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第1章 概论 1

1.1 引言 1

1.2 大功率电力电子器件 2

1.2.1 二极管 3

1.2.2 晶闸管 4

1.2.3 门极可关断晶闸管 4

1.2.4 绝缘门极换相晶闸管 5

1.2.5 绝缘栅双极晶体管 6

1.2.6 基于新型材料的电力电子器件 7

1.3 电力系统电力电子技术 7

1.3.1 灵活交流输电 8

1.3.2 高压直流输电 9

1.3.3 柔性直流输电 10

1.4 电力系统电力电子试验技术 12

1.4.1 试验技术特点 12

1.4.2 试验技术等效性评价 13

1.4.3 试验研究对象 14

1.4.4 研究思路 14

第2章 电力系统电力电子装置及其工作原理 16

2.1 概述 16

2.2 灵活交流输电系统 17

2.2.1 静止无功补偿器 17

2.2.2 可控并联电抗器 21

2.2.3 静止同步并联补偿器 25

2.2.4 可控串联补偿器 29

2.2.5 故障电流限制器 35

2.2.6 统一潮流控制器 39

2.3 高压直流输电系统 43

2.3.1 高压直流系统拓扑 43

2.3.2 直流换流技术 45

2.3.3 高压直流换流阀 50

2.4 柔性直流输电系统 54

2.4.1 系统结构 54

2.4.2 工作原理 56

2.4.3 电压源换流阀 61

第3章 相控晶闸管阀应力特性 66

3.1 概述 66

3.2 相控晶闸管阀开通应力 68

3.2.1 开通di/dt 68

3.2.2 阻尼回路储能单元对晶闸管的放电特性 72

3.2.3 串联晶闸管阀的电压应力 72

3.3 相控晶闸管阀通态应力 73

3.3.1 晶闸管的热应力 73

3.3.2 晶闸管阀的过电流应力 74

3.3.3 晶闸管阀其他部件的热应力 77

3.4 相控晶闸管阀关断应力 77

3.4.1 TCR晶闸管阀关断过冲电压应力 78

3.4.2 晶闸管阀关断过程中的动态均压 79

3.4.3 TSC晶闸管阀的关断电压应力 80

3.5 相控晶闸管阀断态应力 81

3.6 相控晶闸管阀故障暂态应力 82

3.6.1 交流系统故障状态下的晶闸管阀应力 82

3.6.2 冲击电压作用下的晶闸管阀应力 83

3.6.3 过电压作用下的晶闸管阀应力 85

第4章 高压直流换流阀应力特性 87

4.1 概述 87

4.2 高压直流换流阀开通应力 88

4.2.1 换流阀周期性开通电流应力 89

4.2.2 换流阀非周期触发开通电流应力 93

4.2.3 交流系统暂时过电压时的开通应力 96

4.3 高压直流换流阀通态应力 97

4.3.1 正常运行工况下的换流阀应力 97

4.3.2 桥臂短路条件下的换流阀应力 97

4.3.3 直流电流断续条件下的换流阀应力 102

4.3.4 饱和电抗器的热应力 103

4.4 高压直流换流阀关断应力 103

4.4.1 直流换流阀关断等效电路 103

4.4.2 直流换流阀运行状态对关断应力的影响 106

4.4.3 晶闸管反向恢复特性对关断应力的影响 109

4.4.4 直流换流阀关键零部件对关断应力的影响 112

4.4.5 晶闸管元件差异性对关断应力的影响 114

4.5 高压直流换流阀断态应力 115

4.5.1 晶闸管级的断态电压应力 115

4.5.2 直流换流阀的断态损耗 116

4.6 高压直流换流阀故障态应力 117

4.6.1 交流侧引起的操作冲击和暂态过电压 117

4.6.2 直流系统的操作过电压和暂态过电压 117

4.6.3 雷电过电压 119

4.6.4 换相失败 119

第5章 电压源换流器阀应力特性 122

5.1 概述 122

5.1.1 柔性直流换流阀结构 122

5.1.2 链式阀结构 123

5.2 柔性直流换流阀稳态应力 124

5.2.1 系统级运行特性 124

5.2.2 阀级运行特性 133

5.2.3 稳态运行应力 143

5.3 柔性直流换流阀暂态应力 145

5.3.1 系统级故障特性 145

5.3.2 阀级故障特性 163

5.3.3 故障应力 170

5.4 链式STATCOM阀应力 172

5.4.1 基于链式阀的静止同步并联补偿器（STATCOM） 172

5.4.2 稳态运行应力 172

5.4.3 暂态运行应力 176

第6章 电力电子等效试验机理和试验方法 181

6.1 试验方法的基础理论问题 181

6.1.1 试验方法论 181

6.1.2 试验技术的一般原则与方法 185

6.2 试验等效机理 189

6.2.1 等效性问题 190

6.2.2 等效分析数学模型 190

6.2.3 等效分析方法 192

6.2.4 等效性评价 198

6.3 相控晶闸管阀等效试验方法 198

6.3.1 试验相关的应力 198

6.3.2 试验目的及内容 200

6.3.3 晶闸管控制电抗器阀试验方法 204

6.3.4 晶闸管投切电容器阀试验方法 207

6.4 高压直流换流阀等效试验方法 212

6.4.1 试验相关的应力 212

6.4.2 试验目的及内容 217

6.4.3 直流换流阀试验方法 219

6.5 电压源换流器阀等效试验方法 228

6.5.1 试验相关的应力 228

6.5.2 试验目的及内容 230

6.5.3 模块化多电平电压源换流器阀试验方法 234

6.5.4 全桥链式STATCOM阀试验方法 237

第7章 电力电子例行试验技术 243

7.1 概述 243

7.2 例行试验对象及内容 243

7.3 例行试验方法 244

7.3.1 串联晶闸管阀例行试验方法 244

7.3.2 电压源换流器阀例行试验方法 250

7.4 例行试验成套设备 252

7.4.1 晶闸管级功能试验设备 252

7.4.2 高压重复触发试验设备 254

7.4.3 串联晶闸管阀热运行试验设备 257

7.4.4 交流耐压和操作冲击试验设备 258

7.4.5 水路试验设备 259

7.4.6 电压源换流器阀子模块级功能试验设备 260

7.4.7 电压源换流器阀热运行试验设备 261

7.5 例行试验技术应用实例 262

7.5.1 直流换流阀例行试验设备应用 262

7.5.2 电压源换流器阀例行试验设备应用 264

第8章 电力电子绝缘试验技术 266

8.1 概述 266

8.2 绝缘试验对象与专有试验技术 266

8.2.1 绝缘试验对象 266

8.2.2 等效负载 270

8.2.3 高电位电压测量 277

8.3 多源复合绝缘试验技术 284

8.3.1 多源复合绝缘试验内容 284

8.3.2 交—直流复合绝缘试验 285

8.3.3 冲击复合绝缘试验 285

8.4 交流高电压试验技术 286

8.4.1 交流高电压试验装置 287

8.4.2 交流高电压试验方法 291

8.5 直流高电压试验技术 295

8.5.1 基本整流电路原理 295

8.5.2 直流高电压试验装置 296

8.5.3 直流高电压试验方法 297

8.6 冲击高电压试验技术 300

8.6.1 冲击电压波形 300

8.6.2 冲击高电压发生器 301

8.6.3 冲击高电压的测量 304

8.6.4 冲击高电压试验方法 306

8.7 非周期触发试验技术 313

8.7.1 概述 313

8.7.2 非周期触发试验应力 314

8.7.3 并联避雷器法 315

8.7.4 并联电容器法 317

8.7.5 非周期触发试验应用算例分析 320

第9章 电力电子运行试验技术 323

9.1 概述 323

9.2 电力电子运行试验 323

9.2.1 运行试验技术简述 323

9.2.2 相控晶闸管阀的运行试验 325

9.2.3 直流换流阀运行试验 326

9.2.4 电压源换流器阀运行试验 327

9.3 多源复合运行试验技术 328

9.3.1 高电压源产生方式 328

9.3.2 大电流源产生方式 331

9.3.3 故障电流源产生方式 333

9.3.4 其他应力源产生方式 334

9.3.5 复合试验中过电压机理及保护措施 334

9.3.6 复合试验控制保护系统 339

9.4 相控晶闸管阀运行试验技术 345

9.4.1 稳态运行试验 345

9.4.2 恢复期暂态正向电压试验 346

9.4.3 过电流试验 347

9.4.4 运行试验案例 349

9.5 高压直流换流阀运行试验技术 350

9.5.1 稳态运行试验 350

9.5.2 故障电流试验 353

9.5.3 恢复期暂态正向电压试验 356

9.5.4 最小交流电压试验 356

9.5.5 运行试验案例 359

9.6 电压源换流器阀运行试验技术 362

9.6.1 稳态运行试验 362

9.6.2 短路电流试验 366

9.6.3 过电流关断试验 369

9.6.4 运行试验案例 370

第10章 电力系统电力电子实验室 373

10.1 概述 373

10.2 电力电子实验室屏蔽与接地 374

10.2.1 实验室屏蔽 374

10.2.2 实验室接地 375

10.3 电力电子实验室装置布局 378

10.3.1 常规高压设备绝缘距离 378

10.3.2 高压电力电子装置绝缘距离 381

10.3.3 电力电子实验室装置布置原则 385

10.4 电力电子实验室成套试验装置 385

10.4.1 绝缘试验装置 385

10.4.2 高压串联晶闸管阀运行试验装置 387

10.4.3 电压源换流器阀运行试验装置 388

10.5 电力电子实验室附属设施 389

10.5.1 电力电子实验室水系统 389

10.5.2 电力电子实验室地面要求 390

10.5.3 电力电子实验室供电及配电要求 390

10.5.4 电力电子实验室悬吊设备 391

10.5.5 电力电子实验室照明 392

10.6 电力电子实验室基本安全规则 392

索引 394

参考文献 409