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第1章 绪论1

1.1 常规的电力网1

1.1.1 电力传输原理1

1.1.2 有源系统之间的功率传输2

1.1.3 对用户负荷的功率传输3

1.2 趋向更灵活的电网4

1.2.1 电力电子控制4

1.2.2 静止电力换流器4

1.3 高压直流输电6

1.3.1 基于晶闸管的CSC输电7

1.3.2 基于绝缘栅双极晶体管（IGBT）的VSC直流输电8

1.3.3 多端HVDC9

1.3.4 用于HVDC的灵活性概念10

1.4 AC和DC输电线功率传送能力对比10

1.5 分布式发电的影响13

1.6 放松电力管制的影响13

1.6.1 输电网作为活跃的电力市场成员13

1.6.2 系统互联的比较14

1.7 讨论14

参考文献15

第2章 半导体电力器件17

2.1 引言17

2.2 半导体原理17

2.3 电力半导体元件18

2.3.1 pn整流管18

2.3.2 晶体管20

2.3.3 金属氧化物半导体场效应晶体管20

2.4 电力开关的动态应力21

2.4.1 电压变化率（dv／dt ）21

2.4.2 电流变化率（di／dt ）22

2.4.3 串联链中均压问题22

2.5 其他开关问题22

2.5.1 开关频率22

2.5.2 开关损耗22

2.5.3 软开关23

2.5.4 阻尼器的使用23

2.6 晶闸管型电力开关24

2.6.1 晶闸管24

2.6.2 门极关断晶闸管（GTO）27

2.6.3 集成门极换相晶闸管（IGCT）29

2.6.4 MOS关断晶闸管（MTO）31

2.6.5 MOS栅控晶闸管（MCT）32

2.6.6 发射极关断晶闸管（ETO）33

2.7 绝缘栅双极晶体管（IGBT ）34

2.7.1 IGBT（串联）链36

2.7.2 静态和动态均压36

2.8 二极管37

2.9 预测评估39

2.9.1 参数定额和应用39

2.9.2 相对损耗41

参考文献41

第3章 电网换相HVDC换流43

3.1 引言43

3.2 三相AC-DC换流43

3.2.1 CSC基本工作原理44

3.2.2 延迟触发的影响45

3.3 换相过程47

3.3.1 换相电路的分析47

3.4 整流运行49

3.5 逆变运行51

3.6 功率因数和无功功率53

3.7 特征谐波55

3.7.1 直流侧谐波55

3.7.2 交流侧谐波56

3.8 多脉波换流58

3.8.1 变压器移相58

3.8.2 直流纹波重注入60

3.9 非特征谐波和间谐波64

3.9.1 非理想交流电源65

3.9.2 直流电流调制68

3.9.3 控制系统的不完善69

3.9.4 不对称开通69

3.9.5 低次谐波的放大69

3.10用滤波器降低谐波70

3.10.1 交流侧滤波器70

3.10.2 直流侧滤波器72

3.11 跨越 LCC频率交叉调制72

3.12 总结73

参考文献74

第4章 自换相换流76

4.1 引言76

4.2 电压源换流76

4.2.1 VSC运行原理76

4.2.2 换流器的组件80

4.2.3 三相VSC82

4.3 LCC和VSC的比较89

4.4 电流源换流90

4.4.1 CSC波形的分析91

4.5 自换相的重注概念92

4.5.1 VSC中的应用92

4.5.2 CSC中的应用96

4.6 讨论98

参考文献99

第5章 脉冲宽度调制100

5.1 引言100

5.2 PWM工作原理100

5.3 特定谐波消除101

5.4 （基于载波的）正弦PWM103

5.5 基于载波的PWM实施105

5.5.1 自然采样的PWM105

5.5.2 规则采样107

5.6 多桥换流器的调制108

5.7 总结110

参考文献110

第6章 多电平换流112

6.1 引言112

6.2 二极管箝位113

6.2.1 三电平中性点箝位VSC113

6.2.2 五电平二极管箝位VSC116

6.2.3 二极管箝位结构的一般特点119

6.3 飞跨电容器拓扑124

6.3.1 三电平飞跨电容器124

6.3.2 多电平飞跨电容器124

6.4 级联H桥拓扑127

6.5 混合PWM多电平换流129

6.6 多电平换流器的相关优点131

6.6.1 用于HVDC中不同拓扑结构的成本比较132

参考文献133

第7章 多电平直流重注134

7.1 引言134

7.2 多电平重注换流器中的软开关134

7.3 箝位控制MLVR135

7.3.1 开通配合138

7.3.2 电压波形分析138

7.3.3 输出电流分析141

7.3.4 电容器均压143

7.3.5 动态性能148

7.4 变压器耦合MLVR151

7.5 级联H桥MLVR155

7.5.1 基本结构和波形155

7.5.2 重注桥的开关方式157

7.5.3 级联H-桥链的设计160

7.5.4 电容器的均压161

7.5.5 STATCOM的应用164

7.6 MLVR方案主要性能总结169

7.7 多电平电流重注（ MLCR）169

7.7.1 结构和运行原理169

7.7.2 自换相晶闸管换流171

7.7.3 EMTDC验证174

7.8 MLCR-CSC和MLVR-V SC的比较179

参考文献179

第8章 电网换相的CSC输电181

8.1 引言181

8.2 电网换相直流输电换流器181

8.3 HVDC换流站的扰动187

8.4 HVDC联接的结构188

8.5 直流系统结构192

8.6 直流系统的控制和运行194

8.6.1 基本原理194

8.6.2 分级控制196

8.6.3 整体控制的配合196

8.6.4 极控198

8.6.5 换流器单元控制204

8.7 交-直流系统的相互作用206

8.7.1 电压相互作用207

8.7.2 动态电压调整207

8.7.3 交流系统的动态稳定208

8.7.4 直流互联系统的阻尼控制209

8.7.5 阻尼次同步谐振209

8.7.6 有功功率和无功功率的协调210

8.7.7 交流系统的暂态稳定210

8.8 交-直-交系统的频率相互作用210

8.8.1 直流联接中的谐波交叉调制210

8.8.2 互补和混合谐振213

8.9 直流联接对外部扰动的响应214

8.9.1 对交流系统故障的响应214

8.9.2 对直流线路故障的响应217

8.10 LCC输电的可靠性218

8.11 小结219

参考文献220

第9章 基于电网换相HVDC输电技术的发展222

9.1 概述222

9.2 电容换相换流222

9.2.1 CCC运行原理224

9.2.2 性能仿真224

9.3 连续调谐的交流滤波器226

9.4 直流侧有源滤波器226

9.5 STATCOM辅助直流输电227

9.6 用于高压直流输电的交流线路改造231

9.6.1 三极直流输电232

9.7 600kV以上高压直流输电233

9.8 结论234

参考文献234

第10章 基于电压源换流的直流输电236

10.1 引言236

10.2 电力传输特性236

10.2.1 电流关系238

10.3 VSC联接的结构240

10.3.1 VSC-HVDC电缆技术241

10.4 VSC直流系统控制242

10.4.1 一般原理242

10.4.2 分层控制244

10.4.3 直流联接控制协调245

10.4.4 VSC输电的控制容量246

10.4.5 VSC控制对电网恢复的作用247

10.5 轻型高压直流输电技术248

10.5.1 两电平PWM工程249

10.5.2 三电平PWM工程252

10.5.3 轻型HVDC的性能255

10.6 其他VSC输电项目260

10.7 多端直流配电系统的发展潜力262

10.8 讨论264

参考文献265

第11章 多电平VSC和CSC输电267

11.1 引言267

11.2 多电平VSC输电268

11.2.1 潮流的考虑268

11.2.2 直流联接的控制特性270

11.2.3 测试系统和仿真结果272

11.2.4 无功功率独立控制277

11.3 多电平CSC输电280

11.3.1 动态模型280

11.3.2 控制系统结构281

11.3.3 正常运行工况下的仿真性能282

11.3.4 扰动之后的仿真性能285

11.3.5 多电平电流源换流器输电的无功控制285

11.4 总结292

参考文献293

术语表294