高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償

文俊華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院柔性電力技術(shù)研究所hbdl_wenjun@126.comChap.4高壓直流輸電的

諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電課程安排第四章高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償4.1高壓直流輸電諧波的基本問題4.2換流器特征諧波4.3換流器非特征諧波4.4換流站諧波抑制措施4.5交流濾波器設(shè)計(jì)4.6直流濾波器設(shè)計(jì)4.7換流站無功補(bǔ)償24.1高壓直流輸電諧波的基本問題諧波

非正弦周期性電氣量的正弦波分量,其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。諧波次數(shù)第h次諧波頻率基波頻率34.1高壓直流輸電諧波的基本問題諧波的危害使電機(jī)、電容器等設(shè)備由于附加損耗增加而過熱，縮短壽命；產(chǎn)生諧波放大甚至諧振，危及設(shè)備安全；引起電機(jī)機(jī)械振動(dòng)；對(duì)電信設(shè)備產(chǎn)生干擾；使控制保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作；降低測(cè)量精度。44.1高壓直流輸電諧波的基本問題諧波分析方法：傅立葉級(jí)數(shù)法傅立葉級(jí)數(shù)：

一個(gè)非正弦周期性函數(shù)f(x)，當(dāng)其滿足狄里克雷（Dirichlet）條件時(shí)，它可以用傅立葉級(jí)數(shù)表示為：直角坐標(biāo)表達(dá)式54.1高壓直流輸電諧波的基本問題 其中直流分量/恒定分量：式中

余弦項(xiàng)系數(shù)：正弦項(xiàng)系數(shù)：64.1高壓直流輸電諧波的基本問題傅立葉級(jí)數(shù)的極坐標(biāo)表達(dá)式其中式中

第h次諧波幅值：

第h次諧波初相位：74.2換流器特征諧波特征諧波：

在假設(shè)條件下，換流器交流側(cè)的各相電流和直流側(cè)的整流電壓中所包含的諧波。換流器交流側(cè)特征諧波換流器直流側(cè)特征諧波雙極HVDC原理圖，84.2換流器特征諧波特征諧波分析的假設(shè)條件

1)交流電源為對(duì)稱的正弦波；

2)交流輸電系統(tǒng)及換流變壓器阻抗對(duì)稱；

3)不計(jì)交流系統(tǒng)中各元件的電阻及換流變壓器的激磁導(dǎo)納；

4)平波電抗器的電感為無窮大；

5)晶閘管具有理想的開關(guān)特性；

6)等間隔觸發(fā)94.2.1換流器交流側(cè)特征諧波12脈動(dòng)換流器相電流波形104.2.1換流器交流側(cè)特征諧波特征諧波次數(shù)式中脈動(dòng)數(shù)雙極HVDC原理圖，電流波形6脈動(dòng)換流器:即12脈動(dòng)換流器:即114.2.1換流器交流側(cè)特征諧波換流變閥側(cè)諧波電流有效值空載時(shí)基波電流有效值：雙極HVDC原理圖，電流波形124.2.1換流器交流側(cè)特征諧波其中，諧波電流系數(shù)：134.2.1換流器交流側(cè)特征諧波影響諧波電流數(shù)值的因素?fù)Q相角：隨著的增加，每次諧波有多個(gè)極值點(diǎn)，但總趨勢(shì)為下降。觸發(fā)角α：α

增加，各次諧波數(shù)值減小，但影響小。諧波次數(shù)h：h增加，各次諧波數(shù)值減小5次電流，11次電流，25次電流144.2.1換流器交流側(cè)特征諧波換流器變壓器網(wǎng)側(cè)的以下特征諧波雙極HVDC原理圖，電流波形，電流諧波諧波次數(shù)（）在換流變繞組中環(huán)流，不進(jìn)入交流系統(tǒng)。154.2.2換流器直流側(cè)特征諧波12脈動(dòng)換流器整流電壓波形164.2.2換流器直流側(cè)特征諧波特征諧波次數(shù)式中脈動(dòng)數(shù)12脈動(dòng)換流器:即雙極HVDC原理圖，電壓波形6脈動(dòng)換流器:即174.2.2換流器直流側(cè)特征諧波6脈動(dòng)換流器諧波電壓有效值其中理想空載直流電壓：當(dāng)=0時(shí)184.2.2換流器直流側(cè)特征諧波影響諧波電壓數(shù)值的因素?fù)Q相角：隨著的增加，每次諧波有多個(gè)極值點(diǎn)，但總趨勢(shì)為上升。觸發(fā)角α：α

增加，各次諧波數(shù)值增大。諧波次數(shù)h：h增加，各次諧波數(shù)值減小6次電壓，24次電壓194.3換流器非特征諧波非特征諧波

換流器交、直流側(cè)的電流和電壓中，除特征諧波之外的諧波分量。出現(xiàn)的原因：假設(shè)條件不完全滿足.如:換流母線電壓畸變、不對(duì)稱；換流變壓器阻抗不對(duì)稱；換流變壓器雜散電容的影響；不等間隔觸發(fā)雙極HVDC原理圖，假設(shè)條件204.3換流器非特征諧波常見的非特征諧波換流器交流側(cè)換流器直流側(cè)雙極HVDC原理圖214.4換流站諧波抑制措施常用措施：增加換流器的脈動(dòng)（波）數(shù)裝設(shè)濾波器項(xiàng)目方法1（增加脈動(dòng)數(shù)）方法2（裝設(shè)濾波器）優(yōu)點(diǎn)1、減少注入AC、DC系統(tǒng)的諧波成分；2、提高注入AC、DC系統(tǒng)的最低次特征諧波次數(shù)。1、降低注入AC、DC系統(tǒng)的諧波量；2、可兼作無功補(bǔ)償設(shè)備。缺點(diǎn)脈動(dòng)數(shù)過大（大于12）時(shí)，換流站投資太大1、投資大2、占地大現(xiàn)狀典型設(shè)計(jì)方案：雙極雙橋調(diào)諧或調(diào)諧高通型濾波器雙極HVDC原理圖224.5交流濾波器設(shè)計(jì)濾波器抑制換流器產(chǎn)生的注入交、直流系統(tǒng)諧波的設(shè)備。類型交流濾波器、直流濾波器有源濾波器、無源濾波器無源濾波器：雙極HVDC原理圖調(diào)諧型濾波器高通型濾波器調(diào)諧高通型濾波器234.5交流濾波器設(shè)計(jì)無源濾波器類型(a)

單調(diào)諧濾波器；(b)

雙調(diào)諧濾波器；(c)三調(diào)諧濾波器；(d)二階高通濾波器；(e)三階高通濾波器；(f)C型阻尼濾波器244.5.1交流濾波器型式1、單調(diào)諧濾波器（b）阻抗-頻率特性曲線（a）電路圖單調(diào)諧低通濾波器254.5.1交流濾波器型式2、雙調(diào)諧濾波器（b）阻抗-頻率特性曲線（a）電路圖264.5.1交流濾波器型式雙調(diào)諧濾波器特點(diǎn)與2個(gè)單調(diào)諧濾波器比較，1個(gè)雙調(diào)諧濾波器具有如下優(yōu)點(diǎn)：基頻下的功耗??；只有一個(gè)電感器承受全部沖擊電壓；投資省。雙調(diào)諧濾波器的主要目的

濾除換流器產(chǎn)生的某兩次的、較低次的特征諧波。又稱為：雙調(diào)諧低通濾波器單調(diào)諧,雙調(diào)諧274.5.1交流濾波器型式3、三調(diào)諧濾波器（b）阻抗-頻率特性曲線（a）電路圖284.5.1交流濾波器型式三調(diào)諧濾波器特點(diǎn)與3個(gè)單調(diào)諧濾波器比較，1個(gè)三調(diào)諧濾波器投資更省，但失諧的幾率更大。近來HVDC工程開始采用單調(diào)諧,雙調(diào)諧,三調(diào)諧294.5.2交流濾波器配置配置原則滿足換流站各次諧波電流HRI和換流母線THDU的設(shè)計(jì)規(guī)范要求；類型不宜太多，2～3種為宜；宜采用調(diào)諧高通型濾波器；分組（指大組）盡可能少。雙極HVDC原理圖304.5.2交流濾波器配置我國部分HVDC工程交流濾波器配置工程名稱整流站逆變站葛-南11/13（HP型）、23/25（HP型）(Q1=67Mvar)11/13（HP型）、23/25（HP型）(Q1=87Mvar)天-廣

11/13（HP型）、23/25（HP型）三-常11/13（HP型）、24/36（HP型）、3

（HP型）12/24（HP型）舟山5、7、11、13、HP5、7、11、13、HP嵊泗5、7、11、13、HP3、5、7、11、13、HP314.6直流濾波器設(shè)計(jì)直流濾波器類型極線直流濾波器調(diào)諧型濾波器高通型濾波器調(diào)諧高通型濾波器中性線直流濾波器中性點(diǎn)沖擊電容器324.6直流濾波器設(shè)計(jì)配置原則滿足直流線路等效干擾電流的設(shè)計(jì)規(guī)范要求；直流電纜線路不裝濾波器；直流極線宜裝設(shè)2組濾波器；一般為調(diào)諧型濾波器。DCF配置334.6直流濾波器設(shè)計(jì)我國部分HVDC工程直流濾波器配置工程名稱整流站逆變站葛-南12/24（HP型）、12/36天-廣

12/24（HP型）、APF三-常1*12/24（HP型）、1*12/36舟山無嵊泗無344.7換流站無功補(bǔ)償換流器吸收無功功率30%-50%Pd(整流器）40%-60%Pd(逆變器)類型機(jī)械投切式無功補(bǔ)償裝置靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）同步調(diào)相機(jī)如，機(jī)械投切式并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、交流濾波器354.7換流站無功補(bǔ)償無功補(bǔ)償配置原則滿足換流母線電壓偏移的要求；滿足換流站與系統(tǒng)無功交換的要求；盡量采用交流濾波器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。36ThankYou!Chap.4高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償結(jié)束文俊華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院柔性電力技術(shù)研究所hbdl_wenjun@126.com雙極方式HVDC原理圖雙極雙橋

葛洲壩南橋209kVIdId－＋－＋＋－－＋~500kV500kV500kV198kV~220kV386脈動(dòng)換流器電流波形