现代高压直流输电工程的谐波问题

现代高压直流输电工程

谐波问题

姓名：柴段鲲

班级：电本1038

学号：1032253846

现代高压直流输电工程的谐波问题

随着能源开发、电能传输以及电力系统的规模不断扩大,采用直流输电的必要性日益被人们认识。

直流输电不仅是一种节省能源损耗的输电方式,而且在开发利用边远地区的能源和开发新能源、新发电方式等方面,直流输电技术更是一种有效的手段,必将越来越广泛地得到采用。

与交流输电系统相比,直流输电系统有许多优点:线路造价低、适合远距离输电、没有系统稳定问题、调节快速、运行可靠等;同时它也存在一些缺点:

换流器较昂贵、消耗一定的无功功率、产生谐波影响等。其中换流站对整个系统产生的谐波危害,是直流输电系统运行必须解决的重要问题之一。为保证直流输电系统安全、可靠运行,并对周围环境影响降低到允许的范围内,应采用有效的措施减少谐波危害。

直流输电换流器的交流侧与直流侧的电流与电压中所存在的频率为换相电压基波频率整数倍的各正弦分量。换流器对交流系统来说它还是一个谐波电流源，而对直流线路来说它还是一个谐波电压源。谐波与基波的频率之比称为谐波次数。谐波的大小和相位可以从波形的傅立叶分析得到。直流输电系统的谐波有特征谐波和非特征谐波。这些谐波对交、直流系统中的设备及邻近的通信系统都有不良影响和危害。往往需要采取措施加以疏导和抑制，使谐波分量能符合有关技术标准的规定。

特征谐波。在以下理想条件下，换流器产生的谐波称为特征谐波。①换相电压为三相对称的正弦基波电压②换流各相的换相电抗相等③换流阀的触发脉冲等距④换流器直流侧电流为一恒定的直流电流。对换流器交、直流侧的电流和电压波形进行傅立叶分析可知，一个脉动数为P的换流器，在理想条件下，交流侧的谐波次数为n=kp±1次，k为正整数，其中kp+1次为正序，kp-1次为负序；直流侧的谐波次数为n=kp次。对6脉动和12脉动换流器，交

流侧分别产生5，7，11，13……次和11，13，23，25……次的特征谐波；直流侧分别产生6，12，18……次和12，24，36次的特征谐波。交流侧谐波电流的大小与触发角a(或关断角g)和换相角m有关，并且谐波次数愈高其有效值愈小。当换相角为零时（电流波形为宽120°电角度的矩形波），n次谐波电流的有效值为基波电流有效值的1/n。谐波电流随换相角的加大或触发角（或关断角）减小而减小。直流侧特征谐波电压的大小随触发角a（或关断角g）加大而增大并与换相角m有关，而换相角m又与直流电流、换相电抗以及a（或g）角有关。因此，12脉动换流器比6脉动换流器的谐波特性有很大的改善，这也是目前换流站只采用12脉动换流器作基本换流单元的主要原因。12脉动换流器是由换相电压的相位相差30°的两个6脉动换流器串联而成，通常30°的相位差是由换流变压器阀侧线圈采用Y 和△接线来实现。

换流站交流侧谐波电流，按交流电网谐波阻抗的分布情况，流入交流电网，产生谐波电压，畸变交流电压波形；直流侧的谐波电压加在平波电抗器，直流滤波器和直流输电线路组成的直流网络上，产生谐波电流。为了计算这些谐波电压和电流的分布，通常是将换流站交流侧各次谐波电流视为谐波电流源，应用交流系统对应的各次谐波阻抗等值网络分别求解；而将直流侧各次谐波电压视为谐波电压源，应用直流网络对应的各次谐波的等值网络分别求解。也可以采用统一计算交、直流系统中特征谐波潮流的方法来进行分析。

非特征谐波。在各种非理想条件下，换流器交、直流侧所产生的，除特征谐波以外的其它各次谐波，均称为非特征谐波。常见的非特征谐波有交流系统中的3次谐波以及由此而产生的换流器交、直流侧的非特征谐波，直流侧的9次和18次谐波等。非特征谐波的计算分析比较复杂。通常是对各种因素分别单独考虑，经简化处理，得出交流侧和直流侧的非特征谐波电流和电压，把它们视为谐波电流和电压源，来计算交、直流网络中的非特征谐波电流和电压的分布。

直流输电系统的特征谐波和非特征谐波也可以用EMTP(电磁暂态程序)和FFT(快速付立叶转换)程序进行计算分析，结果较为精确，交流系统部分可适当的简化以节省机时。

直流输电系统所产生的谐波对交流系统和换流器本身的运行以及邻近的通信系统都将产生影响或危害。电力系统中运行的发电机，电动机，电容器，电抗

器等电器设备，在谐波的作用下，将产生附加损耗，发热和振动。也可能在某一谐波频率下，发生局部的谐波谐振，使某些设备受到过电压，过热或损坏。直流线路和有关交流线路的谐波电流和电压，通过电磁和静电感应，对邻近和并行的通信系统产生谐波噪声干扰。此外，谐波对继电保护和自动装置的性能和动作，对测量仪表的准确度也可能产生影响。

为了减少谐波的影响和危害，许多国家都制订了自己的谐波标准，以限制电力系统中所允许的谐波含量。中国于1993年也制订了“电能质量公用电网谐波”的国家标准(GB/T 14549－93)，对电力系统中各点的谐波电压畸变率以及用户注入电力系统的各次谐波电流有效值均有规定。在进行直流输电换流站交、直流滤波装置设计时，一般按IEC919－１所推荐的“高压直流输电系统的性能” 第一部分“稳态条件”中关于交、直流滤波器的设计准则来考虑。

为使谐波电压和电流满足谐波标准规定的要求，往往需要对谐波进行抑制以减少谐波含量。从理论上说，增加换流器的脉动数，可以提高特征谐波的次数，从而有效地降低特征谐波分量。例如可以采用十八及以上脉动数的换流器，以进一步减小谐波。但由于换流变压器绕组接线和绝缘都比较复杂，制造费用以及备品都要增多，因此实际工程中还没有采用过。目前，在换流器交流侧抑制谐波的主要措施是装设换流站交流滤波装置以吸收谐波电流，使流入交流系统的谐波电流减小并从而降低谐波电压。在直流侧则主要利用平波电抗器来减少谐波。直流系统的谐波主要受限制于直流线路对通信的干扰，当不满足要求时，需设置换流站直流滤波装置。