HVDC谐波分析
三电平VSC-HVDC系统谐波间谐波产生机理分析
ｗＵ Ｊ ｉ ａ ｊ ｉ ａ ． Ｈ Ｕ Ａ Ｎ Ｇ Ｊ ｕ ｎ 。 Ｌ Ｕ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｉ
（ Ｙ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｙ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ ２ ５ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
中图分类号 ： Ｔ Ｍ ７ １ １ 文献标志码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ３ — ８ ９ ３ ０ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ５ — ０ ０ ７ ８ — ０ ５ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ — ８ ９ ３ ０ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ５ ． ０ １ ３
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ０ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
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HVDC系统的谐波及其抑制
HVDC系统的谐波及其抑制摘要:通过多方资料调查与研究,对HVDC系统的谐波在暂态、交流电势畸变、降压运行情况下进行了分析,并提出了谐波抑制的方法。
关键词:直流输电系统谐波非正常运行谐波抑制随着高压直流输电(HVDC)在能源开发、电能传输、电力系统不断扩大中的运用,尤其是在与新能源开发利用、风力发电、微网结合方面,直流输电的优越性及必要性日益凸显,直流输电的发展与壮大将是毋庸置疑的必然趋势。
直流输电具有其独特的优越性:(1)经济性(2)互连性(3)控制性直流输电所具有的优势使得直流输电越来越受到重视,但是直流输电本身也存在一些缺点。
如谐波及其抑制就是其中还未攻克的技术性问题。
1 HVDC谐波换流变在交、直流两侧都会产生谐波电压和谐波电流。
HVDC谐波的污染与危害主要表现在对电力与信号的干扰影响方面。
1.1 对电力危害(1)旋转电动机等的附加谐波损耗与发热,缩短适用寿命;(2)谐波谐振过电压,造成电器元器件及设备的故障与损坏;(3)电能计量错误。
1.2 对信号干扰方面(1)对通信系统产生电场干扰,使电信质量下降;(2)使重要的和敏感的自动控制、保护装置误动作;(3)危害到功率处理器自身的正常运行。
对于HVDC系统所产生的谐波特性研究,在两端交流系统基频相同及交流系统三相电势和参数都对称的条件下,已分析得相当清楚。
基本的结论是:交流系统的谐波电流次数为:n=kp(1)其中p为换流器的脉动数,k为正整数。
习惯上称以上两式所表示的谐波次数分别为交直流系统的特征谐波次数。
但是,在各种非正常情况下的谐波则不符合上述公式。
1.3 暂态过程中的谐波分析初始化基于以下条件:(1)两端交流系统换流母线电压(幅值与相位);(2)直流线路电流;(3)逆变侧熄弧角在数据仿真分析,用FFT采用窗函数处理后,结果表明:在交流不对称故障时,直流系统中不仅有特征谐波,还有大量的非特征谐波,尤其是2次谐波含量较高,这对HVDC系统的安全运行是不利的。
高压直流系统中检测谐波不稳定的频率扫描法
识别HVDC 系统中谐波不稳定的频率扫描法一、概论本文介绍了频率扫描法来得到高压直流系统中识别谐波不稳定的更精确的频率特性。
此方法的一个应用实例是识别CIGRE 标准模型的共振频率。
本文表明，基准模型并未调准到设计的共振频率。
使用扫描法可能会使基准模型的共振频率改变，以此解释铁芯饱和型不稳定的仿真。
二、介绍谐波不稳定现象发生在HVDC 输电系统的交流和直流侧网络的阻抗不同时，这会引起一个特定频率下的电压或电流放大。
通常假设谐波不稳定发生在交流和直流侧网络调至互补频率时，即，如果交流侧共振频率为1f ，直流侧共振频率为2f 且021f f f ±=-；0f 为基本工作频率（本例中为60Hz ）。
给出的理由是一侧的频率f 在经过换流器后会在另一侧转变为0f f ±。
因此如果两侧共振频率相差0f ，换流器作用会使它们耦合从而导致不稳定。
当交流侧的二次谐波出现放大时，会产生特别严重的谐波不稳定（称为铁芯饱和不稳定）。
这是因为不对称变压器饱和导致的故障通常会使交流侧产生二次谐波频率下的电流。
这些不稳定已经在文献[2][3]中记录了。
在对确定前面介绍的频率1f 和2f 的简单分析中，通常认为每一侧（交流和直流）是隔离的。
例如在计算交流侧共振时只考虑交流系统等值电路，局部负荷和交流滤波器。
如本文所示，简化的方法可能导致对真正共振频率的错误估计。
事实上，交流和直流侧不是隔离而是通过换流器的复杂开关矩阵相互联系的，换流过程的极度非线性使得综合共振频率的分析确定非常困难。
许多从业人员尝试解决这个复杂的问题。
Hammad[4]使用特征值方法，Bahrman 等[5]则估计反映通过换流器的交流侧阻抗且在直流TNA （瞬态网络分析器）上验证结果。
Larsen 等[6]已经开发出一种基于对换流器交流和直流侧交互作用的线性分析的方法。
它们还考虑了控制器的影响。
本文中，系统建立在一个电磁瞬态仿真程序上且谐波不稳定能被一个频率扫描技术识别。
高压直流输电系统中谐波电流的有效分离策略
高压直流输电系统中谐波电流的有效分离策略高压直流输电（HVDC）系统作为远距离电力传输的重要方式，因其高效、稳定及对环境影响较小等优点而被广泛应用于跨国电网互联及大规模可再生能源基地的电能外送。
然而，HVDC系统在运行过程中产生的谐波电流问题，对电网的安全运行和设备的寿命构成威胁。
因此，探索有效的谐波电流分离策略显得至关重要。
以下是针对高压直流输电系统中谐波电流有效分离的六个策略方向：一、有源滤波器的应用有源滤波器（Active Power Filter, APF）是基于实时检测电网中谐波电流并产生相反相位电流来抵消谐波的技术。
APF具有高度灵活性和快速响应能力，能精确跟踪并抑制各种谐波，尤其是对于动态变化的谐波污染，其效果尤为显著。
在HVDC系统中，通过安装有源滤波器于换流站输出端，可以有效减小流入交流电网的谐波电流，保证电网质量。
二、混合型滤波器系统集成混合型滤波器系统结合了无源滤波器（Passive Filter, PF）和有源滤波器的优点，既能处理特定频率的谐波，又能灵活应对谐波变化。
无源滤波器通常用于滤除固定频率的谐波，成本较低但适应性较差；有源滤波器则补充处理非固定频率或复杂变化的谐波。
两者集成使用，可以实现更全面的谐波管理，提高滤波效率，同时降低成本和占地面积。
三、改进换流技术与控制策略换流技术的革新是降低HVDC系统谐波产生的根本途径。
例如，多电平换流器（MMC, Modular Multilevel Converter）利用多个子模块级联，能够生成接近正弦波的电压和电流，大大减少了谐波含量。
此外，优化控制策略，如改进的PWM调制策略和预测控制算法，也能有效减少换流过程中产生的谐波电流，提高系统的整体效率和稳定性。
四、谐振直流链接滤波器设计谐振直流链接滤波器是针对HVDC系统中的直流侧设计的，它利用LC谐振原理，选择性地吸收特定频率的谐波电流，避免其流入交流电网。
合理设计的谐振滤波器可以大幅降低直流侧的谐波，减少对交流系统的干扰，并且有助于提高直流电压的质量，保障系统的长期稳定运行。
谐波的产生、危害及解决方案(自己写的)
直流输电换流站谐波的产生、危害及解决措施the Generation, Harm and Solutions of Harmonics inHVDC摘要：本文主要介绍了直流输电换流站谐波的产生、危害及解决措施。
首先介绍了6脉波及12脉波换流器的交流侧和直流侧的特征及非特征谐波。
之后就谐波对电网及电网中电力元件的影响进行了讨论。
最后介绍了抑制谐波的主动型及被动型的几种主要措施。
关键词：谐波危害抑制直流输电Abstract:This paper concentrates on the generation, harms and solutions of harmonics in HVDC. First of all, it introduces the types of harmonics generation from 6 pulse converter and 12 pulse converter. Second, it discusses the harm of harmonics including hot wastage and so on. Finally, it provides some main measures aiming at restrain the harm of harmonics consisting of active ones and passive ones.Key words:harmonics harm restrain HVDC一．研究直流输电系统谐波的意义1.研究背景直流输电技术从1954年在电力系统中得到应用以来，先后经历了汞弧阀换流时期和晶闸管换流时期，从试验性阶段，到稳步发展阶段，特别是1970年以后，随着电力电子技术和微机控制技术等发展，进入到大力发展阶段。
然而近年来，由于电力电子技术的不断发展和应用，也使得谐波对电力系统运行，电力设备，电力用户，通讯等领域中造成了很大的危害。
不对称交流电网下MMC-HVDC系统谐波分析
陈和洋（１９９４—），男，主要从事柔性直流输电系统的谐波分析与抑制技术研究。
郭 峰（１９９５—），男，主要从事低压配电网人身触电保护。
叶 荣（１９９４—），男，主要从事电力系统故障诊断。
不对称交流电网下ＭＭＣ ＨＶＤＣ系统谐波分析陈和洋１， 郭 峰２， 叶 荣３（１．国网龙岩供电公司，福建龙岩 ３６４０００；２．国网泉州供电公司，福建泉州 ３６２０００；３．国网福州供电公司，福建福州 ３５０００９）摘 要：当柔性直流输电系统（ＭＭＣ ＨＶＤＣ）所连接的交流系统发生不对称故障时，换流站的交流母线电压不再平衡，存在负序分量和零序分量，这使得柔性直流输电系统中的交直流侧谐波分布情况变得比较复杂。
为了研究该情况下系统交直流侧谐波电压和谐波电流的传递规律，以及桥臂的瞬时功率波动情况，首先基于对称分量法和动态相量进行理论推导，然后在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ中搭建了仿真模型。
最后，根据仿真结果对稳态和故障状态下的电压电流谐波分布情况进行分析，验证了不对称故障状态下交直流侧谐波的传递和桥臂功率波动规律，为相关抑制和控制策略提供参考。
关键词：不对称故障；柔性直流输电；谐波分析；功率波动；负序分量中图分类号：ＴＭ７２ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５ ８１８８（２０２１）０３ ００６８ ０８ＤＯＩ：１０．１６６２８／ｊ．ｃｎｋｉ．２０９５ ８１８８．２０２１．０３．０１３ＨａｒｍｏｎｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭＭＣ ＨＶＤＣＳｙｓｔｅｍｉｎＡｓｙｍｍｅｔｒｉｃＡＣＰｏｗｅｒＧｒｉｄＣＨＥＮＨｅｙａｎｇ１， ＧＵＯＦｅｎｇ２， ＹＥＲｏｎｇ３（１．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＬｏｎｇｙａｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｌｏｎｇｙａｎ３６４０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＱｕａｎｚｈｏｕＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２０００，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＦｕｚｈｏｕＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＷｈｅｎａｎａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｆａｕｌｔｏｃｃｕｒｓｉｎｔｈｅＡＣｓｙｓｔｅｍｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅＭＭＣ ＨＶＤＣ，ｔｈｅＡＣｂｕｓｖｏｌｔａｇｅｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｔａｔｉｏｎｉｓｎｏｌｏｎｇｅｒｂａｌａｎｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅａｒｅｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｏｎｔｈｅＡＣ ＤＣｓｉｄｅｏｆＭＭＣ ＨＶＤＣｍｏｒｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌａｗｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｖｏｌｔａｇｅａｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｏｎｔｈｅＡＣ ＤＣｓｉｄｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｐｏｗｅｒｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｒｍｉｎｔｈｉｓｃａｓｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｒｓｔｌｙｄｅｒｉｖｅｓｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｄｙｎａｍｉｃｐｈａｓｏｒ，ａｎｄｔｈｅｎｂｕｉｌｄｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅａｎｄｔｈｅｆａｕｌｔｓｔａｔｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄｉｔｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｓｏｎｔｈｅＡＣ ＤＣｓｉｄｅａｎｄｔｈｅｌａｗｏｆｂｒｉｄｇｅａｒｍｐｏｗｅｒｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｆａｕｌｔｓｔａｔｅｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｒｅｌａｔｅｄｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｆａｕｌｔ；ＭＭＣ ＨＶＤＣ；ｈａｒｍｏｎｉｃａｎａｌｙｓｉｓ；ｐｏｗｅｒｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ；ｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ０ 引 言与传统直流输电相比，基于模块化多电平换流器（ＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＭＭＣ）的柔性直流输电系统不仅不需要吸收无功功率，而且还能够主动发出无功功率为交流母线提供电压支撑，在换向上不需要外加换向电压，不会因受端系统的电压跌落而发生换向失败，高电平数下ＭＭＣ ＨＶＤＣ的正弦逼近程度高，产生的谐波水平很低，基本不需要滤波就能够满足电网谐波的要求。
HVDC系统的谐波及其抑制
华北电力大学直流输电课程报告题目:HVDC系统的谐波及其抑制学生姓名：黄佳新学号： 1081181311专业班级：电气0813成绩：11年 06月 05日一、选题背景和意义高压直流输电技术是电力电子技术在电力系统输电领域中应用最早同时也是较为成熟的技术。
我国从20世纪50年代开始从事高压直流输电技术的研究，于60年代在中国电力科学院建成国内第一个晶闸管阀模拟装置，并于1977年在上海将一条报废的交流电缆线路改造为31KV的直流输电试验线路，供研究的HVDC技术使用。
从80年代末以来，我国高压直流输电技术的研究和发展取得了突飞猛进的提高，目前已经投运10个直流输电工程[1]。
随着高压直流输电(HVDC) 的发展, 相关的谐波问题日益突出。
在理想条件下, 当从交流侧和直流侧看入时, 换流器分别被视为电流源和电压源。
然而, 实际的高压直流运行条件并非理想, 在某些特定条件下, 还有可能引发谐波放大甚至谐波不稳定[2]。
直流输电引起的谐波不稳定是指在换流站附近有扰动时, 谐波振荡不易衰减甚至放大现象, 主要表现为换流站交流母线电压严重畸变, 从而导致直流输电系统运行困难甚至系统关闭[3-4]。
导致HVDC 谐波不稳定发生的原因主要有2种: 一种是按相控方式[5]；另一种则是因为交流系统为非无穷大系统、直流系统的平波电抗器非无穷大[6]。
目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。
因而了解谐波产生的机理，研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。
二、国内外研究现状1 谐波及其起源所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，通常也称之为高次谐波。
谐波主要由谐波电流源产生：当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，由于负荷与电网相连，故谐波电流注入到电网中，这些设备就成了电力系统的谐波源。
HVDC换流器谐波分析及滤波
３１
２１年第２ 期 ０２ １
科技 圈向导
◇高 教论述◇
科技 曩向导
２１年第２ 期 ０２ ｌ
ＨＶ ＤＣ换流器谐波分析及滤波
郇 凯 翔 （ 华北 电力 大 学 电气 与 电 子 工 程学 院
中国
北京
１２ ０ ） ０ ２ ６
【 摘 要】 本文分析 了直流输 电系统谐波特点 ， 分析 了换流器交流侧 的特征谐 波和 非特征谐波 ， 出了直流输 电系统 中交流滤波方法 ， 提 介绍 了实际运行 中的交流侧 滤波器配置和 滤波效果。
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图 ２ 交 流侧 三相 电压 波 形 现在对 电流波形 分析可知 ｉ，ｂ ｉ ａｉ ， ｃ三相 电流波形完全相 同 ． 相位 相差 ２ｒ ， ＂ ３ 矩形波的宽度为 ２ｒ ， ｔ ／ ￣ ３ 正负脉冲的相位相差 订 ／ 。现用傅里 叶级数来 表示 ｉ 为 简化计算 ． ｉ正矩形 波的 中点相位 的参 考点这 ａ ， 取 ａ 样 ， （ ｔ订 一 ｉ ￣ ） ｉ （＋ ） ａ ｔ即函数对称 ， 叶级数 中只含有基波和奇次谐 ａ１ ） （ 傅里 波， 无直流分量 ， 由于 ｉ 一 ） ａ ｔ ） 又 ａ ＝ｉ（ ｔ即偶 函数 ， （ ｏ 傅氏级数便只有余 弦项
ｉ 。
幽 ３ 阀侧 ＝ 相 电流 汲 彤
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2 新型换流变压器工作机理
2.1 接线方案
与传统换流变压器相比，新型换流变压器副边
绕组有抽头引出接辅助滤波装置，这势必改变绕组
间的电磁关系。图 1 所示为用于 12 脉动 HVDC 的
新型换流变压器绕组接线与辅助滤波兼无功补偿
设备布置图。由图可知，新型换流变压器副方采用
延边三角形连接，中间引出抽头接辅助滤波装置，
cos
1 2
[cos
cos(
)]
Pd Ud I d
Qc Pd tan
（5）
式中 为触发角， 为换相角。
3 算例分析
以在建的基于新型换流变压器的直流输电系
统实验平台的整流侧为例，
（1）换流器为 12 脉动，触发角 15 ，换相角 20 ， 并 以 单 极 方 式 运 行 ， 直 流 侧 输 出 为
基波或谐波电流/A 77.595 13.72 8.6589 3.6507 2.2433
（4）系统所需的无功容量由式（7）公式求得。 （5）计算通过（2）-（6）式分别计算得出的新 型换流变压器抽头处单调谐滤波器设计参数见表 2、3 所示。
2
表 2 滤波器 Y 型联结相应电抗器参数
调谐次数 电感量 mH 峰值电压/V 有效电流/A 个数
3
4结论
（1）在解决高压直流输电交流侧的谐波抑制 和无功补偿问题，提出了一种新颖的滤波方案。通 过将传统安置于网侧滤波设备移至新型换变压器 副方绕组抽头上，使谐波从传统的调谐分流到隔离 屏蔽，传送到网侧的谐波含量大为减少。
（2）建立了基于新型换流变压器的 HVDC 输 电系统模型，设计出配套的滤波装置。算例分析表 明应用该滤波装置的新型换流变压器能够有效的 滤除 HVDC 交流侧的谐波。
共绕组出线端接入抽头滤波器, 包括双调谐滤波器 DT5/7 和 DT11/13 进行滤波, 如图 3 所示。
基于新型换流变压器的谐波抑制基理, 双调谐 滤波器参数可完全按照全调谐要求进行设计设。双 调谐并联谐振频次为 h0 ，滤波器提供的无功为 QS(1) ，滤波器装设处母线电压为 V ，基波角频率为
[7] 任震，曾坚永，张勇军. 基于遗传算法的直流输电系统中混合交 流滤波器的优化设计 [J].电网技术 2004,28(21):22-25.
作者简介:
李季 (1981-)，男,湖南衡阳人, 汉族,本科毕业于西安交通大 学, 现于湖南大学攻读博士学位, 主要从事现代电器设备的 设计、优化及仿真研究，自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器的 研 制 及 对 应 的 高 压 直 流 输 电 新 理 论 研 究 工 作 。 Email: edisonjep@
绕组改为图示的延边三角形连接。延边端点引出作
为换流变压器的输出端，与换流器连接；中间三角
形引出的抽头 a2 与针对 5、7、11、13 次四种特征
谐波滤波装置连接。本方案有以下特点：
（1）根据变压器同一铁芯柱上个绕组电流安匝平
衡原理，利用滤波器使副方的延边绕组与公共绕组
谐波电流所产生的安匝数相互抵消或大大减少，从
自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器通过特有的 绕组连接方式，辅之以必要的滤波装置，不仅能满 足交流系统的滤波及无功需求，而且能解决上述传 统换流变压器以及直流输电系统中存在的问题，较 之传统换流变压器及无源滤波装置有诸多优点。本 文以新型换流变压器原理机及相关换流直流系统 的技术参数为依据，对基新型换流变压器的 HVDC 交流侧的滤波装置进行分析设计,各次谐波泄露量 均能达到谐波国家标准，从而达到理想的综合补偿 效果。
由图 4、5 副方延边绕组与公共绕组的电流与 频谱可知，由于滤波装置的合理配置，在各自频率 下，谐波绝大部分被引流到滤波装置，在延边绕组 通过谐波电流影响下，公共绕组产生相应的谐波电 流，两者的作用磁通相反。而与此同时，在工频下， 滤波装置呈容性，对基波加以无功补偿，公共绕组
的基波分量与延边绕组相比变小，故公共绕组的谐 波畸变率会相应变大。这正体现了采用滤波装置的 新型换流变压器对谐波屏蔽，对基波补偿的特点。 由图 6 可知，原方绕组的电流畸变率很低，采用滤 波装置的新型换流变压器对谐波有很好的滤波效 果。由原边注入交流网侧系统的谐波电流见表 4。
罗隆福 (1962-), 男，湖南常德人，汉族,教授，博士生导师， 主要从现代电器装备新技术研究及其优化设计工作，高压直 流输电新理论研究工作
4
A
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c( )
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图 1 新型换流变压器接线方案
湖南省重大科技攻关项目(05GK1002-1)
A
w1 。滤波器设计时 wh1 、 wh2 已知，推导可得双调
流入交流网侧谐波电流/A 0.3337 0.1397 0.0310 0.0155
国家允许谐波电流/A 0.66638 0.47291 0.30095 0.25795
为了进一步验证采用该种滤波装置的自耦补 偿与谐波屏蔽换流变压器对谐波的屏蔽效果，以及 形象地描述带滤波装置的新型换流变压器滤波原 理，本文采用 MATLAB 电力系统仿真模块 PSB 对 该新型换流变压器带滤波装置的等值电路建模，其 滤波效果的仿真结果如下图所示。
而网侧绕组与之平衡的谐波将会很小接近于零，相
当于谐波得到了滤除和屏蔽；
（2）要求电容器的电压等级降低，电容器容量得
到充分利用；
（3）滤波器即可以为谐波电流提供短路通道，起
到滤波之用；又兼作基波的无功补偿，起到双重功
效。
图 3 变压器单相谐波抑制方案
2.3 滤波装置设计 新型换流变压器配套滤波装置采用在副方公
基于新型换流变压器 HVDC 谐波分析与仿真计算
李 季, 罗隆福, 许加柱，李 勇, 刘福生
（湖南大学电气与信息工程学院，湖南 长沙 410082）
摘 要：在构成高压直流输电系统一系列关键技术中，滤波 装置占据十分重要的地位。本文提出了一种具有内部三角形 绕组新颖的自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器，将传统交流滤 波装置移至绕组内部即在换流变压器副方公共绕组串接 5、 7、11、13 次滤波支路的接线方案，让谐波源无法流窜到高 压网络中，有效的抑制了直流输电系统中的谐波成分。最后 以新型换流变压器及相关的直流系统技术参数为依据，结合 滤波装置为新型换流变压器的自补滤波提供谐波通道及满 足换流器无功需求的特点，对基于新型换流变压器的直流输 电系统中绕组及滤波支路谐波电流进行了详细的分析和仿 真计算, 仿真结果表明, 本文提出的新兴换流变压器原理正 确，参数选择合理，滤波效果好，总谐波含量低，具有良好 的应用前景。
谐滤波器各元件参数：
A1
C
B
A2
w0 wh1wh2
h0
w0 2f
（3）
VC1A1
VA1B1
VC 2 A2
VA2B2
B1 C2
C1
VB1C1
VB2C 2
B2
图 2 绕组电压相量图
2.2 谐波抑制方案
新型换流变压器副方绕组及其配套滤波装置
单相模型如图 3 所示，即将传统换流变压器的副方
这在接线方式上相当于将传统变压器原方网侧的
无源滤波装置移到副方绕组的中部，以利发挥自补
滤波的作用，改善与消除传统滤波与无功补偿的不
足 [3] 。
新型换流变压器要满足 12 脉波换相要求时，I 桥和 II 桥相电压分别左移 15 ，右移 15 。设变压
器网侧，阀侧线电压比为 1。原边匝数为 1p.u; 参
考电压相量图 2 所示，根据正弦定理,可计算求得
kc
W2 W1
0.8966
（1）
ke
W3 W1
0.5176
（2）
其中,W1 、W2 和W3 分别为变压器网侧绕组, 延 边绕组和公共绕组的匝数; kc 和 ke 分别为延边绕
组与网侧绕组、公共绕组与网侧绕组之间的匝比。
d1
I
I 1
1000V/100A。 （2）单相新型换流变压器一次侧绕组电压 U1 =
220V，等值电抗 X1 =0.4292 ，二次侧公共绕组电 压U2 =196.7025V，等值电抗 X 2 =0.002111 ，二次 侧 延 边 绕 组 电 压 U3 =113.5662V ， 等 值 电 抗 X3 =0.1304 。
（3）由 n 次谐波电流与换相角 、触发角 之
间的函数关系，可以得到换流器交流阀侧 n 次谐波 电流与基波电流之比。5 次、7 次、11 次、13 次谐 波电流与基波电流之比如表 1 所示。
表 1 阀侧谐波与基波电流之比
基波或谐波次数 1
5
7
11 13
次谐波含有率% 100 17.682 11.159 4.7048 2.8975
5
5.7958
537.4012
30.4374
6
7
2.9570
537.4012
21.9503
6
11
1.1975
537.4012
14.3606
6
13
0.85736 537.4012
12.3676
6
HP2
0.1005
537.4012
19.079
6
表 4 新系统谐波分析比较
5
7
11
13
谐波源电流/A
13.72 8.6589 3.6507 2.2483