故障的原理和特性269821交流側(cè)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后故障電流的變化特性分析269822仿真驗(yàn)證27083LCC二極管MMC混合型直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行原理270831拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理270832交流側(cè)和直流側(cè)故障特性分析27184LCCFHMMC混合型直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行原理279841LCCFHMMC混合系統(tǒng)中對(duì)FHMMC的控制要求280842送端交流電網(wǎng)故障時(shí)FHMMC的控制策略281843受端交流電網(wǎng)故障時(shí)FHMMC的控制策略281844LCCFHMMC混合型直流輸電系統(tǒng)中FHMMC的總體控制策略282845測(cè)試系統(tǒng)仿真驗(yàn)證28485LCCMMC串聯(lián)混合型直流輸電系統(tǒng)289851拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)289852基本控制策略289853針對(duì)整流側(cè)交流系統(tǒng)故障的控制策略290854針對(duì)逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障的控制策略291855針對(duì)直流側(cè)故障的控制策略292856交流側(cè)和直流側(cè)故障特性仿真分析294參考文獻(xiàn)301第9章適用于大規(guī)模新能源基地送出的柔性直流輸電系統(tǒng)30391引言30392直流輸電應(yīng)用于輸送大規(guī)模新能源時(shí)的技術(shù)要求303921鎖相同步型與功率同步型新能源基地的不同特性303922直流輸電應(yīng)用于輸送大規(guī)模新能源時(shí)必須考慮的技術(shù)因素30493LCCMMC串聯(lián)混合型直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其控制策略304931LCCMMC串聯(lián)混合型直流輸電系統(tǒng)基本控制策略306932對(duì)送端新能源基地電壓構(gòu)造能力的仿真驗(yàn)證307933送端新能源基地交流電網(wǎng)故障時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真驗(yàn)證308934受端交流電網(wǎng)故障時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真驗(yàn)證308935架空線路故障清除技術(shù)仿真驗(yàn)證309936LCCMMC串聯(lián)混合型直流輸電系統(tǒng)送端電網(wǎng)啟動(dòng)策略仿真驗(yàn)證31094LCCMMC加DMMC混合型直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其控制策略312941LCCMMC加DMMC混合系統(tǒng)基本控制策略313942LCCMMC加DMMC混合型直流輸電系統(tǒng)特性的仿真驗(yàn)證31395LCCMMC加FHMMC混合型直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其控制策略316951LCCMMC加FHMMC混合系統(tǒng)基本控制策略317952LCCMMC加FHMMC混合型直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行特性分析31796適用于大規(guī)模新能源基地送出的3種混合型直流輸電拓?fù)浔容^317參考文獻(xiàn)318第10章海上風(fēng)電送出的典型方案與MMC的應(yīng)用320101引言320102工頻鎖相同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)交流送出方案321ⅩⅩⅨⅩⅩⅩ103低頻鎖相同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)低頻交流送出方案322104工頻鎖相同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)全MMC直流送出方案323105工頻鎖相同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)DRU并聯(lián)輔助MMC直流送出方案324106工頻鎖相同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)DRU串聯(lián)輔助MMC直流送出方案326107中頻鎖相同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)全MMC直流送出方案327108低頻無(wú)功功率同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)低頻交流送出方案328109中頻無(wú)功功率同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)全DRU整流直流送出方案3301010直流端口型風(fēng)電機(jī)組并聯(lián)后經(jīng)直流變壓器升壓的海上風(fēng)電場(chǎng)直流送出方案3311011直流端口型風(fēng)電機(jī)組相互串聯(lián)升壓的海上風(fēng)電場(chǎng)直流送出方案3321012典型方案的技術(shù)特點(diǎn)匯總3331013工頻鎖相同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)全MMC直流送出方案仿真測(cè)試3351014工頻鎖相同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)DRU并聯(lián)輔助MMC直流送出方案仿真測(cè)試33910141風(fēng)速波動(dòng)時(shí)的響應(yīng)特性34010142海上交流系統(tǒng)短路故障時(shí)的響應(yīng)特性34210143陸上交流電網(wǎng)短路故障時(shí)的響應(yīng)特性3441015中頻無(wú)功功率同步型風(fēng)電機(jī)組海上風(fēng)電場(chǎng)全DRU整流直流送出方案仿真測(cè)試34510151風(fēng)速階躍仿真結(jié)果34610152海上交流系統(tǒng)故障仿真結(jié)果347參考文獻(xiàn)348第11章MMC直流電網(wǎng)的控制原理與故障處理方法350111引言350112直流電網(wǎng)電壓控制的3種基本類型351113主從控制策略3521131基本原理3521132仿真驗(yàn)證353114直流電壓裕額控制策略3561141基本原理3561142直流電壓裕額控制器的實(shí)現(xiàn)原理3571143直流電壓裕額控制策略的仿真驗(yàn)證359115直流電網(wǎng)的一次調(diào)壓與二次調(diào)壓協(xié)調(diào)控制方法3621151基本原理3621152帶電壓死區(qū)的電壓下斜控制特性3631153帶電壓死區(qū)的電壓下斜控制器實(shí)現(xiàn)方法3641154二次調(diào)壓原理3641155直流電網(wǎng)一次調(diào)壓與二次調(diào)壓協(xié)調(diào)控制方法的仿真驗(yàn)證364116直流電網(wǎng)的潮流分布特性及潮流控制器3681161直流電網(wǎng)的潮流分布特性3681162模塊化多電平潮流控制器369117直流電網(wǎng)的短路電流計(jì)算方法3711171直流電網(wǎng)短路電流計(jì)算的疊加原理3711172采用疊加原理計(jì)算故障電流的仿真驗(yàn)證373118MMC直流電網(wǎng)的兩種故障處理方法373參考文獻(xiàn)374第12章高壓直流斷路器的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法376121直流電網(wǎng)的兩種構(gòu)網(wǎng)方式與直流斷路器的兩種基本斷流原理3761211直流電網(wǎng)的兩種構(gòu)網(wǎng)方式3761212直流斷路器的兩種基本斷流原理376122基于串入無(wú)窮大電阻的高壓直流斷路器3771221串入無(wú)窮大電阻斷流法的基本原理3771222基于串入無(wú)窮大電阻原理已經(jīng)得到應(yīng)用的技術(shù)方案3791223基于串入無(wú)窮大電阻原理的其他技術(shù)方案381123基于串入電容的高壓直流斷路器3811231串入電容斷流法的基本原理3811232基于串入電容原理已經(jīng)得到應(yīng)用的技術(shù)方案3831233單支路結(jié)構(gòu)串入電容型直流斷路器3841234雙支路結(jié)構(gòu)串入電容型直流斷路器3851235三支路結(jié)構(gòu)串入電容型直流斷路器386124組合式多端口高壓直流斷路器3881241組合式多端口高壓直流斷路器結(jié)構(gòu)3881242組合式多端口高壓直流斷路器工作原理3901243續(xù)流支路采用晶閘管閥與續(xù)流二極管閥并聯(lián)的組合式多端口高壓直流斷路器仿真驗(yàn)證3901244續(xù)流支路只采用續(xù)流二極管閥的組合式多端口高壓直流斷路器仿真驗(yàn)證397125典型高壓直流斷路器的經(jīng)濟(jì)性比較3991251兩端口高壓直流斷路器的經(jīng)濟(jì)性比較3991252組合式多端口高壓直流斷路器的經(jīng)濟(jì)性比較400參考文獻(xiàn)401第13章大規(guī)模新能源基地全直流匯集與送出系統(tǒng)403131新能源基地外送發(fā)展方式的3個(gè)階段及其特點(diǎn)403132新能源基地全直流匯集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4051321光伏陣列及其出口Boost變換器拓?fù)?071322中壓直流匯集系統(tǒng)4081323中壓直流匯集系統(tǒng)電壓選擇4091324中壓直流變壓器方案409133大規(guī)模新能源基地送出的高壓與特高壓直流系統(tǒng)4101331模塊化多電平高壓直流變壓器4101332特高壓直流變壓器411134全直流匯集與送出系統(tǒng)的接地方案411135全直流匯集與送出系統(tǒng)的直流電壓控制策略412136大規(guī)模新能源基地全直流匯集與送出系統(tǒng)實(shí)例仿真4121361實(shí)例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4121362光伏集群功率階躍變化時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)特性4131363受端交流系統(tǒng)故障時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)特性4131364±800kV特高壓直流線路單極短路故障時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)特性4141365±250kV高壓直流線路單極短路故障時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)特性416參考文獻(xiàn)417第14章基于MMC的全能型靜止同步機(jī)原理與應(yīng)用418141全能型靜止同步機(jī)的典型結(jié)構(gòu)與基本特性418142僅交流側(cè)并網(wǎng)的全能型靜止同步機(jī)實(shí)現(xiàn)原理4201421基于目標(biāo)同步機(jī)的VSSM實(shí)現(xiàn)原理4201422VSSM原理與性能的仿真測(cè)試420143接入直流電網(wǎng)的全能型靜止同步機(jī)的控制原理與性能4221431接入直流電網(wǎng)的VSSM的控制策略4221432接入直流電網(wǎng)的VSSM的雙側(cè)故障隔離功能4231433實(shí)現(xiàn)雙側(cè)故障隔離VSSM主體控制策略4241434儲(chǔ)能裝置的典型結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求4251435儲(chǔ)能裝置控制器設(shè)計(jì)4261436VSSM在交直流側(cè)故障時(shí)的雙側(cè)故障隔離實(shí)例426參考文獻(xiàn)431ⅩⅩⅩⅠⅩⅩⅩⅡ第15章MMC直流換流站的絕緣配合設(shè)計(jì)432151引言432152金屬氧化物避雷器的特性432153MMC換流站避雷器的布置434154金屬氧化物避雷器的參數(shù)選擇436155兩端MMCHVDC換流站保護(hù)水平與絕緣水平的確定4371551一般性原則4371552實(shí)例系統(tǒng)展示4371553避雷器的電壓特性4391554需要考慮的各種故障4411555避雷器的參數(shù)選擇4431556避雷器的保護(hù)水平、配合電流、能量以及設(shè)備絕緣水平的確定4451557相關(guān)結(jié)論449156多端MMCHVDC系統(tǒng)共用接地點(diǎn)技術(shù)4491561仿真算例系統(tǒng)參數(shù)4501562共用接地點(diǎn)需考慮的因素4501563仿真結(jié)果及分析451157多端MMCHVDC系統(tǒng)過(guò)電壓的研究4581571仿真算例系統(tǒng)參數(shù)4581572過(guò)電壓計(jì)算考慮的因素4591573仿真結(jié)果及分析459參考文獻(xiàn)464第16章基于M3C的低頻輸電系統(tǒng)466161低頻輸電的原理和適用場(chǎng)景466162M3C的數(shù)學(xué)模型4671621M3C標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和變量命名4671622M3C的基本數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)468163M3C的等效電路475164M3C的穩(wěn)態(tài)特性分析4761641M3C橋臂電流與輸入側(cè)和輸出側(cè)電流之間的關(guān)系4761642M3C子模塊電容電流與電容電壓的集合平均值478165M3C的主回路參數(shù)設(shè)計(jì)4821651M3C橋臂子模塊數(shù)N的確定4821652子模塊電容值的確定方法4831653橋臂電抗器參數(shù)設(shè)計(jì)4831654M3C的主回路參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)例4841655M3C低頻側(cè)頻率選擇對(duì)子模塊電容值的影響486166M3C的控制器設(shè)計(jì)4871661M3C控制器設(shè)計(jì)的總體思路4871662輸入側(cè)控制器設(shè)計(jì)4891663輸出側(cè)控制器設(shè)計(jì)4911664環(huán)流抑制控制器設(shè)計(jì)4931665橋臂電壓指令值的計(jì)算493167基于最近電平逼近調(diào)制的橋臂控制與子模塊電壓平衡策略494168海上風(fēng)電低頻送出測(cè)試系統(tǒng)仿真結(jié)果4951681額定工況下M3C子模塊電容電壓與開(kāi)關(guān)頻率4961682風(fēng)功率變化時(shí)的仿真結(jié)果4961683海上風(fēng)電場(chǎng)故障時(shí)的仿真結(jié)果497參考文獻(xiàn)498第17章基于MMC的統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）500171UPFC的基本原理500172基于MMC的UPFC的控制器設(shè)計(jì)5021721UPFC并聯(lián)側(cè)MMC的控制器設(shè)計(jì)5021722UPFC串聯(lián)側(cè)MMC的控制器設(shè)計(jì)502173基于MMC的UPFC的容量和電壓等級(jí)確定方法5041731基于MMC的UPFC的容量確定方法5041732基于MMC的UPFC的電壓等級(jí)確定方法505174基于MMC的UPFC的實(shí)例仿真505參考文獻(xiàn)507第18章子模塊級(jí)聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器508181子模塊級(jí)聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器的接線方式508182星形接線STATCOM的數(shù)學(xué)模型509183交流電網(wǎng)平衡時(shí)星形接線STATCOM的控制器設(shè)計(jì)5101831內(nèi)環(huán)電流控制器設(shè)計(jì)5101832外環(huán)子模塊電容電壓恒定控制器設(shè)計(jì)5111833外環(huán)無(wú)功類控制器設(shè)計(jì)512184交流電網(wǎng)電壓不平衡和畸變條件下星形接線STATCOM的控制器設(shè)計(jì)512185星形接線STATCOM同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償和有源濾波的控制器設(shè)計(jì)515186星形接線STATCOM應(yīng)用于SCCC的實(shí)例仿真5171861無(wú)功補(bǔ)償性能5191862交流濾波性能5201863暫態(tài)性能522187三角形接線STATCOM的數(shù)學(xué)模型523188交流電網(wǎng)平衡時(shí)三角形接線STATCOM的控制器設(shè)計(jì)5261881差模內(nèi)環(huán)電流控制器設(shè)計(jì)5261882差模外環(huán)子模塊電容電壓恒定控制器設(shè)計(jì)5271883差模外環(huán)無(wú)功類控制器設(shè)計(jì)5271884差模內(nèi)環(huán)控制器電流指令值的轉(zhuǎn)換5281885共模內(nèi)環(huán)電流控制器設(shè)計(jì)5281886內(nèi)環(huán)電流控制器的最終控制量計(jì)算528189交流電網(wǎng)電壓不平衡和畸變條件下三角形接線STATCOM的控制器設(shè)計(jì)5291810STATCOM選擇星形接線與三角形接線所考慮的因素531參考文獻(xiàn)531第19章模塊化多電平換流器的電磁暫態(tài)快速仿真方法532191問(wèn)題的提出532192電磁暫態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)途徑和離散化伴隨模型533193基于分塊交接變量方程法的MMC快速仿真方法總體思路535194子模塊戴維南等效快速仿真方法5371941IGBT可控時(shí)橋臂的戴維南等效模型5371942IGBT閉鎖時(shí)橋臂的戴維南等效模型5401943全狀態(tài)橋臂等效模型5431944子模塊戴維南等效快速仿真方法測(cè)試543195橋臂戴維南等效快速仿真方法5451951IGBT可控時(shí)橋臂戴維南等效模型的推導(dǎo)5451952IGBT閉鎖時(shí)橋臂戴維南等效模型的推導(dǎo)5461953全狀態(tài)MMC橋臂等效模型5461954橋臂戴維南等效快速仿真方法測(cè)試546196幾種常用仿真方法的比較和適用性分析548參考文獻(xiàn)548第20章電力系統(tǒng)強(qiáng)度的合理定義及其計(jì)算方法550201問(wèn)題的提出550202電力系統(tǒng)強(qiáng)度的定義551203非同步機(jī)電源的分類和外部特性描述552204非同步機(jī)電源的運(yùn)行狀態(tài)及其外特性等效電路5532041正常態(tài)工況下非同步機(jī)電源的外特性等效電路5532042故障態(tài)工況下非同步機(jī)電源的外特性等效電路553205描述電力系統(tǒng)任意點(diǎn)電壓支撐強(qiáng)度的短路比指標(biāo)與電壓剛度指標(biāo)5532051經(jīng)典短路比指標(biāo)的兩種表達(dá)形式5532052電壓剛度指標(biāo)的定義554ⅩⅩⅩⅢⅩⅩⅩⅣ2053阻抗短路比指標(biāo)與電壓剛度指標(biāo)的比較555206電網(wǎng)中任意節(jié)點(diǎn)電壓剛度與阻抗短路比的計(jì)算5562061電網(wǎng)中任意節(jié)點(diǎn)戴維南等效阻抗的計(jì)算原理5562062電壓剛度與阻抗短路比計(jì)算實(shí)例15572063電壓剛度與阻抗短路比計(jì)算實(shí)例25582064電壓剛度與阻抗短路比計(jì)算實(shí)例3559207影響電壓剛度和阻抗短路比的決定性因素560208新型電力系統(tǒng)背景下容量短路比與阻抗短路比的適用性分析560209提升電壓支撐強(qiáng)度的控制器改造方法5632010基于電壓支撐強(qiáng)度不變的新能源基地電網(wǎng)等效簡(jiǎn)化方法5632011多饋入電壓剛度與多饋入阻抗短路比的定義和性質(zhì)56420111多饋入電壓剛度與多饋入阻抗短路比的定義56420112多饋入電壓剛度與多饋入阻抗短路比的應(yīng)用56620113新型電力系統(tǒng)背景下多饋入有效短路比的適用性分析5662012新型電力系統(tǒng)背景下頻率支撐強(qiáng)度的定義與計(jì)算方法56720121非同步機(jī)電源的慣量與一次調(diào)頻實(shí)現(xiàn)方式56720122非同步機(jī)電源慣量支撐強(qiáng)度的定義和計(jì)算方法56820123非同步機(jī)電源一次調(diào)頻能力的定義和計(jì)算方法569參考文獻(xiàn)570第21章電力系統(tǒng)諧振穩(wěn)定性的定義與分析方法573211引言573212諧振穩(wěn)定性的定義和物理機(jī)理5742121諧振穩(wěn)定性的定義5742122諧振穩(wěn)定性的物理機(jī)理5752123諧振穩(wěn)定性的性質(zhì)5762124“寬頻諧振”與“寬頻振蕩”含義的差別576213s域節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣法的理論基礎(chǔ)577214決定諧振模態(tài)阻尼的因素及弱阻尼系統(tǒng)基本特性578215s域節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣法的總體思路579216在無(wú)阻尼系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)第1階段算法的過(guò)程5792161無(wú)阻尼系統(tǒng)的諧振模態(tài)結(jié)構(gòu)5792162無(wú)阻尼系統(tǒng)的s域節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的結(jié)構(gòu)5802163諧振模態(tài)無(wú)阻尼諧振頻率的計(jì)算方法5802164諧振模態(tài)的節(jié)點(diǎn)電壓振型與節(jié)點(diǎn)參與因子的意義及其計(jì)算方法5802165實(shí)現(xiàn)第1階段算法的實(shí)例展示583217在有阻尼的完整系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)第2階段算法的過(guò)程5832171采用測(cè)試信號(hào)法的理論依據(jù)5832172測(cè)試信號(hào)法的具體實(shí)施示例5842173諧振模態(tài)阻尼值的靈敏度分析586218直流電網(wǎng)諧振穩(wěn)定性分析實(shí)例587219s域節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣法總結(jié)5892110基于序網(wǎng)模型分析諧振穩(wěn)定性的合理性探討59021101問(wèn)題的提出59021102諧振穩(wěn)定性分析的網(wǎng)絡(luò)模型選擇問(wèn)題探討591參考文獻(xiàn)592第22章基于阻抗模型分析電力系統(tǒng)諧振穩(wěn)定性的兩難困境594221引言594222電力電子裝置的LTI阻抗模型與頻率耦合阻抗模型5952221三相非線性電力裝置的LTI阻抗定義5952222三相非線性電力裝置的頻率耦合阻抗模型定義595223基于簡(jiǎn)單測(cè)試系統(tǒng)的常用線性化方法特性分析5972231直流工作點(diǎn)上基于泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量線性化方法5972232直流工作點(diǎn)上基于傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量諧波線性化方法5982233基于傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的全量諧波線性化方法5982234交流穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上基于傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量諧波線性化方法5992235交流穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上基于泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的增量線性化方法602224多頻率耦合導(dǎo)納模型的導(dǎo)出604225頻率耦合阻抗模型的性質(zhì)606226展示頻率耦合阻抗模型不適用于諧振穩(wěn)定性分析的案例607227小結(jié)與評(píng)述609參考文獻(xiàn)611附錄612附錄A典型高壓大容量柔性輸電工程612A1南匯柔性直流輸電工程612A2南澳柔性直流輸電工程613A3舟山五端柔性直流輸電工程614A4廈門(mén)柔性直流輸電工程616A5魯西背靠背柔性直流輸電工程617A6張北柔性直流電網(wǎng)工程618A7昆柳龍±800kV特高壓三端柔性直流工程619A8白鶴灘江蘇±800kV特高壓柔性直流工程620A9渝鄂背靠背柔性直流工程621A10粵港澳大灣區(qū)背靠背柔性直流工程621A11南京西環(huán)網(wǎng)UPFC工程622A12蘇州南部UPFC工程623A13上海蘊(yùn)藻浜UPFC工程624A14杭州低頻輸電工程625A15華能玉環(huán)2號(hào)海上風(fēng)電場(chǎng)低頻輸電工程626參考文獻(xiàn)627附錄B高壓大容量柔性輸電工程分析與設(shè)計(jì)的工具628B1柔性直流輸電基本設(shè)計(jì)軟件ZJUMMCDP628B2柔性直流輸電電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)ZJUMMCEMTP628B3低頻輸電電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)ZJUM3CEMTP介紹628B4通用電力網(wǎng)絡(luò)諧振穩(wěn)定性分析程序ZJUENRSA628
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