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1、Chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿,高压直流输电,2,课程安排,第四章 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿 4.1 高压直流输电谐波的基本问题 4.2 换流器特征谐波 4.3 换流器非特征谐波 4.4 换流站谐波抑制措施 4.5 交流滤波器设计 4.6 直流滤波器设计 4.7 换流站无功补偿,3,4.1 高压直流输电谐波的基本问题,谐波 非正弦周期性电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍。 谐波次数,第h次谐波频率,基波频率,4,4.1 高压直流输电谐波的基本问题,谐波的危害 使电机、电容器等设备由于附加损耗增加而过热，缩短寿命； 产生谐波放大甚至谐振，危及设备安全； 引起电机
2、机械振动； 对电信设备产生干扰； 使控制保护设备误动作； 降低测量精度。,5,4.1 高压直流输电谐波的基本问题,谐波分析方法：傅立叶级数法 傅立叶级数： 一个非正弦周期性函数 f (x)，当其满足狄里克雷（Dirichlet）条件时，它可以用傅立叶级数表示为：,直角坐标表达式,6,4.1 高压直流输电谐波的基本问题,其中 直流分量/恒定分量：,式中,余弦项系数：,正弦项系数：,7,4.1 高压直流输电谐波的基本问题,傅立叶级数的极坐标表达式,其中,式中,第h次谐波幅值：,第h次谐波初相位：,8,4.2 换流器特征谐波,特征谐波： 在假设条件下，换流器交流侧的各相电流和直流侧的整流电压中所包含
3、的谐波。,双极HVDC原理图，,9,4.2 换流器特征谐波,特征谐波分析的假设条件 1) 交流电源为对称的正弦波； 2) 交流输电系统及换流变压器阻抗对称； 3) 不计交流系统中各元件的电阻及换流变压器的激磁导纳； 4) 平波电抗器的电感为无穷大； 5) 晶闸管具有理想的开关特性； 6) 等间隔触发,10,4.2.1 换流器交流侧特征谐波,12脉动换流器相电流波形,11,4.2.1 换流器交流侧特征谐波,特征谐波次数,式中,脉动数,双极HVDC原理图， 电流波形,12,4.2.1 换流器交流侧特征谐波,换流变阀侧谐波电流有效值,空载时基波电流有效值：,双极HVDC原理图， 电流波形,13,4.
4、2.1 换流器交流侧特征谐波,其中，谐波电流系数：,14,4.2.1 换流器交流侧特征谐波,影响谐波电流数值的因素 换相角 ： 随着 的增加，每次谐波有多个极值点，但总趋势为下降。 触发角： 增加，各次谐波数值减小，但影响小。 谐波次数h ： h 增加，各次谐波数值减小,5次电流，11次电流，25次电流,15,4.2.1 换流器交流侧特征谐波,换流器变压器网侧的以下特征谐波,双极HVDC原理图， 电流波形， 电流谐波谐波次数,（ ）,在换流变绕组中环流，不进入交流系统。,16,4.2.2 换流器直流侧特征谐波,12脉动换流器整流电压波形,17,4.2.2 换流器直流侧特征谐波,特征谐波次数,式
5、中,脉动数,双极HVDC原理图， 电压波形,18,4.2.2 换流器直流侧特征谐波,6脉动换流器谐波电压有效值,其中,理想空载直流电压：,当 =0时,19,4.2.2 换流器直流侧特征谐波,影响谐波电压数值的因素 换相角 ： 随着 的增加，每次谐波有多个极值点，但总趋势为上升。 触发角： 增加，各次谐波数值增大。 谐波次数h ： h 增加，各次谐波数值减小,6次电压，24次电压,20,4.3 换流器非特征谐波,非特征谐波 换流器交、直流侧的电流和电压中，除特征谐波之外的谐波分量。 出现的原因：假设条件不完全满足.如: 换流母线电压畸变、不对称； 换流变压器阻抗不对称； 换流变压器杂散电容的影响
6、； 不等间隔触发,双极HVDC原理图， 假设条件,21,4.3 换流器非特征谐波,常见的非特征谐波 换流器交流侧 换流器直流侧,双极HVDC原理图,22,4.4 换流站谐波抑制措施,常用措施：,增加换流器的脉动（波）数 装设滤波器,双极HVDC原理图,23,4.5 交流滤波器设计,滤波器 抑制换流器产生的注入交、直流系统谐波的设备。 类型 交流滤波器、直流滤波器 有源滤波器、无源滤波器 无源滤波器：,双极HVDC原理图,调谐型滤波器 高通型滤波器 调谐高通型滤波器,24,4.5 交流滤波器设计,无源滤波器类型,(a) 单调谐滤波器；(b) 双调谐滤波器；(c) 三调谐滤波器； (d) 二阶高通
7、滤波器；(e) 三阶高通滤波器；(f) C型阻尼滤波器,25,4.5.1 交流滤波器型式,1、单调谐滤波器,（b）阻抗-频率特性曲线,（a）电路图,单调谐低通滤波器,26,4.5.1 交流滤波器型式,2、双调谐滤波器,（b）阻抗-频率特性曲线,（a）电路图,27,4.5.1 交流滤波器型式,双调谐滤波器特点 与2个单调谐滤波器比较，1个双调谐滤波器具有如下优点： 基频下的功耗小； 只有一个电感器承受全部冲击电压； 投资省。 双调谐滤波器的主要目的 滤除换流器产生的某两次的、较低次的特征谐波。 又称为：双调谐低通滤波器,单调谐, 双调谐,28,4.5.1 交流滤波器型式,3、三调谐滤波器,（b）
8、阻抗-频率特性曲线,（a）电路图,29,4.5.1 交流滤波器型式,三调谐滤波器特点 与3个单调谐滤波器比较，1个三调谐滤波器投资更省，但失谐的几率更大。 近来HVDC工程开始采用,单调谐, 双调谐, 三调谐,30,4.5.2 交流滤波器配置,配置原则 满足换流站各次谐波电流HRI和换流母线THDU的设计规范要求； 类型不宜太多，23种为宜； 宜采用调谐高通型滤波器； 分组（指大组）尽可能少。,双极HVDC原理图,31,4.5.2 交流滤波器配置,我国部分HVDC工程交流滤波器配置,32,4.6 直流滤波器设计,直流滤波器类型 极线直流滤波器 调谐型滤波器 高通型滤波器 调谐高通型滤波器 中性
9、线直流滤波器 中性点冲击电容器,33,4.6 直流滤波器设计,配置原则 满足直流线路等效干扰电流的设计规范要求； 直流电缆线路不装滤波器； 直流极线宜装设2组滤波器； 一般为调谐型滤波器。,DCF配置,34,4.6 直流滤波器设计,我国部分HVDC工程直流滤波器配置,35,4.7 换流站无功补偿,换流器吸收无功功率 30%-50%Pd (整流器） 40%-60%Pd (逆变器) 类型 机械投切式无功补偿装置 静止无功补偿装置（SVC） 同步调相机,如，机械投切式并联电容器、并联电抗器、交流滤波器,36,4.7 换流站无功补偿,无功补偿配置原则 满足换流母线电压偏移的要求； 满足换流站与系统无功交换的要求； 尽量采用交流滤波器实现无功补偿。,Thank You !,Chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿 结束,文 俊,华北电力大学 电气与电子工程学院 柔性电力技术研究所 hbdl_ ,38,双极方式HVDC原理图,双极双桥,39,6脉动换流器电流波形,40,5次谐波电流波形,41,11次谐波电流波形,42,25次谐波电流波形,43,6次谐波电压波形,44,24次谐波电压波形,45,滤波器,46,无功补偿装置,