本书以基于电网换相的电流源型直流输电系统为对象，阐明了直流输电系统换相失败的演变过程和影响因素，以及直流输电系统换相失败与控制系统的关系，给出了直流输电系统首次和后续换相失败临界电压的计算方法以及预测方法、首次换相失败的预防控制方法、基于自适应启动电压和基于逆变站故障安全域的后续换相失败抑制方法、直流输电系统换相失败穿越能力的预测与提升方法；阐明了多馈入直流输电系统相继换相失败以及换相失败连锁反应的产生机理及特征，给出了多馈入直流输电系统相继换相失败的预测方法、多馈入直流输电系统相继换相失败的预防控制方法以及换相失败连锁反应的抑制方法、基于功率可控域和功率协调的混合多馈入直流输电系统的换相失败抑制方法。
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国家自然科学基金项目“大规模风电直流混联电网故障连锁反应机理与主动保护研究”，编号2016YFB0900600，负责人（本书依托项目）
目录
前言
第1章 绪论1
1.1 直流输电系统的组成1
1.1.1 换流器1
1.1.2 换流阀2
1.1.3 晶闸管3
1.1.4 无功补偿装置6
1.2 直流输电系统的结构6
1.2.1 单极直流输电系统7
1.2.2 双极直流输电系统8
1.2.3 背靠背直流输电系统9
1.2.4 多端直流输电系统10
1.3 直流输电系统运行特性11
1.3.1 整流器工作原理11
1.3.2 逆变器工作原理16
1.3.3 直流输电的特点19
1.4 直流输电技术的发展20
1.4.1 发展过程20
1.4.2 发展现状21
1.5 直流输电系统换相失败概述26
1.5.1 换相失败的原因26
1.5.2 换相失败的危害27
1.5.3 换相失败防御措施28
第2章 直流输电系统换相失败特性32
2.1 直流输电系统控制策略32
2.1.1 直流控制系统的技术路线32
2.1.2 定电流控制36
2.1.3 定电压控制36
2.1.4 低压限流控制37
2.1.5 定关断角控制39
2.1.6 最小触发角控制40
2.1.7 电流偏差控制40
2.1.8 换相失败预防控制41
2.2 直流输电系统换相失败的内涵43
2.2.1 换相失败的原理43
2.2.2 换相失败的定义44
2.2.3 换相失败的判断方法46
2.3 直流输电系统换相失败的特征48
2.3.1 首次换相失败过程48
2.3.2 后续换相失败过程50
2.3.3 换相失败实例52
2.4 控制系统对换相失败的作用54
2.4.1 低压限流控制54
2.4.2 换相失败预防控制63
2.4.3 定电流控制66
2.4.4 定关断角控制70
2.4.5 对多馈入直流输电系统的影响75
2.4.6 控制系统影响实例90
第3章 直流输电系统首次换相失败预测与抑制118
3.1 直流输电系统换相失败解析118
3.1.1 换流母线电压的影响118
3.1.2 直流电流的影响118
3.1.3 故障发生时刻的影响119
3.1.4 超前触发角的影响119
3.1.5 等效换相电抗的影响120
3.2 首次换相失败的临界电压120
3.2.1 换相前发生故障120
3.2.2 换相过程初期发生故障122
3.2.3 换相过程后期发生故障124
3.3 首次换相失败预测方法124
3.4 改进换相失败预防控制方法126
3.4.1 控制原理126
3.4.2 触发角调节量126
3.4.3 改进预防控制方案128
3.5 首次换相失败预测与预防控制性能129
3.5.1 首次换相失败预测129
3.5.2 首次换相失败预防控制133
第4章 直流输电系统后续换相失败预测与抑制方法137
4.1 后续换相失败过程建模137
4.1.1 关断角解析表达137
4.1.2 后续换相失败影响因素139
4.2 后续换相失败临界电压140
4.2.1 逆变站控制响应解析140
4.2.2 临界电压计算方法141
4.3 后续换相失败预测方法142
4.3.1 预测原理142
4.3.2 实现方法144
4.3.3 算例分析144
4.4 基于自适应启动电压的限流控制方法151
4.4.1 限流控制思想151
4.4.2 临界斜率计算152
4.4.3 启动电压计算153
4.4.4 限流控制策略155
4.4.5 算例分析155
4.5 基于逆变站故障安全域的自适应电流控制方法166
4.5.1 逆变站电气量耦合特性166
4.5.2 逆变站故障安全域167
4.5.3 自适应电流控制思想171
4.5.4 自适应电流控制策略172
4.5.5 算例分析174
第5章 直流输电系统换相失败穿越能力及其提升方法179
5.1 直流输电系统换相失败穿越能力179
5.1.1 直流输电系统换相失败的后果179
5.1.2 直流输电系统的闭锁措施180
5.1.3 直流输电系统闭锁后的电网特性181
5.2 直流输电系统换相失败穿越解析182
5.2.1 换相失败下的交流系统稳定性182
5.2.2 换相失败期间直流功率建模185
5.3 换相失败穿越能力提升方法187
5.3.1 控制思想187
5.3.2 控制量计算方法188
5.3.3 控制方法190
5.4 算例分析192
5.4.1 换相失败的影响192
5.4.2 不同控制方法下的控制效果194
5.4.3 不同直流容量配比下的控制效果195
5.4.4 整流站无功补偿的影响196
第6章 多馈入直流输电系统换相失败特性198
6.1 多馈入直流输电系统运行特性198
6.1.1 多馈入直流输电系统结构198
6.1.2 多馈入交互作用因子199
6.1.3 多馈入短路比202
6.2 多馈入直流输电系统同时换相失败203
6.2.1 同时换相失败过程203
6.2.2 同时换相失败的边界条件205
6.3 多馈入直流输电系统相继换相失败207
6.3.1 无功功率交互特性207
6.3.2 相继换相失败的产生机理211
6.3.3 相继换相失败过程212
6.4 多馈入直流输电系统换相失败特征215
6.4.1 同时换相失败215
6.4.2 相继换相失败217
6.4.3 同时换相失败与相继换相失败的区别221
第7章 多馈入直流输电系统换相失败预测与抑制方法225
7.1 多馈入直流输电系统相继换相失败临界电压225
7.1.1 换流母线电压交互因子225
7.1.2 相继换相失败临界电压226
7.2 多馈入直流输电系统换相失败预测方法228
7.2.1 预测原理228
7.2.2 预测效果230
7.3 适用于多馈入直流输电系统的换相失败预防控制方法236
7.3.1 控制思想236
7.3.2 改进换相失败预防控制策略238
7.3.3 相继换相失败预防控制策略240
7.3.4 改进换相失败预防控制效果241
7.3.5 相继换相失败预防控制效果245
7.4 考虑换相失败连锁反应的多馈入直流输电系统协调控制方法248
7.4.1 多馈入直流输电系统换相失败连锁反应248
7.4.2 换相失败连锁反应边界249
7.4.3 控制思想249
7.4.4 协调控制效果251
第8章 混合多馈入直流输电系统换相失败抑制方法257
8.1 混合多馈入直流输电系统257
8.1.1 柔性直流输电系统的类型257
8.1.2 柔性直流输电系统的控制259
8.1.3 混合多馈入直流输电系统的运行特性264
8.2 基于功率可控域的换相失败抑制方法265
8.2.1 功率可控域建模265
8.2.2 控制原理268
8.2.3 控制策略269
8.3 基于功率协调控制的换相失败抑制方法270
8.3.1 功率协调控制思想270
8.3.2 无功可控域建模272
8.3.3 控制参考值计算273
8.4 算例分析274
8.4.1 基于功率可控域的换相失败抑制方法验证275
8.4.2 基于功率协调控制的换相失败抑制方法验证278
参考文献283
附录 CIGRE直流输电标准测试模型284
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