高压直流输电的谐波抑制与无功补偿

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_wenjun@126.comChap.4高压直流输电的

谐波抑制与无功补偿高压直流输电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24.1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34.1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。44.1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54.1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：64.1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：74.2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，84.2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94.2.1换流器交流侧特征谐波12脉动换流器相电流波形104.2.1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6脉动换流器:即12脉动换流器:即114.2.1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124.2.1换流器交流侧特征谐波其中，谐波电流系数：134.2.1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α：α

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144.2.1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。154.2.2换流器直流侧特征谐波12脉动换流器整流电压波形164.2.2换流器直流侧特征谐波特征谐波次数式中脉动数12脉动换流器:即双极HVDC原理图，电压波形6脉动换流器:即174.2.2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184.2.2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α：α

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194.3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；不等间隔触发双极HVDC原理图，假设条件204.3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214.4换流站谐波抑制措施常用措施：增加换流器的脉动（波）数装设滤波器项目方法1（增加脉动数）方法2（装设滤波器）优点1、减少注入AC、DC系统的谐波成分；2、提高注入AC、DC系统的最低次特征谐波次数。1、降低注入AC、DC系统的谐波量；2、可兼作无功补偿设备。缺点脉动数过大（大于12）时，换流站投资太大1、投资大2、占地大现状典型设计方案：双极双桥调谐或调谐高通型滤波器双极HVDC原理图224.5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234.5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)二阶高通滤波器；(e)三阶高通滤波器；(f)C型阻尼滤波器244.5.1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254.5.1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264.5.1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274.5.1交流滤波器型式3、三调谐滤波器（b）阻抗-频率特性曲线（a）电路图284.5.1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294.5.2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，2～3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304.5.2交流滤波器配置我国部分HVDC工程交流滤波器配置工程名称整流站逆变站葛-南11/13（HP型）、23/25（HP型）(Q1=67Mvar)11/13（HP型）、23/25（HP型）(Q1=87Mvar)天-广

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线直流滤波器中性点冲击电容器324.6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334.6直流滤波器设计我国部分HVDC工程直流滤波器配置工程名称整流站逆变站葛-南12/24（HP型）、12/36天-广

12/24（HP型）、APF三-常1*12/24（HP型）、1*12/36舟山无嵊泗无344.7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354.7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。36ThankYou!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_wenjun@126.com双极方式HVDC原理图双极双桥

葛洲坝南桥209kVIdId－＋－＋＋－－＋~500kV500kV500kV198kV~220kV386脉动换流器电流波形