高压直流输电12脉动换流器波形
十二脉动高压直流输电系统交流滤波器设计
十二脉动高压直流输电系统交流滤波器设计王刘拴;程汉湘;陈跃涛;石信语;彭琼【摘要】在单极十二脉动高压直流输电系统PSCAD/EMTDC模型的基础上,仿真分析该系统未采取任何滤波装置时交流侧电流的谐波特点,依据谐波分析结果确定滤波方案,设计滤波器相关参数,并且运用MATLAB软件绘制滤波器的阻抗特性曲线,最后通过对比加装滤波器前后交流侧电流快速傅里叶变换分析结果,验证该滤波器设计方案的合理性.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2013(026)011【总页数】4页(P79-82)【关键词】高压直流;十二脉动;PSCAD/EMTDC;交流滤波器;单极【作者】王刘拴;程汉湘;陈跃涛;石信语;彭琼【作者单位】广东工业大学自动化学院,广东广州510006;广东工业大学自动化学院,广东广州510006;广东工业大学自动化学院,广东广州510006;广东工业大学自动化学院,广东广州510006;广东工业大学自动化学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TM714.3高压直流输电相比交流输电在技术和经济上有着独特的优势，在远距离、大容量输电和全国联网中起着越来越重要的作用[1]。
谐波问题是高压直流输电系统的一个重要的技术问题。
高压直流输电线路整流侧和逆变侧的换流装置需要补充大量的无功功率[2]，换流装置在运行时会在直流侧和交流侧产生大量谐波[3]，恶化电能质量[4]，增加设备的附加损耗和发热，干扰系统的正常通信等[5]。
无功补偿装置和交流滤波器是换流站的重要组成部分，对整个直流输电系统的性能具有重要的影响。
无源滤波器具有可靠性高、成本低的特点，广泛应用在电力系统谐波抑制中。
本文研究高压直流输电系统交流侧滤波器相关参数的设计方案。
本文基于单极十二脉动高压直流输电系统研究交流滤波器的设计，仿真模型如图1所示。
系统直流电压等级为500 kV，输电容量为1 000 MW，换流站采用由两个六脉动桥串联而成的十二脉动整流器，整流侧变压器容量为603.73 MVA，逆变侧变压器容量为591.79 MVA，整流侧和逆变侧变压器均采用星形/三角形和星形/星形串联接线方式，漏阻抗标幺值为0.18，整流侧和逆变侧的变比分别为345kV/211.25 kV和230 kV /206.55 kV。
舰用12脉波整流器直流侧谐波分析
舰用12脉波整流器直流侧谐波分析舰用12脉波整流器广泛应用于各种大型电力电子系统，例如船舶电力系统和海上风力发电系统，其所产生的直流侧谐波会严重影响船舶设备的运行效率和系统设备寿命。
因此对舰用12脉波整流器直流侧谐波进行分析具有重要的实际意义。
首先，舰用12脉波整流器直流侧谐波的产生原因主要是由于电路存在的非线性元件导致电流波形失真所致。
例如，在12脉波整流器中，由于在输出滤波电容充电和放电过程中，电流波形存在峰值，但电容又无法承受这种高峰值电流，因此直流侧输出电压波形会出现谐波。
其次，舰用12脉波整流器直流侧谐波的频率大小可以通过公式f=n*f0（n为谐波次数，f0为整流器输出电压频率）进行计算。
当n为奇数时，谐波会产生在f0的整数倍，当n为偶数时，谐波会产生在f0的2/n处。
最后，为了降低舰用12脉波整流器直流侧谐波对设备的影响，可以采取以下措施：一是增加输出滤波电容容量，以减少电容充放电过程中的电流波形，从而降低输出电压的谐波含量；二是增加输出电感，以控制电容充放电时的高峰值电流，从而有效降低直流侧谐波；三是使用谐波滤波器，将谐波从输出电路中剔除掉，从而让直流侧输出电压波形更加平滑。
总之，舰用12脉波整流器直流侧谐波在船舶电力系统和海上风电系统中的影响不可忽略。
通过以上措施，可以有效地减少直流侧谐波，保证设备的运行效率和设备寿命。
为了更好地了解舰用12脉波整流器直流侧谐波产生的情况，以下列出了相关数据并进行分析：1. 输出电压频率：50Hz2. 输出电容电容量：4700uF3. 直流输出电压：120V4. 谐波滤波器频率：3KHz根据公式f=n*f0，可以计算出舰用12脉波整流器直流侧谐波频率的大小。
以n=5为例，有f=5*50=250Hz，即在输出电压频率50Hz的整数倍处产生谐波。
此时需要注意的是，谐波滤波器的频率应该在谐波频率附近，以达到剔除谐波的效果。
据此，可以选用3KHz左右的谐波滤波器。
特高压直流输电的发展及技术特点
特高压直流输电的发展概况和技术特点电气0707王彦洁1071180724特高压直流输电的发展概况和技术特点王彦洁（华北电力大学，电气0707，北京市）【摘要】文章论述了特高压直流输电的概念和在国内外的发展情况，介绍了特高压直流输电工程的技术特点和工程设计问题，阐述了特高压直流输电对我国电网建设和经济发展的影响和意义以及在我国的发展前景。
【关键词】特高压直流输电0．引言特高压电网是指由特高压骨干网架、超高压、高压输电网、配电网及高压直流输电系统共同构成的分层、分区，结构清晰的大电网。
其中，国家电网特高压骨干网架是指由1000kV级交流输电网和±600kV级以上直流输电系统构成的电网。
电力工业的快速增长、电网容量的不断增大对输电技术提出了许多新的要求：发展“西电东送”的需要；电网增容及改善电网结构的需要；全国联网的需要：提高电网安全稳定运行水平的需要。
而特高压电网能够提高输送容量；缩短电气距离，提高稳定极限；降低线路损耗；减少工程投资；节省走廊面积；降低短路电流；加强连网能力。
其经济高效使特高压输电成为迫切需要研究解决的问题。
1．特高压直流输电的发展1.1特高压直流输电的概念直流输电是目前世界上电力大国解决高电压、大容量、远距离送电和电网互联的一个重要手段。
直流输电是将交流电通过换流器变换成直流电，然后通过直流输电线路送至受电端并通过换流器变成交流电，最终注入交流电网。
特高压直流输电（UHVDC——Ultra High Voltage Direct Current transmission）是指±800kV（±750kV）及以上电压等级的直流输电及相关技术。
1.2 特高压直流输电的发展特高压直流输电技术起源于20世纪60年代，瑞典Chalmers大学1966年开始研究±750kV导线。
1966年后，前苏联、巴西等国家也先后开展了特高压直流输电研究工作，80年代曾一度形成了特高压输电技术的研究热潮。
直流输电换流器比较及分析HVDC
直流输电换流器比较及分析HVDC直流工程换流器比较及分析高压直流(HVDC)输电以其在长距离大容量输电、海底电缆输电和非同步联网等领域的独特优势而得到了广泛应用。
换流器是高压直流输电的核心设备，它是影响HVDC系统性能、运行方式、设备成本以及运行损耗等的关键因素。
一、换流器概述换流器是实现交直流电相互转换的设备，当其工作在整流(或逆变)状态时，又称为整流器(或逆变器)换流器容量巨大、可控性强，对可靠性的要求很高。
传统晶闸管换流器容量很大，但投资大、谐波严重。
电压源换流器能弥补传统晶闸管换流器的部分缺点，其发展十分迅速。
较典型换流器有传统晶闸管换流器、每极2组12脉动换流器、电容换相换流器以及电压源换流器等。
长距离大容量高压直流输电仍然适合采用传统晶闸管换流器;电压源换流器在HVDC中有广泛的应用前景，是未来高压直流输电技术的重要发展方向。
二、换流器的分类换流器以实现功率变换的关键器件划分，可分为晶闸管换流器和全控器件换流器。
前者指由半控器件晶闸管组成的换流器，后者指由全控器件(又称自关断器件，如IGBT、IGCT)组成的换流器；以换流方式划分，换流器分为电网换相换流器（LCC）和器件换相换流器(DCC)。
前者采用晶闸管器件，由电网提供换相电压而完成换相，后者由全控器件组成，通过器件的自关断特性完成换相；根据换流器直流侧特性划分，换流器又分为电流源换流器(CSC)和电压源换流器(VSC)。
电流源换流器的直流侧通过串联大电感而近似维持直流电流恒定，电压源换流器的直流侧通过并联大电容而保持直流电压近似不变。
电压源换流器依据其拓扑结构进一步分为两电平和模块化多电平换流器（MMC）等结构。
针对晶闸管换流器，还可根据换流器基本单元结构的不同而分为三种:每极1组12脉动换流器(简称12脉动换流器)，每极2组12脉动换流器串联式换流器和每极2组12脉动换流器并联式换流器。
其中，12脉动换流器是常规高压直流输电的典型换流器，每极2组12脉动换流器则适用于特高压直流(HVDC)输电。
高压直流输电复习题及答案
⾼压直流输电复习题及答案⼀、1.两端直流输电系统怎样构成的，有哪些主要部分？主要构成：整流站，逆变站和直流输电线路三部分。
2.两端直流输电系统的类型有哪些，系统接线⽅式如何？单极系统双极系统背靠背系统3.直流输电的优点是什么？●直流输电架空线路只需正负两极导线、杆塔结构简单、线路造价低、损耗⼩；●直流电缆线路输送容量⼤、造价低、损耗⼩、不易⽼化、寿命长，且输送举例不受限制；●直流输电不在交流输电的稳定问题，有利于远距离⼤容量送电；●采⽤直流输电实现电⼒系统之间的⾮同步联⽹；●直流输电输送的有功功率和换流器消耗的⽆功功率均可由控制系统进⾏控制，可以改善交流系统的运⾏性能；●在直流电的作⽤下，只有电阻起作⽤，电感电容均不起作⽤，可很好的利⽤⼤地这个良好的导电体；●直流输电可⽅便进⾏分期建设、增容扩建，有利于发挥投资效益；●输送的有功、⽆功功率可以⼿动或⾃动⽅式进⾏快速控制，有利于电⽹的经济运⾏合现代化管理。
4.直流输电的缺点是什么？●直流输电换流站⽐交流变电所的设备多、结构复杂、造价⾼、损害⼤、运⾏费⽤⾼、可靠性也差；●换流器对交流侧来说，除了负荷（在整流站）或电源（在逆变站）是⼀个谐波电流源以外，还是⼀个谐波电流源，会畸变交流电流波形，需装设交流滤波器；换流器对⾄直流侧来说，除了是电源（在整流站）或负荷（在逆变站）以外，它还是⼀个谐波电压源，它会畸变电压波形，在直流侧需装设平波电抗器合直流滤波器；●晶闸管换流器在就进⾏换流时需消耗⼤量的⽆功功率，在换流站需装设⽆功补偿设备；●直流输电利⽤⼤地（海⽔）为回路⽽带来⼀些技术问题；●直流断路器没有电流过零可以利⽤，灭弧问题难以解决。
5.直流输电的应⽤有哪些？●远距离⼤容量输电●电⼒系统联⽹●直流电缆送电●现有交流输电线路的增容改造●轻型直流输电6.直流输电的⼯程⽬前有哪些？其输送距离、输送电压等级、输送容量各为多少？两端换流站各为哪⾥？⾈⼭直流输电⼯程输送距离54km，输送电压等级±100kv，输送容量为100MW，整流站在浙江省宁波附近的⼤碶镇，逆变站在⾈⼭本岛的鳌头浦；葛洲坝——南桥直流输电⼯程，距离1045km，电压等级±500kv，容量1200MW，整流站在葛洲坝⽔电站附近的葛洲坝换流站，逆变站在上海南桥换流站；天⽣桥——⼴州直流输电⼯程，距离960km，电压等级±500kv，容量1800MW，整流站在天⽣桥⽔电站附近的马窝换流站，逆变站在⼴州的北郊换流站；嵊泗直流输电⼯程，距离66.2km，电压等级±50kv，容量6MW，可以双向送电，整流站在上海的芦潮港换流站，逆变站在嵊泗换流站；三峡——常州直流输电⼯程，距离860km，电压等级±500kv，容量3000MW，整流站在三峡电站附近的龙泉换流站，逆变站在江苏常州的政平换流站；三峡——⼴东直流输电⼯程，距离880km，电压等级±500kv，容量3000MW，整流站在湖北荆州换流站，逆变站在⼴东的惠州换流站；贵州——⼴东直流输电⼯程，距离960km，电压等级±500kv，容量3000MW，整流站在贵州安顺换流站，逆变站在⼴东的肇庆换流站；灵宝背靠背直流输电⼯程，电压等级120kv，容量360MW，；⼋、1.换流站过电压保护装置经历了哪三个阶段？经历了保护间隙、碳化硅有间隙避雷器，⾦属氧化物⽆间隙避雷器2.直流避雷器与交流避雷器运⾏条件和⼯作原理的差别是什么？(1)交流避雷器可以利⽤电流⾃然过零的时机来切断续流，⽽直流避雷器没有电流过零可以利⽤，因此灭弧较为困难；(2)直流输电系统中电容元件远⽐交流系统多，换流站避雷器的通流容量要⽐常规交流避雷器⼤得多；(3)正常运⾏时直流避雷器的发热较严重(4)某些直流避雷器的两端均不接地；(5)直流避雷器外绝缘要求⾼3.对直流避雷器的技术要求？要求：⾮线性好，灭弧能⼒强，通流容量⼤，结构简单，体积⼩，耐污性能好4.避雷器芯⽚导通的三个阶段是什么？第⼀阶段为低电场下的绝缘特性；第⼆阶段为中电场下避雷器的限压特性；第三阶段为⾼电场强度下的导通特性5.氧化锌避雷器性能的基本参数有哪些？避雷器参考电压U ref，避雷器参考电流I ref，避雷器额定放电电流，避雷器保护残压U res，避雷器保护特性，避雷器连续运⾏电压6.直流输电换流站过电压保护和绝缘配合的⽬的是什么？⽬的是寻求⼀种避雷器配置合参数选择⽅案，保证换流站所以设备在正常运⾏、故障期间及故障后的安全，并使得全系统的费⽤最省。
高压直流输电系统换流变压器与换流阀设计
高压直流输电系统换流变压器与换流阀设计高压直流输电系统换流变压器与换流阀设计规范1.1 换流变压器在高压直流输电系统中，换流变压器是最重要设备之一。
在整流站，用它将交流系统和直流系统隔离，通整流装置将交流电能转换为高压直流电能，再利用直流输电线路传输；在逆变站，通过逆变装置将直流电能再转换为交流电能，再通过换流变压器输送到受端交流系统；从而实现不同交流系统的联络。
1.1.1 换流变压器功能与特点换流变压器功能有：1、降低交流侧谐波电流，特别是降低了5、7次谐波电流，这是由于绕组接法为YNyn0和YNd11，提供相位差为30°的12脉波交流电压；2、作为交、直流系统的电气隔离，可削弱侵入直流系统的交流侧过电压幅值；3、限制故障电流，换流变压器的阻抗限制了阀臂短路和直流母线上短路时的故障电流，使换流阀免遭损坏；4、通过换流变压器可实现直流电压较大幅度的分档调节。
由于换流变压器的运行与换流器的换相所造成的非线性密切相关，所以换流变在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验等方面与普通电力变压器有不同的特点。
(1)短路阻抗为了限制当阀臂及直流母线短路时的故障电流以免损坏换流阀的晶闸管元件，换流变压器应有足够大的短路阻抗。
但短路阻抗也不能太大，否则会使运行中的无功损耗增加，需要相应增加无功补偿设备，并导致换相压降过大。
大容量换流变压器的短路阻抗百分数通常为12%~18%。
(2)绝缘换流变压器阀侧绕组同时承受交流电压和直流电压。
由两个6脉动换流器串联而形成的12脉动换流器接线中，由接地端算起的第一个6脉动换流器的换流变压器阀侧绕组直流电压垫高0. 25U d(U d为12脉动换流器的直流电压)，第二个6脉动换流器的阀侧绕组垫高0. 75Ud，因此换流变压器的阀侧绕组除承受正常交流电压产生的应力外，还要承受直流电压产生的应力。
另外，直流全压起动以及极性反转，都会造成换流变压器的绝缘结构远比普通的交流变压器复杂。
高压直流输电技术中的谐波及其抑制
高压直流输电技术中的谐波及其抑制周泊宇（华北电力大学，北京市昌平区）The Harmonic Waves in HVDC and the Control of Harmonic WavesZHOU Bo-yu(North China Electric Power University,Changping district,Beijing )ABSTRACT:When we use the technology of HVDC,the power electronic devices in converter stations will generate different kinds of harmonic waves. We must solve these problems in order to use HVDC more extensive.In this paper ,I will analysis different kinds of harmonic waves,the measurement of the harmonic waves and the control of the harmonic waves.KEY WORDS：HVDC,harmonic waves,inverter,filter摘要：高压直流输电技术在应用中，换流站的电力电子器件会产生不同次数谐波，只有解决好谐波的问题，才能更好的利用高压直流输电技术。
在本文中，作者将针对谐波的种类、谐波的测量以及谐波的抑制进行分析。
关键词：高压直流输电技术，谐波，换流器，滤波器0 引言高压直流输电系统在建设中会建设大量的换流站，由于换流站中大量的电力电子器件的应用，会产生一定次数的谐波，这些谐波对系统的安全稳定运行以及通讯设备的正常使用都会产生严重的影响，比如，引起局部的串并联谐振，放大谐波分量，产生附加损耗和发热；对电机、变压器、电容器、电缆等设备造成振动、过热、绝缘老化,严重影响设备的使用寿命甚至直接造成设备损坏；干扰邻近通讯系统，影响通讯质量。
高压直流输电十二脉动换流阀
高压直流输电工程中换流器的比较高压直流输电，在我国的输电工程中有很重要的地位，由于直流输电的许多优点（1）输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2／3～l／2（2)在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗(3）直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行（4）直流输电发生故障的损失比交流输电小。
而换流器作为高压直流输电中最关键的一个环节，换流器的种种性能直接影响到了直流输电的各项指标。
由此我们可以看出换流器在高压直流输电工程中的重要地位，可以说换流器是直流输电技术中最重要的一环，所以换流器的各种性能以及特点也就决定了直流输电的性能。
1.换流器的功能原理及结构特点以上是高压直流输电中最常用的十二脉动换流器的原理图，其中由十二个换流阀构成，其中每个换流阀由流阀一般由 60 ～ 120 只晶闸管串联组。
由于当前晶闸管的容量远远高于其他电力电子器件，晶闸管换流阀可通过简单的串联以满足日益增高的直流电压需要，因此晶闸管换流器仍然是当前及今后相当长时期内大容量直流输电工程的首选换流器。
1.1换流器的功能作用换流器是实现交直流电相互转换设备，当其工作在整流( 或逆变) 状态时，又称为整流器( 或逆变器) 。
以实现功率变换的关键器件划分，换流器分为晶闸管换流器和全控器件换流器。
前者指由半控器件晶闸管组成的换流器，后者指由全控器件（又称自关断器件）组成的换流器。
以换流方式划分，换流器分为电网换相换流器和器件换相换流器(前者采用晶闸管器件由电网提供换相电压而完成换相，后者由全控器件组成，通过器件的自关断特性完成换相; 根据换流器直流侧特性划分，换流器又分为电流源换流器(和电由图表示换流器的作用由图中我们看出换流器的主要功能就是把由发电厂发出的交流电经过换流器转换为直流电，然后经过直流输电的线路实现远距离的直流输电，所以可以说换流器是高压直流输电的首要条件，也是必须环节。
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注：此波形为RTDS仿真试验时波形，与实际波形可能存在某些差异，仅供学习换流器原理参考。
12脉动整流侧正常波形
UAC 为换流变网侧交流电压，IVY 为Y 桥阀侧交流电流，IVD 为D 桥阀侧交流电流，CPRD 为D 桥触发脉冲，ID 为直流电流
1.9
1.95
2
2.05
ESOF RETARD ACB_TRIP BLOCK DEBLOCK
BPPO
Time [s]
1.9 1.952
2.05
200
300400
I D C H [A ]
I D L H [A ]I D C N [A ]I D L N [A ] 1.9 1.952 2.05
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I V D _L 1
I V D _L 2I V D _L 3 1.9 1.952 2.05
-5000500U A C _I N _L 1
U A C _I N _L 2U A C _I N _L 3File: JL_S1P2PCPA1_2015_01_14_10_34_44_459Child00.CFG
1.9 1.952
2.05
-5000500
I V Y _L 1
I V Y _L 2I V Y _L 3 1.9 1.952 2.05
050
C P R D
如图D桥A相换相时刻超前Y桥30度，每个周期12个阀轮流导通关断，将三相正负半轴分别截取组成直流电流。
整流侧电流与电压相位一致，功率是从交流向直流侧传输。
整流侧总是共阴极侧（电流流出）换相到瞬时值最高的相，共阳极侧（电流流进）换相到瞬时值最低的相，因阀导通时压降很小
通过换相分别截取正负半周电压。
12脉动逆变侧正常波形
1.65 1.7 1.75 1.8 1.85
-5000500U A C _I N _L 1
U A C _I N _L 2U A C _I N _L 3File: JL_S2P2PCPA1_2015_01_14_10_56_31_560Child00.CFG
1.65 1.7 1.75 1.8 1.85
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I V Y _L 1
I V Y _L 2I V Y _L 3 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85
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C P R D
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1.7
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1.8
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BPPO
Time [s]
1.65 1.7 1.75 1.8 1.85
250
300350
I D C H [A ]
I D C N [A ]
如图D桥A相换相时刻超前Y桥30度，每个周期12个阀轮流导通关断，将三相正负半轴分别截取组成直流电流。
逆变侧电流与电压相位相反，功率是
从交流向直流侧传输。
逆变侧总是共阳极侧换相到瞬时值最高的相（电流流进），共阴极侧换相到瞬时值最低的相（电流流出），因阀导通时压降很小通过换相跟随直流电压，保证阀导通时的正向电压。
整流侧解锁波形
00.51 1.52 2.53
-5000500
I V Y _L 1
I V Y _L 2I V Y _L 300.51 1.52 2.53
-5000500U A C _I N _L 1
U A C _I N _L 2U A C _I N _L 3File: JL_S1P2PCPA1_2015_01_14_10_34_44_459Child00.CFG
00.51 1.52 2.53
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I D C H [A ]
I D L H [A ]I D C N [A ]I D L N [A ]0
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2.5
3
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BPPO
Time [s]
00.51 1.52 2.53
0100200A L P H A _O R D
A L P H A _M E A S
0.790.80.810.820.830.840.85
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I V Y _L 2I V Y _L 30.790.80.810.820.830.840.85
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U A C _I N _L 2U A C _I N _L 3File: JL_S1P2PCPA1_2015_01_14_10_34_44_459Child00.CFG
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I D C H [A ]
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A L P H A _M E A S
逆变侧解锁波形
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I V Y _L 1
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-500
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I V D _L 1
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I D C H [A ]
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0.5
1
1.52
2.5
3
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BPPO
Time [s]
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153
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ESOF RETARD ACB_TRIP BLOCK DEBLOCK BPPO
Time [s]
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153
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Time [s]。