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徐政 等 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111553366

商品编码：15500095672

包装：精装

出版时间：2017-02-01

基本信息

书名：柔性直流输电系统(第2版)

：180.00元

作者：徐政 等

出版社：机械工业出版社

出版日期：2017-02-01

ISBN：9787111553366

字数：

页码：

版次：2

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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充分反映柔性直流输电技术的新发展

内容提要

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本书系统讲述了柔性直流输电的理论和应用。内容包括柔性直流输电系统的特点和应用，模块化多电平换流器（MMC）的工作原理、主电路参数选择与损耗计算，两端柔性直流输电系统与多端柔性直流输电网的控制和故障保护策略，单向点对点柔性直流输电系统，交流线路改造成直流线路的拓扑结构及特性研究，柔性直流输电应用于海上风电场接入电网，柔性直流输电系统的电磁暂态仿真方法和机电暂态仿真方法，柔性直流输电换流站的绝缘配合设计，MMC阀的设计等。本书适合于从事柔性直流输电技术研究、开发、应用的技术人员和电力系统科研、规划、设计、运行的工程师，以及高等学校电力系统专业的教师和研究生阅读。

目录

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第2版前言
第1版前言
本书所用的机构缩略语
本书所用的首字母缩略语
本书所用的主要物理量符号
本书所用的主要物理元件和物理位置名字
第1章柔性直流输电系统的特点和应用
1.1柔性直流输电的定义
1.2电压源换流器的基本特性
1.3柔性直流输电系统的基本特点
1.4柔性直流输电应用于点对点输电
1.5柔性直流输电应用于背靠背联网
1.6柔性直流输电应用于构建直流电网
参考文献
第2章MMC基本单元的工作原理
2.1MMC基本单元的拓扑结构
2.2MMC的工作原理
2.3MMC的调制方式
2.4MMC的完整解析数学模型及其稳态特性
2.5MMC的基波等效电路与电压调制比的定义
2.6MMC输出交流电压的谐波特性及其影响因素
2.7MMC的阻抗频率特性
2.8MMC换流站稳态运行范围研究
参考文献
第3章MMC基本单元的主电路参数选择与损耗计算
3.1引言
3.2桥臂子模块数的确定原则
3.3MMC控制频率的选择原则
3.4联接变压器参数的确定方法
3.5子模块电容参数的确定方法
3.6子模块功率器件稳态参数的确定方法
3.7桥臂电抗器参数的确定方法
3.8平波电抗值的选择原则
3.9MMC阀损耗的组成及评估方法概述
3.10基于分段解析公式的MMC阀损耗计算方法
目录ⅩⅩⅤⅩⅩⅣ柔性直流输电系统第2版参考文献
第4章MMC柔性直流输电系统的控制和保护策略
4.1柔性直流输电系统控制策略简介
4.2同步旋转坐标系下MMC的数学模型
4.3交流电网平衡时的MMC控制器设计
4.4交流电网电压不平衡和畸变条件下MMC的控制器设计
4.5向无源网络供电时的MMC控制器设计
4.6功率同步控制原理
4.7直接电流控制与功率同步控制的比较
4.8子模块电容电压平衡控制
4.9MMC动态冗余与容错运行控制策略
4.10MMC�睭VDC系统的保护
参考文献
第5章MMC�睭VDC系统的启停控制
5.1MMC的预充电控制策略概述
5.2MMC不控充电特性分析
5.3MMC可控充电实现途径
5.4MMC启动过程仿真验证
5.5MMC�睭VDC系统停运控制
参考文献
第6章基于组合式换流器的柔性直流系统主接线及其运行特性
6.1常规MMC容量提升手段的限制与组合式换流器的组合方式
6.2柔性直流输电系统的主接线方式
6.3基本单元串联构成一极时的运行特性
6.4基本单元并联构成一极时的运行特性
参考文献
第7章柔性直流输电网的控制与故障保护
7.1引言
7.2柔性直流输电网的系统级控制原理
7.3柔性直流输电网的潮流分布特性及潮流控制器
7.4柔性直流输电网的短路电流计算方法与直流断路器的性能
要求
7.5无直流断路器的柔性直流电网故障处理方法及对交流电网的
影响
7.6采用混合型直流断路器的柔性直流电网故障处理方法
7.7采用组合式直流断路器的柔性直流电网故障处理方法
7.83种柔性直流电网故障处理方法的投资与运行成本比较
参考文献
第8章单向点对点柔性直流输电系统
8.1引言
8.2跳交流侧开关清除直流侧故障的原理和特性
8.3LCC�捕�极管�睲MC混合型直流输电系统运行原理
8.4LCC�睠MMC混合型直流输电系统运行原理
8.5LCC�睲MC串联混合型直流输电系统
参考文献
第9章三极直流输电系统与三线双极直流输电系统
9.1问题的提出
9.2三极直流输电系统拓扑结构和性能分析
9.3基于MMC的三极直流系统
9.4三线双极直流输电系统拓扑结构和性能分析
9.5三线双极直流输电系统控制策略
9.6三线双极直流输电系统仿真验证
参考文献
第10章柔性直流输电应用于海上风电场接入电网
10.1引言
10.2海上风电场群采用柔性直流输电接入电网的一般性结构
10.3风电机组概述
10.4风力机模型
10.5全功率换流器型风电机组模型
10.6双馈风电机组模型
10.7海上风电采用MMC柔性直流送出控制策略
10.8海上风电采用混合型直流输电系统送出的控制策略
10.9提高电力系统惯性水平的协调控制策略
参考文献
第11章柔性直流输电系统的电磁暂态快速仿真方法
目录ⅩⅩⅦⅩⅩⅥ柔性直流输电系统第2版11.1问题的提出
11.2电磁暂态仿真的实现途径和离散化伴随模型
11.3基于分块交接变量方程法的MMC快速仿真
11.4MMC电磁暂态快速仿真相关测试
参考文献
第12章柔性直流输电系统的机电暂态仿真方法
12.1问题的提出
12.2机电暂态仿真中柔性直流系统的一般性表示
12.3包含柔性直流电网的交直流系统潮流计算方法
12.4包含柔性直流电网的交直流系统机电暂态仿真总体思路
12.5包含柔性直流电网的交直流系统机电暂态仿真测试
12.6南方电网规划网架实际算例
参考文献
第13章柔性直流换流站的绝缘配合设计
13.1引言
13.2金属氧化物避雷器的特性
13.3MMC换流站避雷器的布置
13.4金属氧化物避雷器的参数选择
13.5两端MMC�睭VDC换流站保护水平与绝缘水平的确定
13.6多端柔性直流输电系统共用接地点技术
13.7多端MMC�睭VDC系统过电压的研究
参考文献
第14章模块化多电平换流阀的设计
14.1引言
14.2换流阀的宽频等效模型
14.3换流阀的杂散参数提取方法概述
参考文献
附录
附录A研究柔性直流输电系统的几种工具
A.1柔性直流输电基本设计软件ZJU�睲MCDP
A.2柔性直流输电电磁暂态仿真平台ZJU�睲MCEMTP
A.3柔性直流输电机电暂态仿真模型ZJU�睲MCTM
A.4典型风电机组电磁暂态仿真模型Z

作者介绍

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文摘

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序言

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《柔性直流输电系统（第二版）》图书简介 概述 《柔性直流输电系统（第二版）》一书，深入探讨了现代电力系统中日益重要的柔性直流输电（VSC-HVDC）技术。作为对首版内容的全面更新与拓展，本书凝聚了作者在电力电子、高压直流输电领域的深厚学术造诣与丰富工程实践经验，旨在为读者提供一个系统、详实且前沿的VSC-HVDC技术知识体系。本书不仅覆盖了VSC-HVDC系统的基本原理、核心技术、设计方法，更着重于其在当前电力系统变革中的关键作用、未来发展趋势以及面临的挑战。 本书结构清晰，内容层次分明，逻辑严谨，语言通俗易懂，既适合电力系统、电气工程等相关专业的研究生、高年级本科生作为教材或参考书，也能够为电力设计、运行、维护等领域的工程师提供宝贵的实践指导与理论支持。对于希望了解或深入研究VSC-HVDC技术的科研人员、学者，本书亦是不可多得的参考资料。 第一部分：基础理论与核心技术 本书的开篇部分，将读者引入VSC-HVDC技术的宏大视野。首先，系统回顾了高压直流输电（HVDC）的发展历程，从传统的相控整流（LCC-HVDC）技术，到以电压源换流器（VSC）为核心的柔性直流输电技术的诞生和演进，清晰地勾勒出HVDC技术不断突破的脉络。深入分析了LCC-HVDC与VSC-HVDC在拓扑结构、工作原理、控制方式、性能特点以及应用场景上的本质区别，为读者建立起清晰的认知框架。 随后，本书集中阐述了VSC-HVDC系统的核心部件——电压源换流器（VSC）的技术细节。详细介绍了VSC的几种主流拓扑结构，如两电平、三电平NPC（Neutral Point Clamped）以及多电平MLI（Modular Multilevel Inverter）等。对于MLI，本书进行了尤其详尽的介绍，特别是其子模块的种类、工作原理、串并联方式以及优势，例如MMC（Modular Multilevel Converter）的出现如何彻底革新了VSC-HVDC的设计理念，使其能够实现更高的电压等级、更优的谐波抑制能力以及更好的系统灵活性。 功率器件的选择与应用是VSC-HVDC性能的关键。本书深入探讨了IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）、SiC（Silicon Carbide）等新型功率半导体器件在VSC中的应用及其对系统效率、功率密度、可靠性的影响。同时，也对门极驱动技术、散热技术等配套技术进行了详细的分析。 PWM（Pulse Width Modulation）技术是VSC实现电压和电流控制的基础。本书系统介绍了各种PWM策略，包括SPWM（Sinusoidal PWM）、SVPWM（Space Vector PWM）以及在MLI中常用的各种调制策略，如子模块调制、循环冗余补偿等。特别强调了这些调制策略在实现零电压穿越（ZVC）和零电流穿越（ZCC）能力方面的作用，以及它们对谐波含量的影响。 第二部分：系统设计与运行控制 在掌握了基础理论和核心技术之后，本书进一步深入VSC-HVDC系统的实际设计与运行控制。 直流变流站设计：本书详细介绍了直流变流站的设计流程与关键考量。从系统参数的设计（如额定功率、电压等级、换流器容量等），到换流器的选择与配置，再到直流滤波、交流滤波、阀庁、直流线路连接等辅助设备的选型与设计。特别针对MMC-HVDC，本书深入讲解了子模块数量的选择、电容值计算、电流承受能力等设计要点，以及如何通过合理的子模块配置实现高可靠性和低成本。 控制策略：这是VSC-HVDC技术区别于LCC-HVDC的关键所在，也是本书的重点之一。本书系统阐述了VSC-HVDC的控制系统架构，并详细讲解了各种控制层级的实现方法。 电流控制：包括同步坐标系下的PI（Proportional-Integral）控制器设计，如何实现对换流器输出电压和电流的精确控制。 电压控制：在独立运行模式下，VSC-HVDC可以作为独立的电压源，为电网提供功率支撑。本书深入探讨了直流电压控制、交流电压控制、无功功率控制等多种模式下的电压控制策略，以及如何通过级联控制、主从控制等方式实现系统稳定运行。 功率控制：包括有功功率控制和无功功率控制，以及在不同工况下的功率调度策略。 谐波抑制与无功功率补偿：VSC-HVDC在控制上的灵活性使其能够有效地抑制谐波，并提供灵活的无功功率补偿，本书详细介绍了相关的控制算法和实现方式。 故障穿越与直流线路保护：这是VSC-HVDC技术在现代电网中的核心优势之一。本书深入分析了电网故障（如单相接地、短路等）对VSC-HVDC系统的影响，并详细介绍了零电压穿越（ZVC）和零电流穿越（ZCC）控制技术，以及如何通过快速的故障检测和控制响应，保证系统在故障期间的稳定运行，并在故障清除后快速恢复。同时，也探讨了直流线路的保护策略，包括过流保护、过压保护等。 保护系统：本书阐述了VSC-HVDC系统的保护设计，包括交流侧保护、直流侧保护以及换流器内部保护。重点讲解了过流、过压、过温等保护措施，以及直流线路故障时的保护动作。 第三部分：应用与发展 在完成系统设计与运行控制的理论讲解后，本书将视角转向VSC-HVDC技术的实际应用及其在未来电力系统发展中的重要地位。 应用场景：本书详细介绍了VSC-HVDC在以下几个关键领域的应用： 远距离、大容量输电：与LCC-HVDC相比，VSC-HVDC在输送容量较小的直流线路时具有更高的经济性，特别适合于一些中短距离的电网互联。 风电、光伏等新能源接入：VSC-HVDC天然具备向弱电网或独立电网注入功率的能力，其柔性控制特性使其成为连接间歇性新能源发电站（如海上风电场）与主电网的理想选择。本书详细分析了VSC-HVDC在海上风电接入中的优势，如提供转矩控制、抑制风力波动、实现孤岛运行等。 电网互联与稳定性增强：VSC-HVDC可以作为电力电子变压器（PTE）的组成部分，实现不同频率、不同电压等级电网的互联，并能够主动调节功率潮流，增强电网的动态稳定性和鲁棒性。 城市电网的柔性互联：在城市中心区域，VSC-HVDC可以有效解决空间受限、电磁干扰等问题，实现高可靠性的电力供应。 直流电网的构建：随着分布式能源的普及和电动汽车充电需求的增长，构建直流电网已成为未来趋势。VSC-HVDC是构建直流电网的关键技术，本书探讨了其在多端直流系统中的应用和挑战。 技术挑战与发展趋势：本书也客观地分析了VSC-HVDC技术当前面临的挑战，如成本问题、系统损耗、电磁兼容性（EMC）、可靠性与寿命等。 同时，本书前瞻性地展望了VSC-HVDC技术的未来发展趋势，包括： 更高功率等级与更高效率：新型功率器件（如SiC、GaN）的应用将进一步提升VSC的功率密度和效率。 智能化与数字化：结合人工智能、大数据分析等技术，实现VSC-HVDC系统的预测性维护、自主运行与优化控制。 多端直流输电与直流电网： VSC-HVDC将成为构建庞大、复杂直流电网的基础。 与储能系统集成：VSC-HVDC与各类储能技术的结合，将为电力系统提供更强大的灵活性和可靠性。 故障诊断与自愈能力：进一步提升VSC-HVDC系统的故障诊断能力和故障后的自愈能力。 结论 《柔性直流输电系统（第二版）》一书，以其系统性的内容、前沿的视角、深入的分析，全面展现了VSC-HVDC技术的现状与未来。本书不仅是一本技术手册，更是一份对未来电力系统变革的深刻洞察。通过阅读本书，读者将能够深刻理解VSC-HVDC技术如何驱动电力系统的智能化、绿色化转型，并为其在学术研究和工程实践中奠定坚实的基础。本书的出版，无疑将为推动VSC-HVDC技术的进一步发展和应用贡献重要力量。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚开始接触电力系统学习的研究生，对于高压直流输电这个方向充满了好奇。在课程学习中，我了解到不同种类的直流输电技术，包括定共换流器（LCC-HVDC）和电压源换流器（VSC-HVDC）。虽然VSC-HVDC听起来比LCC-HVDC更“先进”，因为它能够独立控制有功功率和无功功率，并且能够提供电网支撑，但我对其背后的具体原理和不同拓扑结构之间的差异并没有一个清晰的认识。我一直想找一本既能全面介绍直流输电基本概念，又能深入讲解VSC-HVDC的先进技术，特别是其在现代电网中的应用前景的书籍。我希望这本书能够用清晰易懂的语言，解释复杂的理论知识，并且配以丰富的图示和案例，帮助我建立起对柔性直流输电系统的整体认知。我很关心书中关于换流器子模块的设计、控制策略的实现、以及如何保证系统的稳定性和可靠性等方面的细节，希望能为我未来的学术研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在电力电子和新能源领域摸爬滚打了多年的工程师，我对直流输电技术的发展历程和技术演进有着深刻的体会。早期的直流输电技术，虽然在长距离大容量输电方面表现出色，但其固有的刚性换流特性，使得其在电网故障时的动态响应能力和对电网支撑作用方面存在一定的局限性。随着电网结构的日益复杂化，以及风电、光伏等间歇性电源的快速发展，传统的直流输电系统在集成度和智能化水平上已经难以满足现代电网的需求。我尤其关注那些能够提升直流输电系统“智能”和“柔性”特性的技术，例如如何利用更先进的功率电子器件和控制算法，实现更快速的故障穿越、更精准的无功功率补偿、以及更有效的电网调频调压功能。我非常期待这本书能够提供一套完整的理论框架和技术解决方案，深入剖析柔性直流输电系统是如何实现这些“柔性”特性的，其核心技术优势在哪里，以及在实际工程应用中可能面临的挑战和应对策略。希望书中能有一些关于仿真分析和模型建立的指导，以便我能在自己的工作中加以验证和实践。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是电力系统领域的一本重磅读物！我最近刚好在研究新能源并网以及电网的智能化升级，接触到了一些前沿的技术概念。市面上关于高压直流输电的资料不少，但很多都侧重于经典的晶闸管换流器（LCC-HVDC），虽然基础扎实，但对于应对当前复杂多变的电网运行环境，特别是考虑大规模可再生能源接入带来的波动性和不确定性，总感觉有些力不从心。我一直在寻找一本能够系统性地介绍和分析不同直流输电技术，并探讨它们在现代电网中的应用潜力的书籍。特别是对于如何提升直流输电系统的灵活性、动态响应能力以及与其他电力系统元件的协同控制，我希望能有更深入的见解。这本书的副标题“柔性直流输电系统”立刻吸引了我，因为“柔性”这个词正是我当前研究的焦点，它意味着能够更主动、更灵活地参与电网运行，而不只是一个被动的能量传输通道。我对书中关于MMC（多端混合高压直流输电）的技术原理、控制策略、以及实际工程案例的介绍非常感兴趣，希望它能为我打开新的思路，解决我在项目中所遇到的技术难题。

评分☆☆☆☆☆

我是一名从事电力系统规划的工程师，深知电网的升级改造和技术创新对于保障能源供应的可靠性和经济性至关重要。近年来，随着新能源的快速发展，电网的稳定性挑战日益突出。如何在保证电网安全运行的同时，最大限度地消纳新能源，成为了我们面临的重要课题。柔性直流输电技术，以其独特的灵活性和可控性，被认为是解决这一问题的关键技术之一。我一直在关注相关的技术进展，希望能找到一本能够系统梳理柔性直流输电技术在电网规划中的作用的书籍。我非常希望书中能够详细介绍柔性直流输电系统在提升电网互联互通能力、增强电网抵御故障的能力、以及优化电网运行方式等方面的优势，并且能够提供一些关于系统规划、设备选型和经济性评估方面的指导。对于书中可能包含的实际工程案例分析，我更是非常期待，希望能够从中学习到宝贵的经验，为我未来的规划工作提供参考。

评分☆☆☆☆☆

作为一名电力电子器件和电力系统应用领域的专家，我一直在探索新型电力电子技术在解决传统电力系统瓶颈问题上的潜力。传统的直流输电技术在能量传输方面已经相当成熟，但面对日益增长的功率电子应用需求，尤其是在新能源并网、微电网、以及智能电网的建设中，我们需要更具柔性和智能化的解决方案。电压源换流器（VSC）技术，特别是基于多电平技术的MMC（模块化多电平换流器），在实现高压直流输电的柔性化方面扮演着至关重要的角色。我非常关注MMC技术的最新发展，包括其器件的可靠性、损耗、控制算法的优化、以及如何有效解决子模块均衡等问题。我希望这本书能够深入剖析MMC技术的核心原理，提供其在实际工程应用中的各种拓扑结构和控制方法，并且能够讨论其在不同应用场景下的优劣势，例如在海洋平台供电、交直流混合电网互联等方面的应用。