基于感應(yīng)濾波的雙調(diào)諧濾波器綜合設(shè)計(jì)

1、基于感應(yīng)濾波的雙調(diào)諧濾波器綜合設(shè)計(jì)換流及濾波裝置是直流輸電系統(tǒng)中的重大技術(shù)裝備。傳統(tǒng)的換流變壓器及濾波方 案雖然廣泛應(yīng)用，但并不完美。傳統(tǒng)濾波計(jì)劃將安裝于溝通母線與換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞 組之間。這使得由換流器產(chǎn)生的諧波和無(wú)功電流均要通過(guò)變壓器的網(wǎng)側(cè)、閥側(cè)繞組。這 必定會(huì)在鐵心和結(jié)構(gòu)件中通過(guò)較強(qiáng)的諧波磁通，使得變壓器絕緣強(qiáng)度加大，損耗增強(qiáng)，振動(dòng) 和噪聲大。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種新型換流變壓器及其濾波系統(tǒng)，它是利用電磁感應(yīng)原理 在副邊繞組間實(shí)現(xiàn)諧波磁勢(shì)平衡的諧波抑制新辦法，稱之為感應(yīng)濾波；分析了該濾波新 辦法的諧波抑制機(jī)理；在此基礎(chǔ)上，對(duì)在建的新型直流輸電系統(tǒng)平臺(tái)的閥側(cè)濾波器舉行綜合 設(shè)計(jì)。2

2、感應(yīng)濾波的諧波抑制機(jī)理現(xiàn)以圖1所示中間引出抽頭接單調(diào)諧濾波器的單相三繞組變壓器為例，闡述利用變壓器 耦合繞組的安匝平衡作濾波機(jī)理的新型濾波方式。圖中，1表示一次繞組，2表示二次延邊繞 組，3表示二次公共繞組， ih 表示諧波電流源。箭頭所示為諧波電流在變壓器中的流通路徑。分析可知：在延邊繞組2通過(guò)諧波電流影響下，公共繞組2和一次繞組1要感生相應(yīng)的諧波電流，滿足以下磁勢(shì)平衡關(guān)系 ：w2ih=w3ih3+w1ih1 （1）式中：w1 一次繞組的匝數(shù)，w2 二次負(fù)載繞組的匝數(shù)，w3二次濾波繞組的匝數(shù)。假如延邊繞組2 和公共繞組3 的安匝能保持平衡，則 ih1 =0，就不會(huì)在一次繞組感生諧 波電流，從

3、而使一次與諧波隔離開(kāi)來(lái)，達(dá)到諧波屏蔽的目的。由此可知，該種濾波方式的實(shí)現(xiàn)需要同時(shí)滿足如下兩個(gè)條件：（1）圖1 變壓器二次繞組引出抽頭接濾波器，目的是對(duì)諧波加以引流，為變壓器耦合繞 組2、3 的諧波安匝平衡作濾波方式提供前提。引流效果越好，利用耦合繞組的諧波屏蔽效 果就越好,因此，濾波器應(yīng)力求達(dá)到諧振。（2）變壓器二次耦合繞組2、3 的安匝能否保持平衡，從而使一次繞組1 不至于感生諧 波電流，取決于繞組的布置及其阻抗關(guān)系。詳細(xì)地，就是通過(guò)變壓器設(shè)計(jì)使公共繞組3 的等 值阻抗等于0 或近似等0。上述兩個(gè)條件同時(shí)滿足，即可有效抑制諧波在變壓器中的流通路徑，使諧波不至于通過(guò) 變壓器回饋至網(wǎng)側(cè)，從而起到

4、對(duì)諧波隔離屏蔽的作用。3 濾波器設(shè)計(jì)3.1 雙調(diào)諧濾波器特性分析按照直流輸電系統(tǒng)的特點(diǎn)，建立2 所示用來(lái)驗(yàn)證新型濾波方式及對(duì)照分析與傳統(tǒng)無(wú) 源濾波效果差異的試驗(yàn)平臺(tái)。整流站采納新型換流變壓器，二次繞組有抽頭引出接dt5/7 和dt11/13，一次繞組出線端，即網(wǎng)側(cè)接二階高通濾波器hp2 及并聯(lián)器；逆變站采納 傳統(tǒng)換流變壓器,這里不再解釋。 新型直流輸電系統(tǒng)閥側(cè)采納雙調(diào)諧濾波器，其基本結(jié)構(gòu)由圖2可知；其有兩個(gè)諧振 頻率，同時(shí)汲取兩個(gè)鄰近頻率的諧波，等效于兩個(gè)并聯(lián)的單調(diào)諧濾器。閥側(cè)雙調(diào)諧濾波器 是由串聯(lián)諧振回路c1、l1和并聯(lián)諧振回路c2、l2串接而成.兩個(gè)回路分離有各自的頻率阻抗 關(guān)系和睦振點(diǎn),

5、兩回路串聯(lián)構(gòu)成雙調(diào)諧濾波器的阻抗頻率關(guān)系。并聯(lián)回路c2l2的阻抗特性如 圖3(a)所示。圖3(a)中兩個(gè)阻抗特性曲線中，虛線部分表示濾波器的阻抗呈容性；實(shí)線部分 則表示濾波器的阻抗為感性；由圖3(a)可知，對(duì)于基頻而言，并聯(lián)回路的阻抗很小，即并聯(lián) 回路承受的很低，串聯(lián)回路的阻抗較大，且為容抗。因此，對(duì)于雙調(diào)諧濾波器來(lái)說(shuō)，主 要由串聯(lián)承受接入母線電壓。串聯(lián)和并聯(lián)回路的阻抗特性曲線的交點(diǎn) 1 、 2 處，容 抗與感抗互相抵消，它們對(duì)應(yīng)的諧波次數(shù)為 n1 、 n2 。 雙調(diào)諧濾波器的阻頻特性需要將串聯(lián)回路與并聯(lián)回路的阻頻特性合成考慮.此時(shí)，雙調(diào) 諧濾波器的阻頻特性曲線3(b)所示，顯然可知其在諧波次

6、數(shù)為 n1 、n 2處發(fā)生諧振.3.2 雙調(diào)諧濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)按照式(4)，利用matlab 圖象處理工具，可得到如下dt11/13 平安系數(shù)與調(diào)諧點(diǎn)的關(guān)系曲 線，4 所示。由圖4 曲線可得到如下結(jié)論： (1)平安系數(shù)必需大于1，這樣，才干使各調(diào)諧點(diǎn)略微前移，避開(kāi)與系統(tǒng)發(fā)生諧振，且使 dt11/13 在11、13 次調(diào)諧頻率下呈感性，避開(kāi)諧波放大。 (2)平安系數(shù)必需有個(gè)上限，這樣，才干不致于使濾波器過(guò)分頻偏，影響濾波效果及對(duì) 系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償量。通過(guò)式(4)反復(fù)試算可得到dt11/13 平安系數(shù)最合適范圍是：1.04 分析本文基于matlab動(dòng)態(tài)仿真工具simulink下的電力系統(tǒng)工具箱simp

7、owersystem對(duì)圖2系統(tǒng)舉行仿真工作。仿真所用到的該試驗(yàn)平臺(tái)交直流系統(tǒng)參數(shù)及新型換流變壓器、傳統(tǒng)換流變壓 器參數(shù)因篇幅限制略.由圖5(a)和圖5(b)顯然可知，新型換流變壓器及其濾波系統(tǒng)可有效地將 主要次特征諧波抑制于閥側(cè)，網(wǎng)側(cè)繞組電流的畸變率大大降低。對(duì)照閥側(cè)和網(wǎng)側(cè)的電流頻 譜圖，新系統(tǒng)下的閥側(cè)濾波計(jì)劃可將換流器產(chǎn)生的5、7、11 和13次主要次特征諧波有效地 抑制于閥側(cè)，且變壓器原邊出線端的諧波含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步解釋該文基于感應(yīng)濾 波機(jī)理的濾波器的優(yōu)越性和可行性。5 結(jié) 論(1) 本文提出了一種利用變壓器電磁感應(yīng)原理在副邊繞組間實(shí)現(xiàn)諧波磁勢(shì)平衡的諧波 抑制新辦法感應(yīng)濾波；通過(guò)對(duì)其諧波抑制機(jī)理分析，給出了感應(yīng)濾波對(duì)變壓器阻抗和配套 濾波裝置的阻抗要求；(2) 本文