Chap高压直流输电的谐波抑制及无功补偿最终本实用实用教案

1、2022-5-20课程(kchng)安排第四章 高压直流输电(shdin)的谐波抑制与无功补偿4.1 谐波的基本概念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 换流站无功补偿第1页/共84页第一页，共85页。2 1、谐波畸变 波形畸变是由电力系统中的非线性设备引起的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不成比例关系。下图给出了在一个简单的非线性电阻上施加正弦电压的例子，非线性电阻上电压和电流的关系随所给出的特性曲线变化。虽然该电阻上所加电压是理想正弦波，但流过其中(qzhng)的电流却是非正弦的，即出现了谐波畸变问

2、题。当电压有较小增加时，电流可能成倍增加，并且其波形也将发生变化。4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念第2页/共84页第二页，共85页。3 非线性电阻引起的电流畸变)(tu)(tiui非线性电阻4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念第3页/共84页第三页，共85页。4 任 何 周 期性的畸变波形都可用正弦波形的和表示，如右图所示。也就是说，当畸变波形的每个周期都相同时，则该波形可用一系列频率为基波频率整数倍的理想正弦波形的和来表示。其中，频率为基波频率整数倍的分量称为(chn wi)谐波，而一系列正弦波形的和称为(chn wi)傅里叶级数。4.1 谐波谐波(xi b)的基

3、本概念的基本概念+.50Hz（h=1）150Hz（h =3）250Hz（h =5）350Hz（h =7）450Hz（h =9）550Hz（h =11）650Hz（h =13） 畸变波形的Fourier级数表示+第4页/共84页第四页，共85页。2022-5-205 谐波分析方法(fngf)：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：10)sin()cos(2)(hhhthBthAAtf直角坐标(zh jio zu bio)表达式4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念第5页/共84页第五页，共8

4、5页。2022-5-206其中直流分量(fn ling)/恒定分量(fn ling)：12 fNk式中 余弦(yxin)项系数： 正弦(zhngxin)项系数：)()sin()(1)()cos()(1)()(12020200tdthtfBtdthtfAtdtfAhh4.1 谐波的基本概念谐波的基本概念第6页/共84页第六页，共85页。2022-5-207 傅立叶级数( j sh)的极坐标表达式10)cos(2)(hhhthCAtf)arctan(22hhhhhhABBAC其中(qzhng)12 fNk式中 第h次谐波(xi b)幅值： 第h次谐波初相位：4.1 谐波的基本概念谐波的基本概念第7

5、页/共84页第七页，共85页。82、谐波的基本概念与定义 国际上公认的谐波定义为：“ 谐波是一个(y )周期性电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。谐波次数必须为正整数 如我国电力系统的标称频率f（也称为工业频率，简称工频）为50Hz，则基波为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波为150Hz等。4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念第8页/共84页第八页，共85页。9 谐波被定义为与系统频率相关的量，其频率为基波频率的整数倍(该倍数称为谐波次数n或h)(如下图)。谐波次数也就表明(biomng)了谐波的频率：如，基频为50Hz或者60Hz时，二次谐波的频率是基频的两倍，

6、即为100Hz或者120Hz，依此类推。4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念第9页/共84页第九页，共85页。10。图图 基频基频(j pn)为为50Hz的正弦波及其谐波：的正弦波及其谐波：(a)2次次(100Hz)；(b)3次次(150Hz)；(c)4次次(200Hz)；(d)5次次(250Hz)4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念第10页/共84页第十页，共85页。11l 间谐波l 在一定的供电系统条件下，有些用电负荷会出现非整数倍的周期性电流的波动(bdng)，根据该电流周期分解出的傅里叶级数，可能得出不是基波整数倍频率的分数谐波(fractional-harmo

7、nics)称为间谐波(inter-harmonics)。4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念第11页/共84页第十一页，共85页。12l 谐波和暂态现象l 在许多电能质量问题中常把暂态现象误认为是谐波畸变。暂态过程的实测波形是一个带有明显高频分量的畸变波形，虽然暂态过程中含有高频分量，但是暂态和谐波却是两个完全不同的现象，它们(t men)的分析方法也是不同的。电力系统仅在受到突然扰动之后，其暂态波形呈现出高频特性，但这些频率并不是谐波，与系统的基波频率无关。4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念第12页/共84页第十二页，共85页。13l 短时间谐波l 对于短时间的冲击

8、电流，例如，变压器空载合闸的励磁涌流，按周期函数分解，将包含短时间的谐波和间谐波电流，称为短时间的谐波电流或快速变化(binhu)谐波电流，应与电力系统稳态和准稳态谐波区别开来。4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念第13页/共84页第十三页，共85页。14l 陷波l 换流装置在换相时，会导致电压波形出现陷波或称换相缺口。这种畸变是电压瞬时值的突然变化，虽然(surn)也是周期性的，但不属于谐波范畴。4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念第14页/共84页第十四页，共85页。151、非正弦(zhngxin)量均方根值和总谐波畸变率有效值（均方根值） 在频域分析(fnx)中，

9、将畸变的周期性电压和电流分解成傅里叶级数：MhthUtu1h1hsin2)(MhthIti1h1hsin2)(4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念(非正弦量衡量非正弦量衡量指标与功率因数指标与功率因数)第15页/共84页第十五页，共85页。16M=50 （或25）的原因：现行国标谐波电流(dinli)仅限定到25次，修订国标限定到50次；通常，谐波电流(dinli)越高，幅值越小；很多用户只关心20（或19）次以内的谐波；HVDC通常也只考虑到49次谐波。4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念(非正弦量衡量非正弦量衡量指标与功率因数指标与功率因数)第16页/共84页第十六

10、页，共85页。17以电流为例， 的有效值根据定义可表示为 即非正弦周期量的有效值等于其各次谐波分量有效值的平方和的平方根值，与各分量的初相角无关。虽然各次谐波分量有效值与其峰值之间存在着比例关系，但是(dnsh) 的峰值与它的有效值 之间却不存在这样简单的比例关系。MhhTIIttiTI22212d)(1)(ti)(tiI4.1 谐波的基本概念谐波的基本概念(非正弦非正弦(zhngxin)量衡量量衡量指标与功率因数指标与功率因数)第17页/共84页第十七页，共85页。18 某次谐波分量的大小，常以该次谐波的有效值与基波有效值的百分比表示， 称为该次谐波的含有率hHR，h次谐波电流的含有率hHR

11、I为 %100IIHRI1hh 畸变波形因谐波引起的偏离正弦波形的程度，以总谐波畸变率THD表示。它等于各次谐波有效值的平方和的平方根值与基波有效值的百分比。电流总谐波畸变率ITHD为 %100122hIIITHDMh 电压有效值U、hHRU和UTHD的计算同上式。 l总谐波(xi b)畸变率4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念(非正弦量衡量非正弦量衡量指标与功率因数指标与功率因数)第18页/共84页第十八页，共85页。19 非正弦周期量的均方根值等于其各次谐波分量(fn ling)均方根值的平方和的平方根值，与各分量(fn ling)的初相角无关。虽然各次谐波分量(fn ling

12、)均方根值与其峰值之间存在固定的比例关系，但是合成波形的峰值与它的均方根值之间却不存在这样简单的比例关系。如下图所示的两个畸变电流波形，它们都只含有基波和三次谐波两个分量(fn ling)，且其幅值分别相等，因而其均方根值也相等。但由于三次谐波分量(fn ling)的初相角不同，故畸变电流波形明显不同，其峰值也不相同。 l谐波(xi b)相位与峰值4.1 谐波的基本概念谐波的基本概念(非正弦非正弦(zhngxin)量衡量衡量指标与功率因数量指标与功率因数)第19页/共84页第十九页，共85页。202、非正弦条件(tiojin)下的无功功率与功率因数假定电源电压波形以正弦函数变化（这同实际情况比

13、较接近，则假设是合理的），可推导出：22221222221211111,sin,coshhhhIUQPSDIUIUUISUIQUIP4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念(非正弦量衡量指非正弦量衡量指标与功率因数标与功率因数)第20页/共84页第二十页，共85页。21l根据传统定义，有l l 定义相移功率因数为l l因此功率因数为l l由此可以看出，功率因数受到两方面影响：相移功率因数 ，即基频电压电流的相位差；电流的基波分量所占比例 ，即电流畸变程度(chngd)。l结论：功率因数大小由两方面因素决定：l相移功率因数 ，即基频电压与电流之间的相位差；l电流的基波分量所占比例，即电流

14、畸变程度(chngd) 。121111cos11coscosiTHDIIUIUISPPF1cosII11cosDPFDPFIIPF14.1 谐波的基本概念谐波的基本概念(非正弦量衡量非正弦量衡量(hng ling)指标与功率因数指标与功率因数)第21页/共84页第二十一页，共85页。22三相电路中的谐波在对称三相电路中，各相电压（电流）变化规律相同，但在时间上依次(yc)相差1/3周期（ ）。设A相电压可表示为 则B、C相电压分别为 3/T)(tuua)3/(Ttuub)3/(Ttuuc4.1 谐波的基本概念谐波的基本概念(三相三相(sn xin)电路中电路中的谐波的谐波)第22页/共84页第

15、二十二页，共85页。23 三相对(xingdu)称非正弦电压也符合这种关系。设A相电压所含第次谐波为 考虑到 ，则B、C相第次谐波电压分别为)sin(21hhahthUu3601T)120sin(21hthUuhhbh)120sin(21hthUuhhch4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念(三相电路中的谐三相电路中的谐波波(xi b)第23页/共84页第二十三页，共85页。24 当 （ k =0，1，2，,）时，三相电压谐波的相序都与基波的相序相同(xin tn)。即第1、4、7、10等次谐波都为正序性谐波。 当 时，三相电压谐波的相序都与基波的相序相反。即第2、5、8、11等次

16、谐波都为负序性谐波。 当 时，三相电压谐波都有相同(xin tn)的相位。即第3、6、9、12等次谐波都为零序性谐波。13 kh23 kh33 kh4.1 谐波的基本概念谐波的基本概念(三相三相(sn xin)电路中电路中的谐波的谐波)第24页/共84页第二十四页，共85页。25 与电压情况相同，电流的各次谐波同样具有(jyu)不同的相序特性。 不对称三相系统各次谐波的相序特性和对称时不同，各次谐波都可能不对称，可用对称分量法将它们分解为零序、正序和负序三个对称分量系统进行研究。 注意：3次谐波并非均为零序性谐波。4.1 谐波谐波(xi b)的基本概念的基本概念(三相电路中的谐三相电路中的谐波

17、波(xi b)第25页/共84页第二十五页，共85页。2022-5-20谐波(xi b)国家标准与谐波(xi b)影响（另附幻灯片）电容器与谐波(xi b)放大（另附幻灯片）4.1 谐波谐波(xi b)的基本的基本概念概念第26页/共84页第二十六页，共85页。2022-5-204.2 换流器特征(tzhng)谐波 特征谐波： 在假设条件(tiojin)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。换流器交流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波双极HVDC原理图， 第27页/共84页第二十七页，共85页。2022-5-204.2 换流器特征(tzhng)谐波 特征谐波分析的假设条件 1

18、) 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(kigun)特性； 6) 等间隔触发第28页/共84页第二十八页，共85页。2022-5-204.2.1 换流器交流侧特征(tzhng)谐波 12脉动(midng)换流器相电流波形第29页/共84页第二十九页，共85页。2022-5-204.2.1 换流器交流(jioli)侧特征谐波n 特征(tzhng)谐波次数1hpkNk式中脉动(midng)数双极HVDC原理图， 电流波形6脉动换流器:61hk即5,

19、7,11,13,17,19,23,25,h 121hk12脉动换流器:即11,13,23,25,h 第30页/共84页第三十页，共85页。2022-5-204.2.1 换流器交流侧特征(tzhng)谐波 换流变(li bin)阀侧谐波电流有效值( , )hI 221121 2( ,0)2cos(2)coscos()ISSSSh空载时基波(j b)电流有效值：16( ,0)0.78ddIII双极HVDC原理图， 电流波形第31页/共84页第三十一页，共85页。2022-5-204.2.1 换流器交流侧特征(tzhng)谐波 其中(qzhng)，谐波电流系数：12) 1sin(12) 1sin(2

20、1hhShhS第32页/共84页第三十二页，共85页。2022-5-204.2.1 换流器交流(jioli)侧特征谐波 影响谐波电流数值的因素 换相角 ： 随着 的增加(zngji)，每次谐波有多个极值点，但总趋势为下降。 触发角： 增加(zngji)，各次谐波数值减小，但影响小。 谐波次数h ： h 增加(zngji)，各次谐波数值减小5次电流(dinli)，11次电流(dinli)，25次电流(dinli)第33页/共84页第三十三页，共85页。2022-5-204.2.1 换流器交流侧特征(tzhng)谐波 换流器变压器网侧的以下特征(tzhng)谐波双极HVDC原理图， 电流波形， 电

21、流谐波(xi b)谐波(xi b)次数16 kh （ ）Nk 12 kk5,7,17,19,29,31,h 41,43,53,55在换流变绕组中环流，不进入交流系统。环流第34页/共84页第三十四页，共85页。2022-5-204.2.2 换流器直流侧特征(tzhng)谐波 12脉动(midng)换流器整流电压波形21ddduuu2du1du第35页/共84页第三十五页，共85页。2022-5-204.2.2 换流器直流侧特征(tzhng)谐波 特征(tzhng)谐波次数hpkNk式中脉动(midng)数12hk12脉动换流器:即12,24,36,48,h 双极HVDC原理图， 电压波形6脉动

22、换流器:6hk即6,12,18,24,30,36,42,48,h 第36页/共84页第三十六页，共85页。2022-5-204.2.2 换流器直流侧特征(tzhng)谐波 6脉动换流器谐波(xi b)电压有效值2201212( ,)2cos(2)2dd hUUCCC C 其中(qzhng)12)1cos(12)1cos(21hhChhC理想空载直流电压：03 21.35dUEE222022(,0)cossin1dd hUUhh当 =0时第37页/共84页第三十七页，共85页。2022-5-204.2.2 换流器直流侧特征(tzhng)谐波 影响谐波电压数值的因素(yn s) 换相角 ： 随着

23、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(diny)，24次电压(diny)第38页/共84页第三十八页，共85页。2022-5-204.3 换流器非特征(tzhng)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。 交流侧非特征谐波出现的原因： 直流电流中存在纹波； 交流电压中存在谐波； 交流基波电压不对称，即存在负序电压；换流变压器阻抗相间(xingjin)差异；双极HVDC原理图， 假设(jish)条件第39页/共84页第三十九页，共85页。2022-5-204.3

24、换流器非特征(tzhng)谐波 Y，y组换流器和Y, d组换流器触发角差异；由于换流变压器电压变比不同造成Y，y组换流器和Y, d组换流器换相电压不同；Y，y组换流变压器和Y, d组换流变压器阻抗差异； 触发脉冲不完全等距。上述8种原因产生的非特征谐波在发生的位置（相别）、次数、幅值和相位上有各种组合，在理论分析和工程实际中都只能采用逐项分析的办法进行。即分别考虑上述各项因素单独存在，而假定其他(qt)所有因素都是理想的。双极HVDC原理图， 假设(jish)条件第40页/共84页第四十页，共85页。2022-5-204.3 换流器非特征(tzhng)谐波 直流侧非特征谐波出现的原因： 交流(

25、 jioli)母线电压中含有谐波电压，直流侧将产生非特征谐波电压。 对于构成12脉动换流器的两个6脉动换流器的换流变压器的漏抗不相等和电压比不相等。 对于构成一个换流站两极换流器的任何运行参数不相等，要根据实际情况进行计算，充分考虑各次谐波幅值和相位的差异。 换流变压器三相漏抗不平衡也将使直流电压中产生非特征谐波。第41页/共84页第四十一页，共85页。2022-5-204.3 换流器非特征(tzhng)谐波 常见(chn jin)的非特征谐波 换流器交流侧 换流器直流侧双极HVDC原理图,21,10, 9 , 7 , 5 , 3 , 2h1,2,3,5,7,9,h 第42页/共84页第四十二

26、页，共85页。2022-5-204.4 换流站谐波抑制(yzh)措施 常用(chn yn)措施：增加(zngji)换流器的脉动（波）数装设滤波器项目项目 方法方法1（增加脉动数）（增加脉动数） 方法方法2（装设滤波器）（装设滤波器）优点优点1、 减少注入减少注入AC、DC系统系统的谐波成分；的谐波成分；2、提高注入、提高注入AC、DC系统系统的最低次特征谐波次数。的最低次特征谐波次数。1、降低注入降低注入AC、DC系统系统的谐波量；的谐波量；2、可兼作无功补偿设备。、可兼作无功补偿设备。缺点缺点脉动数过大（大于脉动数过大（大于12）时，）时，换流站投资太大换流站投资太大1、投资大、投资大2、占

27、地大、占地大现状现状典型设计方案：双极双桥典型设计方案：双极双桥调谐或调谐高通型滤波器调谐或调谐高通型滤波器双极HVDC原理图第43页/共84页第四十三页，共85页。2022-5-204.5 交流(jioli)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( jioli)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(tioxi)型滤波器高通型滤波器调谐(tioxi)高通型滤波器第44页/共84页第四十四页，共85页。2022-5-204.5 交流(jioli)滤波器设计 无源(w yun)滤波器类型(a) 单调谐滤波器；(b) 双

28、调谐滤波器；(c) 三调谐滤波器；(d) 二阶高通滤波器；(e) 三阶(sn ji)高通滤波器；(f) C型阻尼滤波器第45页/共84页第四十五页，共85页。46单调谐(tioxi)滤波器基本原理 单调谐滤波器由电感电容串联(chunlin)组成。 阻抗频率特性为： 单调谐单调谐(tioxi)滤波器滤波器1()fhfhhhZRjLC 阻抗随频率变化的关系曲线，如下图所示。Rfh Zfh 谐振频率为： 谐振次数为： 品质因数为： LChff2110LCffh1101RCLCRhRLhQ111第46页/共84页第四十六页，共85页。47 不同的品质因数下，单调谐滤波器的频偏阻抗特性(txng)曲线

29、如下图所示。品质因数越大，在理想谐振点处，滤波器阻抗越小。品质因数选取品质因数选取(xunq)(xunq)单调谐单调谐(tioxi)滤波器滤波器第47页/共84页第四十七页，共85页。48 品质因数决定(judng)了滤波器调谐的敏锐度。品质因数越大，则电阻越小，滤波器的调谐越敏锐。品质因数过大，会使被滤除谐波频率的频带过窄，当系统频率或滤波电容器、电抗器参数发生偏差时容易发生失谐；品质因数过小，会使滤波器的损耗增大。品质因数的典型取值为3060。 实际工程(gngchng)中，低压400V系统，一般约为30左右；10kV及以上系统，可达到50及以上。单调谐单调谐(tioxi)滤波器滤波器第4

30、8页/共84页第四十八页，共85页。49等值频率偏差（失谐等值频率偏差（失谐(sh xi)(sh xi)度）概念度）概念单调谐单调谐(tioxi)滤波器滤波器第49页/共84页第四十九页，共85页。50单调谐单调谐(tioxi)滤波器滤波器第50页/共84页第五十页，共85页。51 单调谐(tioxi)滤波器由电容与电感串联而成，其谐振频率与某低次谐波一致，用来消除该低次谐波。对应于调谐(tioxi)频率，电容器与电抗器的阻抗匹配，滤波器呈纯阻性。频率低于谐振频率时，滤波器呈容性，频率高于谐振频率时，滤波器则呈现感性。调谐调谐(tioxi)(tioxi)次数选取次数选取Rfh Zfh1()fh

31、fhhhZRjLC单调谐单调谐(tioxi)滤波器滤波器第51页/共84页第五十一页，共85页。52单调谐单调谐(tioxi)滤波器滤波器 由于系统阻抗往往呈现为感性，单调谐滤波器的调谐次数应偏离（小于）所要滤除的主要谐波的次数。确保在所要滤除的主要谐波的次数滤波器与系统阻抗均为感性，避免在该频次(pn c)(pn c)谐波电流的放大。 一般情况下，可选取调谐次数为所要滤除的主要谐波的次数的0.960.980.960.98倍。第52页/共84页第五十二页，共85页。53 双 调 谐 滤 波 器 是 调 谐 到 两 个 串 联 ( c h u n l i n ) 谐 振 频 率 的 滤 波 器

32、， 由 串 联(chunlin)谐振和并联谐振回路串接而成，有如下图所示的几种型式。双调谐双调谐(tioxi)滤波器滤波器第53页/共84页第五十三页，共85页。54双调谐双调谐(tioxi)滤波器滤波器 考虑元件内阻(ni z)的基本型式的双调谐滤波器如下图所示。 第54页/共84页第五十四页，共85页。55双调谐双调谐(tioxi)滤波器滤波器第55页/共84页第五十五页，共85页。56 双调谐滤波器的阻频特性 如右图所示。由图可见，双调谐滤波器的阻频特性类似于两个单调谐滤波器组合的阻频特性。因此，双调谐滤波器可替换(t hun)两个单调谐滤波器。 双调谐滤波器有两个串谐点、一个并谐点。图

33、中， 、 为双调谐的两串联谐振频率，为双调谐的并联谐振频率。 带有并联电阻的双调谐滤波器的阻频特性类似于基本型式的双调谐滤波器的特性。331h2h0双调谐双调谐(tioxi)滤波器滤波器第56页/共84页第五十六页，共85页。57双调谐双调谐(tioxi)滤波器滤波器第57页/共84页第五十七页，共85页。58 双调谐滤波器中，并联电阻可起到防止过电压、降低并联谐振幅值、降低滤波器间及滤波器与系统间发生谐振的可能性，并可使滤波器获得较好的高通滤波性能等。但并联电阻加大了两串谐点附近的阻抗，对低次谐波的滤波效果有所影响，增加了谐波有功损耗。并联电阻应根据过电压实验或经验选取阻值，并同时考虑滤波等

34、的要求。 对于高电压、大容量的滤波与无功功率补偿来说，采用双调谐滤波器代替两单调谐或高通滤波器，具有( jyu)技术上和经济上的优越性。但由于双调谐滤波器构成复杂、调谐困难，在较低电压时是否应用，应通过相应的技术经济比较来决定。双调谐双调谐(tioxi)滤波器滤波器第58页/共84页第五十八页，共85页。59三调谐滤波器 (a)电路图 (b)阻-频特性曲线图 典型三调谐滤波器 三调谐滤波器的特点(tdin)是可同时对三个频率的谐波进行有效抑制，滤波效率更高，占地少。但是这种滤波器结构复杂，调谐困难。如果采用两组三调谐滤波器，则投资费用很高。当只采用一组三调谐滤波器的时候，一旦滤波器出现故障而退

35、出运行，直流线路的谐波可能超标。 右图为典型(dinxng)三调谐滤波器电路及阻-频特性曲线。三调谐三调谐(tioxi)滤波器滤波器第59页/共84页第五十九页，共85页。60二阶高通滤波器基本原理 二阶减幅滤波器是在实际工程中最广泛应用的高通滤波器，高通滤波器在无限大至截止频率范围内，其阻抗是一个与它的电阻同数量级的低阻抗，从而使得高通滤波器对截止频率以上(yshng)的高次谐波形成一个公共的电流通路，有效滤除这些谐波。二阶高通滤波器二阶高通滤波器第60页/共84页第六十页，共85页。61 高通滤波器的截止频率为 对应的截止谐波次数(csh)为 在无限大至截止频率的频率范围内，高通滤波器的阻

36、抗是一个与它的电阻同数量级的低阻抗，从而使得高通滤波器对截止频率以上的高次谐波形成一个公共的电流通路，有效滤除这些谐波。 RCf210RXCRfffhC110021二阶高通滤波器二阶高通滤波器为了便于计算，引入参数(cnsh)m(cnsh)mm m的取值一般在0.50.52 2之间。 CRLm2第61页/共84页第六十一页，共85页。62二阶高通滤波器二阶高通滤波器第62页/共84页第六十二页，共85页。63二阶高通滤波器损耗 高通滤波器的主要损耗由电阻产生。以下讨论中假定(jidng)电容和电感为纯无功元件，仅讨论电阻中损耗。 当h次谐波电流Ih通过高通滤波器时，不难得到电阻中的电流IRh：

37、2220RhhhmIIhh m电阻(dinz)中的功率损耗PRh为： 22011RhRhRhPRIIhC二阶高通滤波器二阶高通滤波器2222221001Rhhh mPIChhh m第63页/共84页第六十三页，共85页。64 二阶高通滤波器截止谐波(xi b)次数h0较小时，将使电阻中谐波(xi b)功率损耗大大增加。 需说明，虽然二阶高通滤波器电阻中工频损耗往往不占主要地位，因为工频电流大部分被电抗器分流（XL/R=m/h01）,但当h0较小（电阻R相应较大）时，工频损耗可能远大于谐波(xi b)损耗。 损耗意味着能量损失（效率下降、投入与使用成本增加）、发热等。 因此， h0不宜过小。若h

38、0较小，则应采取特殊措施。二阶高通滤波器二阶高通滤波器2222221001Rhhh mPIChhh m第64页/共84页第六十四页，共85页。65 是对二阶高通滤波器的改造，在二阶高通滤波器电抗器（电感为L）回路中串接一个电容器（Cd），使得L与Cd在基波频率下谐振，从而使得基波电流几乎全部流经LCd支路，不通过电阻R，从而达到降低能耗的目的。 C型高通滤波器其它参数的计算同二阶高通滤波器，其滤波性能与二阶高通滤波器相近，但有功功率损耗较低， C型高通滤波器又称为低能耗滤波器，适用于截止频次(pn c)h0较低（一般7次以下）且基波无功补偿容量较大的场合。 典型的应用是在钢铁企业。C型高通滤波

39、器型高通滤波器第65页/共84页第六十五页，共85页。2022-5-204.5.2 交流(jioli)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(ciyng)调谐高通型滤波器； 分组（指大组）尽可能少。双极HVDC原理图第66页/共84页第六十六页，共85页。2022-5-204.5.2 交流(jioli)滤波器配置 我国部分HVDC工程交流( jioli)滤波器配置工程名称工程名称整流站整流站逆变站逆变站葛葛-南南11/13（HP型）、型）、23/25（HP型）型）(Q1 =67Mvar)11/13（HP型）、型）

40、、23/25（HP型）型）(Q1 =87Mvar)天天-广广 11/13（HP型）、型）、23/25（HP型）型）三三-常常11/13（HP型）、型）、24/36（HP型）、型）、3 （HP型）型）12/24（HP型）型）舟山舟山5、7、11、13、HP5、7、11、13、HP嵊泗嵊泗5、7、11、13、HP3、5、7、11、13、HP第67页/共84页第六十七页，共85页。2022-5-204.6 直流滤波器设计(shj) 直流滤波器类型(lixng) 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 中性线直流滤波器 中性点冲击电容器第68页/共84页第六十八页，共85页。20

41、22-5-204.6 直流滤波器设计(shj) 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(dinln)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(pizh)第69页/共84页第六十九页，共85页。2022-5-204.6 直流滤波器设计(shj) 我国部分HVDC工程(gngchng)直流滤波器配置工程名称工程名称整流站整流站逆变站逆变站葛葛-南南12/24（HP型）、型）、12/36天天-广广 12/24（HP型）、型）、APF三三-常常1*12/24（HP型）、型）、1* 12/36舟山舟山无无嵊泗嵊泗无无第70页/共84页第七十页，共

42、85页。2022-5-204.7 换流站无功(w n)补偿 换流器吸收(xshu)无功功率 采用普通晶闸管换流阀进行换流的高压直流输电(shdin)换流站，一般均采用电网电源换相控制技术，其特点是换流器在运行中要从交流系统吸取大量的无功功率。整流侧和逆变侧吸取的无功功率与换流站和交流系统之间交换的有功功率成正比，在额定工况时整流装置所需的无功功率约为有功功率的30%50，逆变装置约为40%60。第71页/共84页第七十一页，共85页。2022-5-204.7 换流站无功(w n)补偿 换流器无功特性 换流器消耗(xioho)的无功功率可由下式表示:dctanQPdctanQPdctanQP （5-1）dctanQP(/ 180)sincos(2)tansinsin(2)PdcQcXdI；P为换流器直流侧功率，MW； 为换流器的功率因数角；为换相角；为整流器触发(chf)角。当换流器以逆变方式运行时，式中的 用 代替， 为逆变侧关断角。 在不同的运行控制方式下，换流器吸收的无功功率随换流功率的变化将会出现很大差异。第72页/共84页第七十二页，共85页。2022-5-2