hvdc直流侧谐波计算中的谐波特性分析

hvdc直流侧谐波计算中的谐波特性分析

0系统中次谐波幅值存在差异采用经典交换模型计算了直流输送线直接侧的波形电流，波形数据与实际测量值之间的差异，主要体现在以下方面：1）地震波的输出远大于计算值；2）虽然3个n个次波形的性质没有完全重建，但系统中的3个（2n）次声波幅度对通信线路的干扰非常明显。本文采用3脉动换流器模型计算“三—广”线直流输电工程谐波对通信线路的干扰水平。1单极对称运行条件用于直流侧谐波计算的经典换流器模型如图1。图中∑ud(n)为包含各次谐波分量的谐波电压源,其值可由换流器的运行工况经傅立叶分析得到;L为换流器的内电感。12脉动换流器正常工作时换流器的内电感计算公式为式中,Lr=LT+Lc;A=Lc/(LT+Lc);μ为换相角;LT为换流变压器漏感;Lc为交流系统的等值电感。经典换流器模型是基于一系列对系统的理想化假设提出的,其中一项假定为谐波电流的通路限定在换流变压器和阀桥之间,换流器与大地之间不存在任何电流支路。因实际的系统不能完全满足假设条件而可能产生幅值较高且不可忽略的非特征谐波并影响计算结果的准确性。比较谐波实际测量值与经典模型计算值可见:1)计算得到的3(2n+1)次谐波值远小于实际测量值;在双极对称运行条件下,由经典模型计算得到的谐波电流的电信干扰水平通常很小,远不能反映实际的干扰水平。这主要是因为谐波电流的零序分量对电信产生干扰,由经典模型计算得到的谐波则主要由在极线中流动的正序分量组成,大地中几乎没有零序的谐波电流,而实际上大地中流过的电流不可忽略;2)在12脉动换流器单极运行条件下测到的12n次谐波的值也比计算得到的数值大(在经典模型中假设谐波电流在极线和大地中的分布是相同的),说明在换流器模型与大地之间一定存在电流支路;3)经典换流器内电感的模型不准确。实测数据与经典模型计算数据的差异来自后者忽略了换流变压器的杂散电容及其形成的电流支路,虽然杂散电容较小(nF级),但它对谐波电流在极线与地线中的分配起着重要作用。因此,用于直流侧谐波电流分析的换流器模型须能正确体现换流器内部杂散电容形成的对地支路及所有3n次谐波的激励电压。23换流器谐波激励电压计算3脉动换流器模型最初是由ShoreNL、AnderssonG等人于1989年提出的。同年在美国的IPP(IntermountainPowerProject)高压直流工程的设计规划过程中得以应用,取得了良好的效果。针对前述经典模型的缺陷,本文使用的新模型在换流器的内阻抗中加入了漏电流通路并采用了更为精确的换流桥以反映3n次谐波性质,精确计算换流器谐波激励电压。其6脉动和12脉动换流器模型见图2、3。6脉动桥由两个串联的3脉动桥组成,换流变压器对地的杂散电容置于上下两个半桥之间,U2p(t)及U3p(t-T/6)表示相应的两个3脉动桥的谐波电压源,其间有T/6的相移,T为基波频率下周期。12脉动换流器由4个3脉动桥组成。图2、3中电感L的值为换流器内电感的一半,内电感的值由式(1)得到,图中的电容为等效对地杂散电容,其典型值为10～20nF。此3脉动模型的特征谐波已不仅仅是指12n次谐波,而应考虑每个谐波电压源所产生的3n次谐波。3在计算波形激励电压源的情况下3脉动谐波电压源U3p(t)的傅立叶展开式为:式中,δ=α+β,α为触发角;β为换相角。傅立叶展开式可以类似由上式推导得出。4奇频次谐波对通信线路的干扰用3脉动换流器模型计算“三—广”直流线路对邻近通信线路的干扰水平。该线长975km;采用分布参数;双极对称运行3000MW,±500kV,3000A,每个极的换流器模型采用12脉动桥。因直流输电两极线路上正序电流大小相等且方向相反,在通信线路上感应的纵向电压是相互抵消的,直流线路和通信线路之间的距离足够大即可以忽略这种影响。直流输电两线路上的零序电流的方向是相同的,在通信线路上感应的纵向电压将相互加强。故可认为直流线路中的零序电流对通信线路产生干扰。在双极对称运行条件下,大地中几乎没有偶次谐波电流流过,是奇数次谐波对通信线路产生干扰。可见无法正确反映奇数次谐波的影响是由经典模型计算得到的谐波电信干扰小于测量值的原因。为了说明各次谐波对通信线路干扰水平的作用,分别选取最有代表性的12次(特征谐波)、15次(3(2n+1)次)及18次谐波(3(2n)次),并用3脉动换流器模型计算直流线路中的谐波电流,加权后的等效干扰电流为式中,In谐波电流;Hn为折算到参考频率下各次谐波电流的加权系数;Pn为n次谐波的杂音加权系数。加权运算各次谐波电流的结果见表1。可见,所有偶数次谐波的加权等效干扰电流为零;即使在双极对称运行条件下,15次谐波对通信线路的干扰仍然较大。其计算结果与实测值较吻合。采用3脉动换流器模型后,大地中谐波沿线路的分布见图4,可见大地中存在15次谐波,且其幅值较大。5压源系统原理3脉动模型考虑了换流变压器对地杂散电容的影响,完善了谐波电流的通路并采用了更为精确的谐波电压源,其优点如下:a.较完整地再现换流器直流侧谐波特性