直流系统故障分析与保护控制

本书密切联系实际直流工程，系统地讲述直流系统保护与控制领域的技术前沿，内容包括直流输配电系统发展及典型工程介绍，直流输配电故障解析，直流线路保控协同保护原理、信息指纹保护原理、人工智能保护原理、六次谐波后备保护原理，直流输电线路故障自适应恢复技术等。
本书可供从事直流输配电研发、设计、工程等方面的技术人员及直流系统保护与控制领域的科研人员使用，也可供高等学校电气工程专业的教师和研究生使用。

前言
第1章 概述 1
1.1 直流输配电系统的发展 1
1.1.1 直流输配电的定义 1
1.1.2 换流器的基本特性 3
1.1.3 直流输配电技术的发展 8
1.2 直流输配电面临的故障与保护问题 10
1.3 直流输配电故障分析与保护研究现状 12
1.3.1 故障分析 12
1.3.2 保护原理 14
1.4 本书的主要内容 15
参考文献 16
第2章 直流输配电拓扑及典型工程介绍 19
2.1 柔性直流输电系统 19
2.1.1 柔性直流输电的特点 19
2.1.2 柔性直流输电典型工程介绍 20
2.1.3 柔性直流输电发展前景 22
2.2 混合直流输电系统 23
2.2.1 混合直流输电特点 23
2.2.2 混合直流输电典型工程介绍 23
2.2.3 混合直流输电发展前景 24
2.3 柔性直流配电系统 25
2.3.1 柔性直流配电特点 25
2.3.2 柔性直流配电典型工程介绍 26
2.3.3 柔性直流配电发展前景 27
2.4 城市轨道交通直流牵引供电系统 28
2.4.1 传统直流牵引供电特点 28
2.4.2 直流牵引供电典型工程介绍 29
2.4.3 发展趋势——柔性直流牵引供电 31
参考文献 33
第3章 直流输配电故障解析 35
3.1 直流故障类型 35
3.2 两电平VSC直流侧短路故障解析 37
3.2.1 VSC故障过程概述 37
3.2.2 直流故障电流分段解析计算 38
3.2.3 仿真验证 41
3.3 MMC直流侧短路故障解析 43
3.3.1 MMC直流故障过程概述 43
3.3.2 阶段一：闭锁前电容放电阶段故障解析 45
3.3.3 阶段二：闭锁后交流馈入暂态阶段故障解析 46
3.3.4 阶段三：闭锁后交流馈入稳态阶段故障解析 50
3.3.5 仿真验证 61
3.4 LCC直流侧短路故障解析 69
3.4.1 LCC直流故障过程概述 69
3.4.2 计及控制策略影响的LCC直流侧短路计算模型 71
3.4.3 仿真验证 74
3.5 柔性直流系统暂态故障电流解析 76
3.5.1 柔性直流系统故障等效网络 76
3.5.2 故障等效网络简化与解耦 80
3.5.3 暂态故障电流解析表达 83
3.5.4 一般性柔性直流系统暂态故障电流解析计算 84
3.5.5 仿真验证 88
3.6 混合直流系统故障电流解析 92
3.6.1 混合直流系统故障等效网络 92
3.6.2 混合直流系统故障电流解析计算 94
3.6.3 仿真验证 95
参考文献 96
第4章 直流线路保控协同保护原理 97
4.1 均匀传输线特性 97
4.1.1 输入阻抗特性 97
4.1.2 不同区间故障输入阻抗特性 99
4.1.3 区内故障特性 100
4.1.4 区外故障特性 101
4.1.5 区内外故障特性差异对比 102
4.2 换流器控制原理 103
4.2.1 换流器基本控制原理 103
4.2.2 换流器附加注入控制 105
4.3 特征信号选取 107
4.3.1 特征信号频率 107
4.3.2 特征信号幅值 107
4.3.3 特征信号长度 108
4.4 保护原理构建 111
4.4.1 保护启动判据 112
4.4.2 故障极识别判据 112
4.4.3 故障区间识别判据 113
4.4.4 保护方案总体流程 113
4.5 仿真验证 114
4.5.1 区内故障 115
4.5.2 区外故障 117
4.5.3 耐受过渡电阻能力验证 117
4.5.4 负极故障与双极故障的保护适应性 118
参考文献 118
第5章 直流线路信息指纹保护原理 120
5.1 信息指纹介绍 120
5.1.1 信息指纹的概念 120
5.1.2 信息指纹的应用 121
5.1.3 指纹匹配技术 123
5.1.4 信息指纹在直流输电线路保护的应用前景 125
5.2 基于信息指纹的直流线路差动保护 125
5.2.1 差动电流特征分析 126
5.2.2 基于差动电流指纹的保护方案 128
5.2.3 影响因素分析 132
5.2.4 仿真分析 134
5.3 基于信息指纹的直流线路反行波波形特征保护 140
5.3.1 行波特征分析 140
5.3.2 基于SPB算法的信息指纹制作 144
5.3.3 基于故障反行波指纹的保护与测距方案 151
5.3.4 仿真验证与分析 153
参考文献 161
第6章 直流线路人工智能保护原理 162
6.1 深度学习与迁移学习模型 162
6.1.1 深度学习基本原理 162
6.1.2 迁移学习基本原理 166
6.2 基于深度学习的柔性直流单端量反行波波形特征保护 168
6.2.1 四端伪双极柔性直流电网拓扑 169
6.2.2 单端电压反行波波形分析 169
6.2.3 基于依赖模型的反行波计算方法 174
6.2.4 保护整体设计 176
6.2.5 仿真验证与分析 177
6.3 基于迁移学习考虑多因素影响的改进柔性直流单端量保护 182
6.3.1 多因素影响分析 182
6.3.2 改进保护设计 184
6.3.3 仿真验证与分析 185
6.4 基于深度学习的混合直流双端量差动电流保护 190
6.4.1 三端双极混合直流电网拓扑 190
6.4.2 双端差动电流分析 191
6.4.3 保护整体设计 195
6.4.4 仿真验证与分析 196
参考文献 202
第7章 直流线路六次谐波后备保护原理 203
7.1 故障频域特性分析 203
7.1.1 故障电流频段分布特征 203
7.1.2 六次谐波分量分析 204
7.2 区内外故障六次谐波差异分析 214
7.2.1 理论分析 214
7.2.2 仿真分析 221
7.3 保护方法 224
7.3.1 启动元件 224
7.3.2 双极短路故障判据 224
7.3.3 区内外故障判据 225
7.3.4 保护方法流程 225
7.4 线路长度对保护方法的影响 226
7.4.1 理论分析 226
7.4.2 仿真验证 227
7.4.3 保护适用场景 228
7.5 保护算法性能分析 228
7.5.1 过渡电阻对保护的影响 229
7.5.2 噪声干扰对保护的影响 230
7.5.3 单极接地故障 231
7.5.4 交流侧故障 231
参考文献 232
第8章 直流输电线路故障自适应恢复技术 234
8.1 直流系统自适应恢复技术需求 234
8.1.1 直流系统自动恢复技术概述 234
8.1.2 直流系统自适应恢复技术 237
8.2 基于换流器控制协同的LCC-MMC自适应重启技术 246
8.2.1 研究思路 246
8.2.2 反行波估算 247
8.2.3 自适应重启策略 251
8.2.4 仿真验证与分析 256
8.3 基于主频率跃变的MMC-MMC自适应重合闸技术 261
8.3.1 研究思路 261
8.3.2 电压行波传播主成分 263
8.3.3 自适应重合闸策略 269
8.3.4 仿真验证与分析 274
参考文献 280