高压直流输电高压直流输电的谐波抑制与无功补偿PPT演示课件

1、1chap.4 chap.4 高压直流输电的高压直流输电的谐波抑制与无功补偿谐波抑制与无功补偿高压直流输电高压直流输电chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿2课程安排课程安排v第四章第四章 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿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高压直流输电谐波的基本问题4.2 换流器特征谐波换流器特征谐波4.3 换流器非特征谐波换流器非特征谐波4.4 换流站谐波抑制措施换流站谐波抑制措施4.5 交流滤波器设计交流滤波器设计4.6 直流滤波器设计直流滤波器设计4.7 换流站无功补偿换流站无功补偿chap.4 高压

2、直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿34.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题谐波谐波 非正弦周期性电气量的正弦波分量非正弦周期性电气量的正弦波分量,其频率为基其频率为基波频率的整数倍。波频率的整数倍。谐波次数谐波次数1hfhf第第h次谐波频率次谐波频率基波频率基波频率chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿44.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题谐波的危害谐波的危害使电机、电容器等设备由于附加损耗增加而过使电机、电容器等设备由于附加损耗增加而过热，缩短寿命；热，缩短寿命； 产生谐波放大甚至

3、谐振，危及设备安全；产生谐波放大甚至谐振，危及设备安全； 引起电机机械振动；引起电机机械振动； 对电信设备产生干扰；对电信设备产生干扰； 使控制保护设备误动作；使控制保护设备误动作； 降低测量精度。降低测量精度。chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿54.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题谐波分析方法谐波分析方法：傅立叶级数法：傅立叶级数法傅立叶级数：傅立叶级数： 一个非正弦周期性函数一个非正弦周期性函数 f (x)，当其满足狄里克，当其满足狄里克雷（雷（dirichlet）条件时，它可以用傅立叶级数表）条件时，它可以用傅立叶级数表

4、示为：示为：10)sin()cos(2)(hhhthbthaatf直角坐标表达式直角坐标表达式chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿64.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题其中其中 直流分量直流分量/恒定分量：恒定分量：12 fnk式中式中 余弦项系数余弦项系数： 正正弦项系数弦项系数：)()sin()(1)()cos()(1)()(12020200tdthtfbtdthtfatdtfahhchap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿74.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题傅立

5、叶级数的极坐标表达式傅立叶级数的极坐标表达式10)cos(2)(hhhthcatf)arctan(22hhhhhhabbac其中其中12 fnk式中式中 第第h次谐波幅值次谐波幅值： 第第h次谐波初相位次谐波初相位：chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿84.2 换流器特征谐波换流器特征谐波 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的谐波。流侧的整流电压中所包含的谐波。换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波双极hvdc原理图， c

6、hap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿94.2 换流器特征谐波换流器特征谐波 特征谐波分析的假设条件特征谐波分析的假设条件 1) 交流电源为对称的正弦波；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；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不计交流系统中各元件的电阻及换流变压器的激磁导纳；的激磁导纳； 4) 平波电抗器的电感为无穷大；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；晶闸管具有理想的开关特性； 6) 等间隔触发等间隔触发chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直

7、流输电的谐波抑制与无功补偿104.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 12脉动换流器相电流波形脉动换流器相电流波形chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿114.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波n特征谐波次数特征谐波次数1hpknk式中式中脉动数脉动数双极hvdc原理图， 电流波形6脉动换流器脉动换流器:61hk即即5,7,11,13,17,19,23,25,h 121hk12脉动换流器脉动换流器:即即11,13,23,25,h chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿124.2.1 换流

8、器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 换流变阀侧谐波电流有效值换流变阀侧谐波电流有效值( , )hi 221121 2( ,0)2cos(2)coscos()issssh空载时基波电流有效值：空载时基波电流有效值：16( ,0)0.78ddiii双极hvdc原理图， 电流波形chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿134.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 其中，谐波电流系数：其中，谐波电流系数：12) 1sin(12) 1sin(21hhshhschap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿144.2.1 换

9、流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 影响谐波电流数值的因素影响谐波电流数值的因素换相角换相角 ： 随着随着 的增加，每次谐波有多个极的增加，每次谐波有多个极值点，但总趋势为下降。值点，但总趋势为下降。触发角触发角： 增加增加，各次谐波数值，各次谐波数值减小，但影减小，但影响小。响小。谐波次数谐波次数h ： h 增加增加，各次谐波数值，各次谐波数值减小减小5次电流，11次电流，25次电流chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿154.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 换流器变压器网侧的换流器变压器网侧的以下特征谐波以下特征谐波双极hvdc

10、原理图， 电流波形， 电流谐波谐波次数16 kh （ ）nk 12 kk5,7,17,19,29,31,h 41,43,53,55在换流变绕组中在换流变绕组中环流环流，不进入交流系统不进入交流系统。chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿164.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 12脉动换流器整流电压波形脉动换流器整流电压波形21ddduuu2du1duchap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿174.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 特征谐波次数特征谐波次数hpknk式中式中脉动数脉动数

11、12hk12脉动换流器脉动换流器:即即12,24,36,48,h 双极hvdc原理图， 电压波形6脉动换流器脉动换流器:6hk即即6,12,18,24,30,36,42,48,h chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿184.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 6脉动换流器谐波电压有效值脉动换流器谐波电压有效值2201212( ,)2cos(2)2dd huuccc c 其中其中12)1cos(12)1cos(21hhchhc理想空载直流电压：理想空载直流电压：03 21.35duee222022(,0)cossin1dd huuhh当当

12、=0时时chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿194.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 影响谐波电压数值的因素影响谐波电压数值的因素换相角换相角 ： 随着随着 的增加，每次谐波有多个极的增加，每次谐波有多个极值点，但总趋势为上升。值点，但总趋势为上升。触发角触发角： 增加增加，各次谐波数值，各次谐波数值增大。增大。谐波次数谐波次数h ： h 增加增加，各次谐波数值，各次谐波数值减小减小6次电压，24次电压chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿204.3 换流器非特征谐波换流器非特征谐波 非特征谐波非

13、特征谐波 换流器交、直流侧的电流和电压中，除特征谐换流器交、直流侧的电流和电压中，除特征谐波之外的谐波分量。波之外的谐波分量。出现的原因出现的原因：假设条件不完全满足：假设条件不完全满足.如如:换流母线电压畸变、不对称；换流母线电压畸变、不对称； 换流变压器阻抗不对称；换流变压器阻抗不对称； 换流变压器杂散电容的影响；换流变压器杂散电容的影响； 不等间隔触发不等间隔触发双极hvdc原理图， 假设条件chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿214.3 换流器非特征谐波换流器非特征谐波 常见的非特征谐波常见的非特征谐波换流器交流侧换流器交流侧换流器直流侧换流器

14、直流侧双极hvdc原理图,21,10, 9 , 7 , 5 , 3 , 2h1,2,3,5,7,9,h chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿224.4 换流站谐波抑制措施换流站谐波抑制措施 常用措施：常用措施：增加换流器的脉动（波）数增加换流器的脉动（波）数装设滤波器装设滤波器双极hvdc原理图chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿234.5 交流滤波器设计交流滤波器设计 滤波器滤波器抑制换流器产生的注入交、直流系统谐波的设备。抑制换流器产生的注入交、直流系统谐波的设备。类型类型 交流滤波器、直流滤波器交流滤波器

15、、直流滤波器有源滤波器、无源滤波器有源滤波器、无源滤波器无源滤波器：无源滤波器：双极hvdc原理图调谐型调谐型滤波器滤波器高通型高通型滤波器滤波器调谐调谐高通型高通型滤波器滤波器chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿244.5 交流滤波器设计交流滤波器设计无源滤波器类型无源滤波器类型(a) 单调谐滤波器；单调谐滤波器；(b) 双调谐滤波器；双调谐滤波器；(c) 三调谐滤波器；三调谐滤波器；(d) 二阶高通滤波器；二阶高通滤波器；(e) 三阶高通滤波器；三阶高通滤波器；(f) c型阻尼滤波器型阻尼滤波器chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流

16、输电的谐波抑制与无功补偿254.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式1、单调谐滤波器、单调谐滤波器22)1()(clrz（b b）阻抗）阻抗- -频率特性曲线频率特性曲线（a）电路图）电路图单调谐单调谐低通低通滤波滤波器器chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿264.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式2、双调谐滤波器、双调谐滤波器（b b）阻抗）阻抗- -频率特性曲线频率特性曲线（a）电路图）电路图chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿274.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式双调谐滤波器特点双调谐滤波器特点与

17、与2个单调谐滤波器比较，个单调谐滤波器比较，1个双调谐滤波器具有个双调谐滤波器具有如下优点：如下优点：基频下的功耗小；基频下的功耗小；只有一个电感器承受全部冲击电压；只有一个电感器承受全部冲击电压；投资省。投资省。双调谐滤波器的主要目的双调谐滤波器的主要目的 滤除换流器产生的某两次的、较低次的特征谐滤除换流器产生的某两次的、较低次的特征谐波。波。 又称为：双调谐低通滤波器又称为：双调谐低通滤波器单调谐, 双调谐chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿284.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式3、三调谐滤波器、三调谐滤波器（b b）阻抗）阻抗- -频率特性

18、曲线频率特性曲线（a）电路图）电路图chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿294.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式三调谐滤波器特点三调谐滤波器特点与与3个单调谐滤波器比较，个单调谐滤波器比较，1个三调谐滤波器投个三调谐滤波器投资更省，但失谐的几率更大。资更省，但失谐的几率更大。近来近来hvdc工程开始采用工程开始采用单调谐, 双调谐, 三调谐chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿304.5.2 交流滤波器配置交流滤波器配置配置原则配置原则满足换流站各次谐波电流满足换流站各次谐波电流hri和换流母线和换流母线th

19、du的设计规范要求；的设计规范要求；类型不宜太多，类型不宜太多，23种为宜；种为宜；宜采用宜采用调谐高通型滤波器调谐高通型滤波器；分组（指大组）尽可能少。分组（指大组）尽可能少。双极hvdc原理图chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿314.5.2 交流滤波器配置交流滤波器配置我国部分我国部分hvdc工程交流滤波器配置工程交流滤波器配置chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿324.6 直流滤波器设计直流滤波器设计直流滤波器类型直流滤波器类型极线直流滤波器极线直流滤波器调谐型滤波器调谐型滤波器高通型滤波器高通型滤波器

20、调谐高通型滤波器调谐高通型滤波器中性线直流滤波器中性线直流滤波器中性点冲击电容器中性点冲击电容器chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿334.6 直流滤波器设计直流滤波器设计配置原则配置原则满足直流线路等效干扰电流的设计规范要求；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；直流电缆线路不装滤波器；直流极线宜装设直流极线宜装设2组滤波器；组滤波器；一般为调谐型滤波器。一般为调谐型滤波器。dcf配置chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿344.6 直流滤波器设计直流滤波器设计我国部分我国部分hvdc

21、工程直流滤波器配置工程直流滤波器配置chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿354.7 换流站无功补偿换流站无功补偿 换流器吸收无功功率换流器吸收无功功率30%-50%pd (整流器）整流器）40%-60%pd (逆变器逆变器)类型类型 机械投切式机械投切式无功补偿装置无功补偿装置静止无功补偿装置（静止无功补偿装置（svc）同步调相机同步调相机如，机械投切式并联电容器、并联电抗器、如，机械投切式并联电容器、并联电抗器、交流滤波器交流滤波器chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿364.7 换流站无功补偿换流站无功补偿无

22、功补偿配置原则无功补偿配置原则满足换流母线电压偏移的要求；满足换流母线电压偏移的要求；满足换流站与系统无功交换的要求；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。尽量采用交流滤波器实现无功补偿。37文文 俊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_chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿38双极方式双极方式hvdc原理图原理图双极双桥双极双桥 葛洲坝葛洲坝南南 桥桥20932093525/209kvidid19831983230/500kv500kv500kv198kv220kvchap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿396脉动换流器电流波形脉动换流器电流波形dididi单桥整流器和逆变器（单桥整流器和逆变器（ ）0单桥整流器单桥整流器单桥逆变器单桥逆变器chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿405次谐波电流波形次谐波电流波形00.20.40.60.815101520204k 5 0()k 5 36k 5 1230i(5) /i（1.0）%012002406003604800300501