柔性直流輸電換流器的分析與設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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宋強，饒宏 著

圖書標籤:

• 電力係統
• 柔性直流輸電
• 換流器
• 電力電子技術
• 電力變換
• 控製技術
• 高壓直流
• 電力設備
• 新能源
• 智能電網

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302389590

版次：1

商品編碼：11663329

品牌：清華大學

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-02-01

用紙：膠版紙

頁數：170

內容簡介

　　《柔性直流輸電換流器的分析與設計》針對柔性直流輸電係統中的模塊化多電平換流器，，建立起基於開關函數和關鍵電氣量的循環耦閤關係解析分析的理論體係。在此基礎上，將係統深入的討論柔性直流輸電換流器的主迴路分析方法和參數設計方法，包括關鍵電氣量解析計算、交直流諧波特性計算與分析、損耗特性計算與分析等。《柔性直流輸電換流器的分析與設計》還將對MMC換流器的電平數目優化設計方法、直流短路故障特性分析、快速建模方法、電流控製和故障穿越控製方法等進行深入細緻的探討和論述。

目錄

前言
主要縮略語錶
主要符號錶

第1章 緒論
1.1 直流輸電技術
1.2 電壓源輸電換流器技術的發展
1.2.1 兩電平換流器
1.2.2 三電平中點箝位換流器
1.2.3 多電平換流器
1.2.4 模塊化多電平換流器
1.3 柔性直流輸電技術的工程應用
1.4 本書的主要內容

第2章 基於循環耦閤關係的模塊化多電平換流器解析分析方法
2.1 模塊化多電平換流器主迴路基本分析方法
2.1.1 模塊化多電平換流器的基本結構和工作方式
2.1.2 MMC的基本數學方程
2.1.3 MMC的開關狀態
2.1.4 MMC的等效電路
2.1.5 MMC的電流通路分析
2.1.6 MMC的電平數目分析
2.2 基於電氣量循環耦閤關係的解析分析方法
2.2.1 子模塊電氣量的循環耦閤關係
2.2.2 平均開關狀態的定義
2.3 橋臂環流的初步分析計算
2.4 基於循環耦閤關係的主迴路穩態運行特性的解析分析過程
2.5 MMC的等效電路
2.6 數字仿真結果的對比分析驗證
2.7 物理試驗驗證

第3章 柔性直流輸電換流器的交流側諧波分析
3.1 柔性輸電換流器的交流諧波特性
3.2 最近電平逼近（NLM）方法的特徵諧波
3.2.1 NLM方法諧波的解析計算方法
3.2.2 NLM方法的特徵諧波
3.2.3 NLM方法的特徵諧波分析
3.2.4 NLM方法特徵諧波特性的仿真驗證
3.3 載波移相（CPSM）方法的特徵諧波
3.3.1 兩電平PWM的特徵諧波分析
3.3.2 多電平載波移相PwM的特徵諧波分析
3.3.3 載波移相PwM方法特徵諧波分布特點
3.3.4 載波移相方法特徵諧波特性的仿真驗證
3.4 NLM方法和CPSM方法交流側諧波特性比較分析
3.5 MMC對公共耦閤點的交流諧波性能影響分析

第4章 柔性直流輸電換流器直流側諧波電流計算模型
4.1 兩電平和三電平換流器的直流側諧波計算模型
4.1.1 兩電平換流器直流側諧波計算模型
4.1.2 三電平NPc換流器的直流側諧波計算模型
4.2 MMC直流綫路特徵諧波産生的機理
4.3 MMC直流綫路諧波電壓源的影響因素
4.3.1 開關函數中高頻分量的影響
4.3.2 交流諧波電流的影響
4.4 等效諧波電壓源的仿真計算

第5章 柔性直流輸電換流器損耗特性分析方法
5.1 MMC損耗計算方法
5.2 MMC損耗特性分析

第6章 MMC橋臂子模塊級聯數目的優化設計方法
6.1 MMC子模塊數量優化設計方法
6.1.1 1MMC橋臂子模塊數目設計原則
6.1.2 MMC橋臂子模塊數量優化設計方法
6.1.3 仿真研究
6.2 ±160kV／200MW三端柔性直流工程MMC方案比較

第7章 基於雙嚮旁路晶閘管的直流綫路瞬時性短路故障保護方法
7.1 保護方法的基本原理
7.1.1 雙嚮旁路晶閘管結構
7.1.2 直流短路故障清除原理
7.1.3 自動恢復原理
7.1.4 與交流側保護的配閤
7.2 直流短路故障保護策略
7.3 數字仿真驗證

第8章 二極管箝位雙子模塊的MMC拓撲結構
8.1 二極管箝位式雙子模塊拓撲結構
8.2 故障清除原理
8.3 保護方法
8.4 仿真驗證

第9章 柔性直流輸電換流器的控製策略
9.1 柔性直流輸電控製係統基本結構
9.2 MMC換流器級控製策略
9.2.1 MMC的動態數學模型
9.2.2 d／q坐標係下的解耦控製器
9.2.3 三相abc坐標係下的直接電流控製
9.2.4 換流器級控製功能實現
9.2.5 二倍頻換流器控製
9.3 MMC的調製策略
9.3.1 最近電平逼近調製及電容電壓平衡控製
9.3.2 載波移相調製及電容電壓平衡控製方法

第10章 多端柔性直流輸電係統組網分析與控製
10.1 多端柔性直流輸電係統的基本方式
10.2 換流站的控製模式與U-I特性
10.3 VSC-MTDC的直流網絡分析
10.4 電壓下垂比例積分控製
10.4.1 控製策略
10.4.2 仿真分析
10.5 電壓下垂比例控製
10.5.1 控製策略
10.5.2 仿真分析
10.6 電壓裕度控製
10.6.1 控製策略
10.6.2 仿真分析
10.7 三種控製方法的比較

第11章 風電場柔性直流輸電接入電網的故障穿越控製
11.1 典型卸荷電路拓撲
11.1.1 模塊化卸荷電路的參數選擇與控製方法
11.1.2 集中電阻式斬波卸荷電路與模塊化卸荷電路工作特性對比
11.2 故障穿越協調控製策略設計
11.3 故障穿越控製方法仿真分析
11.3.1 仿真參數
11.3.2 單一故障穿越策略
11.3.3 故障穿越協調控製策略
參考文獻

前言/序言

《直流輸電換流器的先進技術與工程應用》 本書聚焦於直流輸電技術的核心——換流器，深入剖析瞭當前直流輸電換流器領域的最新發展趨勢、關鍵技術瓶頸以及前沿工程應用。全書內容緊密圍繞換流器在提高電網穩定性、輸電效率、可再生能源接入能力等方麵的作用展開，旨在為讀者提供一個全麵、深入的技術視野。 第一部分：換流器理論基礎與模型 本部分首先迴顧瞭高壓直流輸電（HVDC）的基本原理，並重點闡述瞭換流器在直流輸電係統中的關鍵地位和功能。在此基礎上，詳細介紹瞭不同類型換流器的基本拓撲結構，包括瞭經典的晶閘管換流閥（LCC）和不斷發展的電壓源換流器（VSC）。針對LCC換流器，本書深入探討瞭其工作原理、門極觸發控製、高次諧波産生機理以及功率損耗特性。對於VSC換流器，則著重分析瞭其基於脈寬調製（PWM）的控製策略，如SPWM、SVPWM等，並詳細討論瞭其在實現電壓和頻率控製方麵的優勢，以及其在直流輸電係統中的應用場景。 為瞭更精確地分析換流器在不同運行工況下的行為，本書構建瞭多層次的換流器建模方法。從基礎的電磁暫態模型，到能夠反映控製和保護功能的離散化模型，再到適用於大規模係統仿真的降階模型，都進行瞭詳盡的介紹。讀者將學習如何利用這些模型進行換流器的穩態分析、動態響應分析以及故障分析，為後續的設計和優化奠定堅實基礎。 第二部分：換流器關鍵技術與性能優化 本部分深入探討瞭影響換流器性能的關鍵技術。在功率器件層麵，本書對比分析瞭各種新型功率半導體器件，如IGBT、IGCT、MOSFET以及第三代寬禁帶半導體材料（SiC、GaN）在換流器中的應用潛力。詳細介紹瞭這些器件的特性，包括耐壓等級、通態壓降、開關損耗、熱阻特性以及可靠性，並分析瞭它們對換流器整體性能（如效率、功率密度、運行頻率）的影響。 在控製策略層麵，本書係統介紹瞭用於LCC和VSC換流器的先進控製算法。對於LCC換流器，探討瞭有功功率和無功功率解耦控製、過電流保護、直流失控保護等策略。對於VSC換流器，則詳細闡述瞭同步發電機仿真模型（VSG）、虛擬同步機（Virtual Synchronous Machine）控製、多模式控製策略（包括直流電壓控製、交流電壓控製、頻率控製等），以及如何實現換流器在弱電網、孤島運行等復雜工況下的穩定控製。此外，還引入瞭預測控製、自適應控製等先進控製理論在換流器控製中的應用。 在換流器保護與可靠性方麵，本書係統梳理瞭換流器麵臨的各種故障，包括直流側過電壓、過電流，交流側短路，以及功率器件的損壞等。詳細介紹瞭針對這些故障的保護策略，如過電流保護、過電壓保護、接地保護、以及功率器件的冗餘設計和故障穿透能力。同時，探討瞭提高換流器可靠性的措施，包括元器件的選型與壽命預測、冷卻係統的設計、以及冗餘與容錯控製技術。 第三部分：換流器在現代電網中的工程應用 本部分將理論與實踐相結閤，深入分析瞭換流器在不同直流輸電應用中的具體工程問題和解決方案。 3.1 可再生能源接入換流器 隨著風電、光伏等新能源的快速發展，直流輸電換流器在接入新能源方麵扮演著越來越重要的角色。本書詳細探討瞭如何利用VSC換流器實現大規模風電場、光伏電站的接入。重點分析瞭VSC換流器在弱電網下的並網控製、無功功率補償、諧波抑製以及對電網支撐能力的影響。針對海上風電場，還介紹瞭直流接口的防腐蝕設計、電纜敷設以及換流站的布置等實際工程問題。 3.2 柔性直流輸電（FDC）係統 本書詳細介紹瞭柔性直流輸電（FDC）係統的優勢及其核心技術。FDC係統以VSC換流器為基礎，能夠實現對直流電壓、電流、功率的靈活控製，具備更強的電網支撐能力和故障穿越能力。詳細分析瞭FDC在多端直流輸電、直流電網互聯、電網孤島運行等方麵的應用。重點探討瞭FDC的控製策略，包括直流電壓控製、有功功率傳輸控製、無功功率注入以及直流電網的直流潮流控製。 3.3 特殊應用場景 此外，本書還探討瞭換流器在一些特殊應用場景下的挑戰與機遇，例如： 城市電網直流配電： 分析瞭利用VSC換流器構建城市直流配電網的可行性，以及在實現區域能源優化、電動汽車充電等方麵的優勢。 海底直流電纜輸電： 討論瞭海底直流輸電換流器設計時需要考慮的特殊因素，如海水腐蝕、壓力以及絕緣設計等。 交直流混閤電網的穩定控製： 探討瞭在包含大量換流器的混閤電網中，如何進行係統的穩定協調控製，以保證電網的整體安全可靠運行。 第四部分：前沿技術與發展趨勢 本部分展望瞭換流器技術的未來發展方嚮。 新一代功率器件的應用： 重點關注SiC和GaN等寬禁帶半導體在換流器中的應用，分析其如何提高換流器的效率、功率密度，並降低其體積和重量，從而降低成本。 智能化與數字化換流器： 探討瞭人工智能、大數據、數字孿生等技術在換流器運行監測、故障診斷、預測性維護以及運行優化方麵的應用。 直流電網技術： 展望瞭未來直流電網的發展，以及換流器在構建未來智能電網中的關鍵作用，包括直流電網的互聯互通、能量管理和市場交易等。 綠色低碳化換流器： 關注換流器在全生命周期內的環境影響，以及如何通過技術創新降低其碳排放，實現綠色可持續發展。 本書力求內容全麵、技術前沿、貼閤工程實際，旨在為從事直流輸電技術研究、設計、運行和維護的工程師、科研人員以及相關專業學生提供一份有價值的參考。

評分☆☆☆☆☆

此外，在換流器過電壓防護方麵，作者也給予瞭足夠的重視。UHVDC輸電係統在直流側和交流側都可能麵臨各種暫態過電壓，如雷電衝擊、操作過電壓等，這些過電壓對換流器器件的可靠性構成嚴重威脅。書中詳細分析瞭各種過電壓的産生機製，並係統介紹瞭用於換流器過電壓防護的各種措施，包括直流濾波器、交流濾波器、阻尼電阻、壓敏電阻（MOV）、閥控開關（GTO）的過電壓抑製等。對於MMC換流器，書中還特彆討論瞭其固有的過電壓抑製能力，以及如何通過優化子模塊的串並聯連接和電容器的設計來進一步提高其過電壓承受能力。

評分☆☆☆☆☆

其次，在換流器損耗分析方麵，這本書也展現瞭其專業性。換流器作為UHVDC輸電係統中的關鍵設備，其運行效率直接關係到整個係統的經濟性和可靠性。作者係統地梳理瞭換流器中主要的損耗來源，包括導通損耗、開關損耗、磁芯損耗以及冷卻係統損耗等，並給齣瞭相應的計算模型和估算方法。對於每一種損耗，書中都進行瞭詳細的分析，並結閤具體的器件參數和運行工況，給齣瞭量化的評估。例如，在開關損耗分析部分，作者不僅討論瞭理想開關條件下和實際開關條件下的差異，還重點強調瞭不同開關器件（如IGBT、SiC MOSFET等）在損耗特性上的區彆，以及如何通過優化門極驅動電路和柵極電阻來降低開關損耗。這種深入的分析對於指導換流器設計者選擇閤適的器件、優化控製策略以實現低損耗運行，具有極大的實踐指導意義。

評分☆☆☆☆☆

此外，本書在仿真建模與驗證方麵，也提供瞭非常實用的指導。在換流器設計和優化過程中，仿真技術起著至關重要的作用。本書介紹瞭在不同仿真平颱（如MATLAB/Simulink, PSCAD/EMTDC等）上建立換流器仿真模型的方法，並詳細闡述瞭如何利用仿真結果來驗證設計方案、評估運行性能、分析故障行為。書中提供瞭多種詳細的仿真案例，涵蓋瞭不同工況下的換流器運行特性、暫態響應以及故障仿真。

評分☆☆☆☆☆

作為一名電力電子工程師，我一直對柔性直流輸電（UHVDC）技術抱有濃厚的興趣，特彆是其核心部件——換流器。市麵上相關的書籍不在少數，但真正能深入淺齣、係統講解UHVDC換流器分析與設計的，卻寥寥可數。我最近有幸拜讀瞭《柔性直流輸電換流器的分析與設計》這本書，可以說是受益匪淺，它提供瞭一個非常紮實的理論基礎和詳實的工程實踐指導。 首先，這本書在換流器基本原理的講解上，做得非常到位。它沒有止步於簡單的拓撲結構介紹，而是深入剖析瞭不同類型換流器（如MMC、VSC-HVDC等）的工作機製、能量轉換過程以及其背後的數學模型。作者通過詳盡的推導，清晰地闡述瞭換流器在高低壓側、交流側和直流側的電壓、電流關係，以及它們之間的相位和功率流動規律。對於理解換流器如何實現直流電壓和電流的精確控製，以及在不同運行工況下的響應特性，這本書都給齣瞭非常有價值的見解。特彆是對於MMC換流器，作者詳細講解瞭子模塊的充放電過程、電容電壓平衡控製策略，以及如何通過改變子模塊的開關狀態來實現連續的輸齣電壓波形。這些內容對於掌握UHVDC輸電的核心技術至關重要，為後續深入研究打下瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

書中對換流器的故障診斷與處理部分，也寫得相當詳盡。在實際運行過程中，換流器難免會發生各種故障。及時準確地診斷故障並采取有效的處理措施，是保證係統安全運行的關鍵。本書係統地介紹瞭換流器常見的故障類型，如IGBT擊穿、電容器短路、控製係統故障等，並詳細闡述瞭相應的故障診斷方法，包括基於電流、電壓異常的診斷、基於人工智能的診斷等。同時，書中還介紹瞭不同的故障處理策略，如降額運行、快速隔離故障模塊等，為實際運維人員提供瞭寶貴的參考。

評分☆☆☆☆☆

對於換流器在電磁乾擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）方麵的處理，本書也提供瞭實用的指導。高電壓、大電流的開關動作會産生顯著的電磁輻射和傳導乾擾，這不僅會影響換流器自身的運行，還可能對周圍的設備和通信係統造成乾擾。書中係統地分析瞭換流器産生的電磁乾擾源，包括開關瞬態、直流電纜的輻射等，並詳細介紹瞭降低EMI/EMC問題的各種技術，如屏蔽、濾波、接地、布局設計等。對於MMC換流器，書中還專門探討瞭如何通過優化子模塊的結構和布局來減少其電磁輻射。

評分☆☆☆☆☆

總的來說，《柔性直流輸電換流器的分析與設計》這本書，是一部集理論深度、工程實踐和創新前沿於一體的優秀著作。它以嚴謹的學術態度和豐富的工程經驗，為讀者構建瞭一個關於UHVDC換流器的全麵知識體係。無論是對於初學者入門，還是對於資深工程師深化研究，這本書都將是不可多得的參考工具。它不僅僅是一本書，更是UHVDC輸電領域中一座寶貴的知識燈塔，指引著探索者前行。

評分☆☆☆☆☆

對於換流器在實際工程應用中的具體案例分析，本書也提供瞭一些極具價值的參考。例如，書中對一些已建成UHVDC工程中的換流器設計、控製策略和運行經驗進行瞭深入的介紹，分享瞭設計者在實際工程中遇到的挑戰以及解決方案。這些案例分析，不僅能夠幫助讀者更好地理解理論知識的應用，還能從中學習到工程實踐中的一些寶貴經驗和教訓。

評分☆☆☆☆☆

在換流器可靠性與壽命預測方麵，作者也進行瞭深入的探討。UHVDC輸電係統往往需要長期穩定運行，換流器作為其中的核心設備，其可靠性至關重要。書中詳細分析瞭換流器中各主要器件（如IGBT、二極管、電容器、電抗器等）的失效模式和失效機理，並介紹瞭常用的可靠性預測方法，如失效率模型、故障樹分析（FTA）等。對於MMC換流器，書中還討論瞭子模塊失效後的冗餘策略和故障診斷技術。

評分☆☆☆☆☆

再者，本書對換流器控製策略的闡述，可以說是亮點之一。UHVDC換流器需要精確、快速的控製，以保證電網的穩定運行。這本書涵蓋瞭從基本的PID控製到更先進的預測控製、模型參考自適應控製等多種控製方法。作者詳細講解瞭這些控製策略的原理、數學模型以及在實際應用中的優缺點。對於MMC換流器，書中重點介紹瞭其核心的電容電壓平衡控製、環流抑製控製、頻率控製等，並給齣瞭不同控製算法的詳細實現框圖和仿真結果。特彆是對先進的電容電壓平衡控製方法，如基於虛擬阻抗的控製、基於模型預測的控製等，進行瞭深入的分析和比較，為實際工程應用提供瞭寶貴的參考。

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活動時購買，比較實惠。希望京東多點優惠活動。

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發貨速度很快，應該正品，價格便宜！

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挺好的學習資料

評分☆☆☆☆☆

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好，是正版，不錯的工具書

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書還是不錯的，但是我對京東意見很大。一次買瞭幾本書，但是有一本一直處於預定狀態，明明其他倉庫有貨，非得從一個倉庫發，一直讓用戶等。與客服聯係，客服迴答官話連篇，說這是京東的配送模式，你們的配送模式就是讓用戶麻煩讓你們自己方便嗎？我說網站顯示有貨，客服說以訂單為準，我下訂單之前呢？我不看網站有沒有貨怎麼下訂單？客服說網絡有延遲，我下單後連續5天上網看，一直顯示有貨？你們就一直延遲？你們這是做電商，5天網站還不更新？你們這算是欺詐消費者嗎？給兩星，是給書籍本身的，不是給京東的。書值五星，但京東一星都不值。由於京東沒有評價的地方，隻能在書籍處評價瞭。

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物流真快！

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