Chap.4_高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償(最終版本)

1、2022-7-4 徐永海徐永海華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 新能源電網(wǎng)研究所Chap.4 Chap.4 高壓直流輸電的高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電高壓直流輸電chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-42課程安排課程安排第四章第四章 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念4.2 換流器特征諧波換流器特征諧波4.3 換流器非特征諧波換流器非特征諧波4.4 換流站諧波抑制措施換流站諧波抑制措施4.5 交流濾波器設(shè)計(jì)交流濾波器設(shè)計(jì)4.6 直流濾波器設(shè)計(jì)直

2、流濾波器設(shè)計(jì)4.7 換流站無功補(bǔ)償換流站無功補(bǔ)償chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償3 1、諧波畸變、諧波畸變 波形畸變是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備引波形畸變是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備引起的，流過非線性設(shè)備的電流和加在其上的電壓起的，流過非線性設(shè)備的電流和加在其上的電壓不成比例關(guān)系。下圖給出了在一個(gè)簡(jiǎn)單的非線性不成比例關(guān)系。下圖給出了在一個(gè)簡(jiǎn)單的非線性電阻上施加正弦電壓的例子，非線性電阻上電壓電阻上施加正弦電壓的例子，非線性電阻上電壓和電流的關(guān)系隨所給出的特性曲線變化。雖然該和電流的關(guān)系隨所給出的特性曲線變化。雖然該電阻上所加電壓是理想正弦波，但流過其中

3、的電電阻上所加電壓是理想正弦波，但流過其中的電流卻是非正弦的，即出現(xiàn)了諧波畸變問題。當(dāng)電流卻是非正弦的，即出現(xiàn)了諧波畸變問題。當(dāng)電壓有較小增加時(shí)，電流可能成倍增加，并且其波壓有較小增加時(shí)，電流可能成倍增加，并且其波形也將發(fā)生變化。形也將發(fā)生變化。4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償4 非線性電阻引起的電流畸變)(tu)(tiui非線性電阻4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償5 任何周期性的任何周期性的畸變波形都可用正畸變波形都可用正弦波形的

4、和表示，弦波形的和表示，如右圖所示。也就如右圖所示。也就是說，當(dāng)畸變波形是說，當(dāng)畸變波形的每個(gè)周期都相同的每個(gè)周期都相同時(shí)，則該波形可用時(shí)，則該波形可用一系列頻率為基波一系列頻率為基波頻率整數(shù)倍的理想頻率整數(shù)倍的理想正弦波形的和來表正弦波形的和來表示。其中，頻率為示。其中，頻率為基波頻率整數(shù)倍的基波頻率整數(shù)倍的分量稱為諧波，而分量稱為諧波，而一系列正弦波形的一系列正弦波形的和稱為傅里葉級(jí)數(shù)和稱為傅里葉級(jí)數(shù)。4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念+.50Hz（h=1）150Hz（h =3）250Hz（h =5）350Hz（h =7）450Hz（h =9）550Hz（h =11）650Hz（h =1

5、3） 畸變波形的Fourier級(jí)數(shù)表示+chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-46諧波分析方法諧波分析方法：傅立葉級(jí)數(shù)法：傅立葉級(jí)數(shù)法傅立葉級(jí)數(shù)：傅立葉級(jí)數(shù)： 一個(gè)非正弦周期性函數(shù)一個(gè)非正弦周期性函數(shù) f (x)，當(dāng)其滿足狄里克，當(dāng)其滿足狄里克雷（雷（Dirichlet）條件時(shí)，它可以用傅立葉級(jí)數(shù)表）條件時(shí)，它可以用傅立葉級(jí)數(shù)表示為：示為：10)sin()cos(2)(hhhthBthAAtf直角坐標(biāo)表達(dá)式直角坐標(biāo)表達(dá)式4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022

6、-7-47其中其中 直流分量直流分量/恒定分量：恒定分量：12 fNk式中式中 余弦項(xiàng)系數(shù)余弦項(xiàng)系數(shù)： 正正弦項(xiàng)系數(shù)弦項(xiàng)系數(shù)：)()sin()(1)()cos()(1)()(12020200tdthtfBtdthtfAtdtfAhh4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-48傅立葉級(jí)數(shù)的極坐標(biāo)表達(dá)式傅立葉級(jí)數(shù)的極坐標(biāo)表達(dá)式10)cos(2)(hhhthCAtf)arctan(22hhhhhhABBAC其中其中12 fNk式中式中 第第h次諧波幅值次諧波幅值： 第第h次諧波初相位次諧波初相位：4.1 諧波的基

7、本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償92、諧波的基本概念與定義、諧波的基本概念與定義 國(guó)際上公認(rèn)的諧波定義為：國(guó)際上公認(rèn)的諧波定義為：“ 諧波是一個(gè)諧波是一個(gè)周期性電氣量的正弦波分量，其頻率為基波周期性電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍頻率的整數(shù)倍”。l諧波次數(shù)必須為正整數(shù)諧波次數(shù)必須為正整數(shù) 如我國(guó)電力系統(tǒng)的標(biāo)稱頻率如我國(guó)電力系統(tǒng)的標(biāo)稱頻率f（也稱為工業(yè)頻率，也稱為工業(yè)頻率，簡(jiǎn)稱工頻）為簡(jiǎn)稱工頻）為50Hz，則基波為則基波為50Hz，二次諧波為二次諧波為100Hz，三次諧波為三次諧波為150Hz等。等。4.1 諧波的基本

8、概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償10 諧波被定義為與系統(tǒng)頻率相關(guān)的量，其頻率為諧波被定義為與系統(tǒng)頻率相關(guān)的量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍基波頻率的整數(shù)倍(該倍數(shù)稱為諧波次數(shù)該倍數(shù)稱為諧波次數(shù)n或或h)(如如下圖下圖)。諧波次數(shù)也就表明了諧波的頻率：如，基。諧波次數(shù)也就表明了諧波的頻率：如，基頻為頻為50Hz或者或者60Hz時(shí)，二次諧波的頻率是基頻的時(shí)，二次諧波的頻率是基頻的兩倍，即為兩倍，即為100Hz或者或者120Hz，依此類推。，依此類推。4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流

9、輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償11。圖圖 基頻為基頻為50Hz的正弦波及其諧波：的正弦波及其諧波：(a)2次次(100Hz)；(b)3次次(150Hz)；(c)4次次(200Hz)；(d)5次次(250Hz)4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償12l間諧波間諧波 在一定的供電系統(tǒng)條件下，有些用電在一定的供電系統(tǒng)條件下，有些用電負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)非整數(shù)倍的周期性電流的波動(dòng)負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)非整數(shù)倍的周期性電流的波動(dòng)，根據(jù)該電流周期分解出的傅里葉級(jí)數(shù)，根據(jù)該電流周期分解出的傅里葉級(jí)數(shù)，可能得出不是基波整數(shù)倍頻率的分?jǐn)?shù)諧波可能得出不是基波整數(shù)倍

10、頻率的分?jǐn)?shù)諧波(fractional-harmonics)稱為稱為間諧波間諧波(inter-harmonics)。4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償13l諧波和暫態(tài)現(xiàn)象諧波和暫態(tài)現(xiàn)象 在許多電能質(zhì)量問題中常把在許多電能質(zhì)量問題中常把暫態(tài)現(xiàn)象暫態(tài)現(xiàn)象誤認(rèn)為是諧波畸變。暫態(tài)過程的實(shí)測(cè)波形誤認(rèn)為是諧波畸變。暫態(tài)過程的實(shí)測(cè)波形是一個(gè)帶有明顯高頻分量的畸變波形，雖是一個(gè)帶有明顯高頻分量的畸變波形，雖然暫態(tài)過程中含有高頻分量，但是暫態(tài)和然暫態(tài)過程中含有高頻分量，但是暫態(tài)和諧波卻是兩個(gè)完全不同的現(xiàn)象，它們的分諧波卻是兩個(gè)完全不同

11、的現(xiàn)象，它們的分析方法也是不同的。電力系統(tǒng)僅在受到突析方法也是不同的。電力系統(tǒng)僅在受到突然擾動(dòng)之后，其暫態(tài)波形呈現(xiàn)出高頻特性然擾動(dòng)之后，其暫態(tài)波形呈現(xiàn)出高頻特性，但這些頻率并不是諧波，但這些頻率并不是諧波，與系統(tǒng)的基波與系統(tǒng)的基波頻率無關(guān)。頻率無關(guān)。4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償14l 短時(shí)間諧波短時(shí)間諧波 對(duì)于短時(shí)間的沖擊電流，例如，變壓器對(duì)于短時(shí)間的沖擊電流，例如，變壓器空載合閘的勵(lì)磁涌流，按周期函數(shù)分解，將空載合閘的勵(lì)磁涌流，按周期函數(shù)分解，將包含短時(shí)間的諧波和間諧波電流，稱為短時(shí)包含短時(shí)間的諧波和間諧波

12、電流，稱為短時(shí)間的諧波電流或快速變化諧波電流，應(yīng)與電間的諧波電流或快速變化諧波電流，應(yīng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)諧波區(qū)別開來。力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)諧波區(qū)別開來。4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償15l陷波陷波 換流裝置在換相時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電壓波形出換流裝置在換相時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電壓波形出現(xiàn)陷波或稱換相缺口。這種畸變是電壓瞬現(xiàn)陷波或稱換相缺口。這種畸變是電壓瞬時(shí)值的突然變化，雖然也是周期性的，但時(shí)值的突然變化，雖然也是周期性的，但不屬于諧波范疇。不屬于諧波范疇。4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制

13、與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償161、非正弦量均方根值和總諧波畸變率、非正弦量均方根值和總諧波畸變率l有效值（均方根值）有效值（均方根值） 在頻域分析中，將畸變的周期性電壓和電流分解成傅里葉級(jí)數(shù)：MhthUtu1h1hsin2)(MhthIti1h1hsin2)(4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念(非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù)非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù))chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償17M=50 （或（或25）的原因：）的原因：現(xiàn)行國(guó)標(biāo)諧波電流僅限定到現(xiàn)行國(guó)標(biāo)諧波電流僅限定到25次，修訂國(guó)標(biāo)次，修訂國(guó)標(biāo)限定到限定到50次；次；通常，諧

14、波電流越高，幅值越??；通常，諧波電流越高，幅值越??；很多用戶只關(guān)心很多用戶只關(guān)心20（或（或19）次以內(nèi)的諧波；）次以內(nèi)的諧波；HVDC通常也只考慮到通常也只考慮到49次諧波。次諧波。4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念(非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù)非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù))chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償18以電流為例， 的有效值根據(jù)定義可表示為 即非正弦周期量的有效值等于其各次諧波分量有效值的即非正弦周期量的有效值等于其各次諧波分量有效值的平方和的平方根值，與各分量的初相角無關(guān)。雖然各次平方和的平方根值，與各分量的初相角無關(guān)。雖然各次諧波分量有

15、效值與其峰值之間存在著比例關(guān)系，但是諧波分量有效值與其峰值之間存在著比例關(guān)系，但是 的峰值與它的有效值的峰值與它的有效值 之間卻不存在這樣簡(jiǎn)單的比例關(guān)之間卻不存在這樣簡(jiǎn)單的比例關(guān)系。系。MhhTIIttiTI22212d)(1)(ti)(tiI4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念(非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù)非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù))chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償19 某次諧波分量的大小，常以該次諧波的有效值與基波有效值的百分比表示， 稱為該次諧波的含有率hHR，h次諧波電流的含有率hHRI為 %100IIHRI1hh 畸變波形因諧波引起的偏離正

16、弦波形的程度，以總諧波畸變率THD表示。它等于各次諧波有效值的平方和的平方根值與基波有效值的百分比。電流總諧波畸變率ITHD為 %100122hIIITHDMh 電壓有效值U、hHRU和UTHD的計(jì)算同上式。 l總諧波畸變率4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念(非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù)非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù))chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償20 非正弦周期量的均方根值等于其各次諧波分量均方根值的平方和的平方非正弦周期量的均方根值等于其各次諧波分量均方根值的平方和的平方根值，與各分量的初相角無關(guān)。雖然各次諧波分量均方根值與其峰值之間存根值，與各

17、分量的初相角無關(guān)。雖然各次諧波分量均方根值與其峰值之間存在固定的比例關(guān)系，但是合成波形的峰值與它的均方根值之間卻不存在這樣在固定的比例關(guān)系，但是合成波形的峰值與它的均方根值之間卻不存在這樣簡(jiǎn)單的比例關(guān)系。如下圖所示的兩個(gè)畸變電流波形，它們都只含有基波和三簡(jiǎn)單的比例關(guān)系。如下圖所示的兩個(gè)畸變電流波形，它們都只含有基波和三次諧波兩個(gè)分量，且其幅值分別相等，因而其均方根值也相等。但由于三次次諧波兩個(gè)分量，且其幅值分別相等，因而其均方根值也相等。但由于三次諧波分量的初相角不同，故畸變電流波形明顯不同，其峰值也不相同。諧波分量的初相角不同，故畸變電流波形明顯不同，其峰值也不相同。 l諧波相位與峰值4.1

18、 諧波的基本概念諧波的基本概念(非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù)非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù))chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償212、非正弦條件下的無功功率與功率因數(shù)、非正弦條件下的無功功率與功率因數(shù)l 假定電源電壓波形以正弦函數(shù)變化（這同實(shí)際情況假定電源電壓波形以正弦函數(shù)變化（這同實(shí)際情況比較接近，則假設(shè)是合理的），可推導(dǎo)出：比較接近，則假設(shè)是合理的），可推導(dǎo)出：22221222221211111,sin,coshhhhIUQPSDIUIUUISUIQUIP4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念(非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù)非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù))cha

19、p.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償22l 根據(jù)傳統(tǒng)定義，有根據(jù)傳統(tǒng)定義，有 定義相移功率因數(shù)為定義相移功率因數(shù)為 因此功率因數(shù)為因此功率因數(shù)為 由此可以看出，功率因數(shù)受到兩方面影響：相移功由此可以看出，功率因數(shù)受到兩方面影響：相移功率因數(shù)率因數(shù) ，即基頻電壓電流的相位差；電流的，即基頻電壓電流的相位差；電流的基波分量所占比例基波分量所占比例 ，即電流畸變程度。，即電流畸變程度。結(jié)論：功率因數(shù)大小由兩方面因素決定：結(jié)論：功率因數(shù)大小由兩方面因素決定：相移功率因數(shù)相移功率因數(shù) ，即基頻電壓與電流之間的相位，即基頻電壓與電流之間的相位差；差；電流的基波分量所占比

20、例，即電流畸變程度電流的基波分量所占比例，即電流畸變程度 。121111cos11coscosiTHDIIUIUISPPF1cosII11cosDPFDPFIIPF14.1 諧波的基本概念諧波的基本概念(非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù)非正弦量衡量指標(biāo)與功率因數(shù))chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償23三相電路中的諧波三相電路中的諧波在對(duì)稱三相電路中，各相電壓（電流）變化規(guī)律相同，但在時(shí)間上依次相差1/3周期（ ）。設(shè)A相電壓可表示為 則B、C相電壓分別為 3/T)(tuua)3/(Ttuub)3/(Ttuuc4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念(三相電路中

21、的諧波)chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償24三相對(duì)稱非正弦電壓也符合這種關(guān)系。設(shè)A相電壓所含第次諧波為 考慮到 ，則B、C相第次諧波電壓分別為)sin(21hhahthUu3601T)120sin(21hthUuhhbh)120sin(21hthUuhhch4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念(三相電路中的諧波)chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償25 當(dāng) （ k =0，1，2，,）時(shí)，三相電壓諧波的相序都與基波的相序相同。即第1、4、7、10等次諧波都為正序性諧波正序性諧波。 當(dāng) 時(shí)，三相電壓諧波的相序都

22、與基波的相序相反。即第2、5、8、11等次諧波都為負(fù)序性諧波。 當(dāng) 時(shí)，三相電壓諧波都有相同的相位。即第3、6、9、12等次諧波都為零序性諧波。13 kh23 kh33 kh4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念(三相電路中的諧波)chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償26 與電壓情況相同，電流的各次諧波同樣具有不同的相與電壓情況相同，電流的各次諧波同樣具有不同的相序特性。序特性。 不對(duì)稱三相系統(tǒng)各次諧波的相序特性和對(duì)稱時(shí)不同，不對(duì)稱三相系統(tǒng)各次諧波的相序特性和對(duì)稱時(shí)不同，各次諧波都可能不對(duì)稱，可用對(duì)稱分量法將它們分解為零各次諧波都可能不對(duì)稱，可用對(duì)稱分量

23、法將它們分解為零序、正序和負(fù)序三個(gè)對(duì)稱分量系統(tǒng)進(jìn)行研究。序、正序和負(fù)序三個(gè)對(duì)稱分量系統(tǒng)進(jìn)行研究。 注意：3次諧波并非均為零序性諧波。4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念(三相電路中的諧波)chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-427諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與諧波影響（另附幻燈片）諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與諧波影響（另附幻燈片）電容器與電容器與諧波諧波放大（另附幻燈片）放大（另附幻燈片）4.1 諧波的基本概念諧波的基本概念chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4284.2 換流器特征諧波換流器特征諧波 特征諧波：

24、特征諧波： 在假設(shè)條件下，換流器交流側(cè)的各相電流和直在假設(shè)條件下，換流器交流側(cè)的各相電流和直流側(cè)的整流電壓中所包含的諧波。流側(cè)的整流電壓中所包含的諧波。換流器交流側(cè)特征諧波換流器交流側(cè)特征諧波換流器直流側(cè)特征諧波換流器直流側(cè)特征諧波雙極HVDC原理圖， chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4294.2 換流器特征諧波換流器特征諧波 特征諧波分析的假設(shè)條件特征諧波分析的假設(shè)條件 1) 交流電源為對(duì)稱的正弦波；交流電源為對(duì)稱的正弦波； 2) 交流輸電系統(tǒng)及換流變壓器阻抗對(duì)稱；交流輸電系統(tǒng)及換流變壓器阻抗對(duì)稱； 3) 不計(jì)交流系統(tǒng)中各元件的電阻

25、及換流變壓器不計(jì)交流系統(tǒng)中各元件的電阻及換流變壓器的激磁導(dǎo)納；的激磁導(dǎo)納； 4) 平波電抗器的電感為無窮大；平波電抗器的電感為無窮大； 5) 晶閘管具有理想的開關(guān)特性；晶閘管具有理想的開關(guān)特性； 6) 等間隔觸發(fā)等間隔觸發(fā)chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4304.2.1 換流器交流側(cè)特征諧波換流器交流側(cè)特征諧波 12脈動(dòng)換流器相電流波形脈動(dòng)換流器相電流波形chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4314.2.1 換流器交流側(cè)特征諧波換流器交流側(cè)特征諧波n特征諧波次數(shù)特征諧波次數(shù)1hp

26、kNk式中式中脈動(dòng)數(shù)脈動(dòng)數(shù)雙極HVDC原理圖， 電流波形6脈動(dòng)換流器脈動(dòng)換流器:61hk即即5,7,11,13,17,19,23,25,h 121hk12脈動(dòng)換流器脈動(dòng)換流器:即即11,13,23,25,h chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4324.2.1 換流器交流側(cè)特征諧波換流器交流側(cè)特征諧波 換流變閥側(cè)諧波電流有效值換流變閥側(cè)諧波電流有效值( , )hI 2211212( ,0)2cos(2)coscos()ISSSSh空載時(shí)基波電流有效值：空載時(shí)基波電流有效值：16( ,0)0.78ddIII雙極HVDC原理圖， 電流波形ch

27、ap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4334.2.1 換流器交流側(cè)特征諧波換流器交流側(cè)特征諧波 其中，諧波電流系數(shù)：其中，諧波電流系數(shù)：12) 1sin(12) 1sin(21hhShhSchap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4344.2.1 換流器交流側(cè)特征諧波換流器交流側(cè)特征諧波 影響諧波電流數(shù)值的因素影響諧波電流數(shù)值的因素?fù)Q相角換相角 ： 隨著隨著 的增加，每次諧波有多個(gè)極的增加，每次諧波有多個(gè)極值點(diǎn)，但總趨勢(shì)為下降。值點(diǎn)，但總趨勢(shì)為下降。觸發(fā)角觸發(fā)角： 增加增加，各次諧波數(shù)值，各次

28、諧波數(shù)值減小，但影減小，但影響小。響小。諧波次數(shù)諧波次數(shù)h ： h 增加增加，各次諧波數(shù)值，各次諧波數(shù)值減小減小5次電流，11次電流，25次電流chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4354.2.1 換流器交流側(cè)特征諧波換流器交流側(cè)特征諧波 換流器變壓器網(wǎng)側(cè)的換流器變壓器網(wǎng)側(cè)的以下特征諧波以下特征諧波雙極HVDC原理圖， 電流波形， 電流諧波諧波次數(shù)16 kh （ ）Nk 12 kk5,7,17,19,29,31,h 41,43,53,55在換流變繞組中在換流變繞組中環(huán)流環(huán)流，不進(jìn)入交流系統(tǒng)不進(jìn)入交流系統(tǒng)。環(huán)環(huán)流流chap.4 高壓直流輸電

29、的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4364.2.2 換流器直流側(cè)特征諧波換流器直流側(cè)特征諧波 12脈動(dòng)換流器整流電壓波形脈動(dòng)換流器整流電壓波形21ddduuu2du1duchap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4374.2.2 換流器直流側(cè)特征諧波換流器直流側(cè)特征諧波 特征諧波次數(shù)特征諧波次數(shù)hpkNk式中式中脈動(dòng)數(shù)脈動(dòng)數(shù)12hk12脈動(dòng)換流器脈動(dòng)換流器:即即12,24,36,48,h 雙極HVDC原理圖， 電壓波形6脈動(dòng)換流器脈動(dòng)換流器:6hk即即6,12,18,24,30,36,42,48,h chap.4

30、 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4384.2.2 換流器直流側(cè)特征諧波換流器直流側(cè)特征諧波 6脈動(dòng)換流器諧波電壓有效值脈動(dòng)換流器諧波電壓有效值2201212( ,)2cos(2)2dd hUUCCC C 其中其中12)1cos(12)1cos(21hhChhC理想空載直流電壓：理想空載直流電壓：03 21.35dUEE222022(,0)cossin1dd hUUhh當(dāng)當(dāng) =0時(shí)時(shí)chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4394.2.2 換流器直流側(cè)特征諧波換流器直流側(cè)特征諧波 影響諧波電壓數(shù)值

31、的因素影響諧波電壓數(shù)值的因素?fù)Q相角換相角 ： 隨著隨著 的增加，每次諧波有多個(gè)極的增加，每次諧波有多個(gè)極值點(diǎn)，但總趨勢(shì)為上升。值點(diǎn)，但總趨勢(shì)為上升。觸發(fā)角觸發(fā)角： 增加增加，各次諧波數(shù)值，各次諧波數(shù)值增大。增大。諧波次數(shù)諧波次數(shù)h ： h 增加增加，各次諧波數(shù)值，各次諧波數(shù)值減小減小6次電壓，24次電壓chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4404.3 換流器非特征諧波換流器非特征諧波 非特征諧波非特征諧波 換流器交、直流側(cè)的電流和電壓中，除特征換流器交、直流側(cè)的電流和電壓中，除特征諧波之外的諧波分量。諧波之外的諧波分量。交流側(cè)非特征諧波出

32、現(xiàn)的原因交流側(cè)非特征諧波出現(xiàn)的原因： 直流電流中存在紋波；直流電流中存在紋波； 交流電壓中存在諧波；交流電壓中存在諧波； 交流基波電壓不對(duì)稱，即存在負(fù)序電壓；交流基波電壓不對(duì)稱，即存在負(fù)序電壓；換流變壓器阻抗相間差異；換流變壓器阻抗相間差異；雙極HVDC原理圖， 假設(shè)條件chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4414.3 換流器非特征諧波換流器非特征諧波 Y，y組換流器和組換流器和Y, d組換流器觸發(fā)角差組換流器觸發(fā)角差異；由于換流變壓器電壓變比不同造成異；由于換流變壓器電壓變比不同造成Y，y組換流器和組換流器和Y, d組換流器換相電壓不同

33、；組換流器換相電壓不同；Y，y組換流變壓器和組換流變壓器和Y, d組換流變壓器組換流變壓器阻抗差異；阻抗差異； 觸發(fā)脈沖不完全等距。觸發(fā)脈沖不完全等距。上述上述8種原因產(chǎn)生的非特征諧波在發(fā)生的位置（相別）、種原因產(chǎn)生的非特征諧波在發(fā)生的位置（相別）、次數(shù)、幅值和相位上有各種組合，在理論分析和工程實(shí)際次數(shù)、幅值和相位上有各種組合，在理論分析和工程實(shí)際中都只能采用逐項(xiàng)分析的辦法進(jìn)行。即分別考慮上述各項(xiàng)中都只能采用逐項(xiàng)分析的辦法進(jìn)行。即分別考慮上述各項(xiàng)因素單獨(dú)存在，而假定其他所有因素都是理想的。因素單獨(dú)存在，而假定其他所有因素都是理想的。雙極HVDC原理圖， 假設(shè)條件chap.4 高壓直流輸電的諧波

34、抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4424.3 換流器非特征諧波換流器非特征諧波 直流側(cè)非特征諧波出現(xiàn)的原因直流側(cè)非特征諧波出現(xiàn)的原因： 交流母線電壓中含有諧波電壓，直流側(cè)將產(chǎn)交流母線電壓中含有諧波電壓，直流側(cè)將產(chǎn)生非特征諧波電壓。生非特征諧波電壓。 對(duì)于構(gòu)成對(duì)于構(gòu)成12脈動(dòng)換流器的兩個(gè)脈動(dòng)換流器的兩個(gè)6脈動(dòng)換流器脈動(dòng)換流器的換流變壓器的漏抗不相等和電壓比不相等。的換流變壓器的漏抗不相等和電壓比不相等。 對(duì)于構(gòu)成一個(gè)換流站兩極換流器的任何運(yùn)行對(duì)于構(gòu)成一個(gè)換流站兩極換流器的任何運(yùn)行參數(shù)不相等，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算，充分參數(shù)不相等，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算，充分考慮各次諧

35、波幅值和相位的差異?？紤]各次諧波幅值和相位的差異。 換流變壓器三相漏抗不平衡也將使直流電壓換流變壓器三相漏抗不平衡也將使直流電壓中產(chǎn)生非特征諧波。中產(chǎn)生非特征諧波。chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4434.3 換流器非特征諧波換流器非特征諧波 常見的非特征諧波常見的非特征諧波換流器交流側(cè)換流器交流側(cè)換流器直流側(cè)換流器直流側(cè)雙極HVDC原理圖,21,10, 9 , 7 , 5 , 3 , 2h1,2,3,5,7,9,h chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4444.4 換流站諧波抑

36、制措施換流站諧波抑制措施 常用措施：常用措施：增加換流器的脈動(dòng)（波）數(shù)增加換流器的脈動(dòng)（波）數(shù)裝設(shè)濾波器裝設(shè)濾波器項(xiàng)目項(xiàng)目 方法方法1（增加脈動(dòng)數(shù)）（增加脈動(dòng)數(shù)） 方法方法2（裝設(shè)濾波器）（裝設(shè)濾波器）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1、 減少注入減少注入AC、DC系統(tǒng)系統(tǒng)的諧波成分；的諧波成分；2、提高注入、提高注入AC、DC系統(tǒng)系統(tǒng)的最低次特征諧波次數(shù)。的最低次特征諧波次數(shù)。1、降低注入降低注入AC、DC系系統(tǒng)的諧波量；統(tǒng)的諧波量；2、可兼作無功補(bǔ)償設(shè)備。、可兼作無功補(bǔ)償設(shè)備。缺點(diǎn)缺點(diǎn)脈動(dòng)數(shù)過大（大于脈動(dòng)數(shù)過大（大于12）時(shí)，）時(shí)，換流站投資太大換流站投資太大1、投資大、投資大2、占地大、占地大現(xiàn)狀現(xiàn)狀典型設(shè)計(jì)方

37、案：雙極雙橋典型設(shè)計(jì)方案：雙極雙橋調(diào)諧或調(diào)諧高通型濾波器調(diào)諧或調(diào)諧高通型濾波器雙極HVDC原理圖chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4454.5 交流濾波器設(shè)計(jì)交流濾波器設(shè)計(jì) 濾波器濾波器抑制換流器產(chǎn)生的注入交、直流系統(tǒng)諧波的設(shè)備。抑制換流器產(chǎn)生的注入交、直流系統(tǒng)諧波的設(shè)備。類型類型 交流濾波器、直流濾波器交流濾波器、直流濾波器有源濾波器、無源濾波器有源濾波器、無源濾波器無源濾波器：無源濾波器：雙極HVDC原理圖調(diào)諧型調(diào)諧型濾波器濾波器高通型高通型濾波器濾波器調(diào)諧調(diào)諧高通型高通型濾波器濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高

38、壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4464.5 交流濾波器設(shè)計(jì)交流濾波器設(shè)計(jì)無源濾波器類型無源濾波器類型(a) 單調(diào)諧濾波器；單調(diào)諧濾波器；(b) 雙調(diào)諧濾波器；雙調(diào)諧濾波器；(c) 三調(diào)諧濾波器；三調(diào)諧濾波器；(d) 二階高通濾波器；二階高通濾波器；(e) 三階高通濾波器；三階高通濾波器；(f) C型阻尼濾波器型阻尼濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償47單調(diào)諧濾波器基本原理單調(diào)諧濾波器基本原理 單調(diào)諧濾波器由電感電容串聯(lián)組成。 阻抗頻率特性為： 單調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器1()fhfhhhZRjLC 阻抗隨頻率變化的關(guān)系曲線，如下圖所

39、示。Rfh Zfh 諧振頻率為： 諧振次數(shù)為： 品質(zhì)因數(shù)為： LChff2110LCffh1101RCLCRhRLhQ111chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償48 不同的品質(zhì)因數(shù)下，單調(diào)諧濾波器的頻偏不同的品質(zhì)因數(shù)下，單調(diào)諧濾波器的頻偏阻抗特性曲線阻抗特性曲線如下如下圖圖所所示示。品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)越大，在越大，在理想諧振點(diǎn)處，濾波器阻抗越小。理想諧振點(diǎn)處，濾波器阻抗越小。2302352402452500.020.030.040.050.060.070.080.090.10.11頻 率Zf(歐姆) Q=20Q=80Q=50品質(zhì)因數(shù)選取品質(zhì)因數(shù)選取單調(diào)諧

40、濾波器單調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償49 品質(zhì)因數(shù)決定了濾波器調(diào)諧的敏銳度。品質(zhì)品質(zhì)因數(shù)決定了濾波器調(diào)諧的敏銳度。品質(zhì)因數(shù)越大，則電阻越小，濾波器的調(diào)諧越敏銳。因數(shù)越大，則電阻越小，濾波器的調(diào)諧越敏銳。品質(zhì)因數(shù)過大，會(huì)使被濾除諧波頻率的頻帶過窄品質(zhì)因數(shù)過大，會(huì)使被濾除諧波頻率的頻帶過窄，當(dāng)系統(tǒng)頻率或?yàn)V波電容器、電抗器參數(shù)發(fā)生偏，當(dāng)系統(tǒng)頻率或?yàn)V波電容器、電抗器參數(shù)發(fā)生偏差時(shí)容易發(fā)生失諧；品質(zhì)因數(shù)過小，會(huì)使濾波器差時(shí)容易發(fā)生失諧；品質(zhì)因數(shù)過小，會(huì)使濾波器的損耗增大。品質(zhì)因數(shù)的典型取值為的損耗增大。品質(zhì)因數(shù)的典型取值為30603060。 實(shí)

41、際工程中，低壓400V系統(tǒng)，一般約為30左右；10kV及以上系統(tǒng)，可達(dá)到50及以上。單調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償50等值頻率偏差（失諧度）概念等值頻率偏差（失諧度）概念單調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償51單調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償52 單調(diào)諧濾波器由電容與電單調(diào)諧濾波器由電容與電感串聯(lián)而成，其諧振頻率與某感串聯(lián)而成，其諧振頻率與某低次諧波一致，用來消除該低低次諧波一致，用來消除

42、該低次諧波。對(duì)應(yīng)于調(diào)諧頻率，電次諧波。對(duì)應(yīng)于調(diào)諧頻率，電容器與電抗器的阻抗匹配，濾容器與電抗器的阻抗匹配，濾波器呈純阻性。頻率低于諧振波器呈純阻性。頻率低于諧振頻率時(shí)，濾波器呈容性，頻率頻率時(shí)，濾波器呈容性，頻率高于諧振頻率時(shí)，濾波器則呈高于諧振頻率時(shí)，濾波器則呈現(xiàn)感性?，F(xiàn)感性。調(diào)諧次數(shù)選取調(diào)諧次數(shù)選取Rfh Zfh1()fhfhhhZRjLC單調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償53單調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器 由于系統(tǒng)阻抗往往呈現(xiàn)為感性，單調(diào)諧濾波器的調(diào)由于系統(tǒng)阻抗往往呈現(xiàn)為感性，單調(diào)諧濾波器的調(diào)諧次數(shù)應(yīng)偏離（小于）所要濾除的主要

43、諧波的次數(shù)。諧次數(shù)應(yīng)偏離（小于）所要濾除的主要諧波的次數(shù)。確保在所要濾除的主要諧波的次數(shù)濾波器與系統(tǒng)阻抗確保在所要濾除的主要諧波的次數(shù)濾波器與系統(tǒng)阻抗均為感性，避免在該頻次諧波電流的放大。均為感性，避免在該頻次諧波電流的放大。 一般情況下，可選取調(diào)諧次數(shù)為所要濾除的主要諧一般情況下，可選取調(diào)諧次數(shù)為所要濾除的主要諧波的次數(shù)的波的次數(shù)的0.960.98倍倍。chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償54 雙調(diào)諧濾波器是調(diào)諧到兩個(gè)串聯(lián)諧振頻率的濾波器，由串雙調(diào)諧濾波器是調(diào)諧到兩個(gè)串聯(lián)諧振頻率的濾波器，由串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振回路串接而成，有如聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振回路串接

44、而成，有如下下圖圖所示的幾種型式。所示的幾種型式。雙調(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償55雙調(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器 考慮元件考慮元件內(nèi)阻的基本型式內(nèi)阻的基本型式的雙調(diào)諧濾波器的雙調(diào)諧濾波器如下圖所示。如下圖所示。 chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償56雙調(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償57 雙調(diào)諧濾波器的阻頻特性 如右圖所示。由圖可見，雙調(diào)諧濾波器的阻頻特性類似于兩個(gè)單調(diào)諧濾波器組合的阻頻特性。因此，雙調(diào)諧濾波器可替換

45、兩個(gè)單調(diào)諧濾波器。 雙調(diào)諧濾波器有兩個(gè)串諧點(diǎn)、一個(gè)并諧點(diǎn)。圖中， 、 為雙調(diào)諧的兩串聯(lián)諧振頻率，為雙調(diào)諧的并聯(lián)諧振頻率。 帶有并聯(lián)電阻的雙調(diào)諧濾波器的阻頻特性類似于基本型式的雙調(diào)諧濾波器的特性。331h2h0雙調(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償58雙調(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償59 雙調(diào)諧濾波器中，并聯(lián)電阻可起到防止過電壓、雙調(diào)諧濾波器中，并聯(lián)電阻可起到防止過電壓、降低并聯(lián)諧振幅值、降低濾波器間及濾波器與系統(tǒng)間降低并聯(lián)諧振幅值、降低濾波器間及濾波器與系統(tǒng)間發(fā)

46、生諧振的可能性，并可使濾波器獲得較好的高通濾發(fā)生諧振的可能性，并可使濾波器獲得較好的高通濾波性能等。但并聯(lián)電阻加大了兩串諧點(diǎn)附近的阻抗，波性能等。但并聯(lián)電阻加大了兩串諧點(diǎn)附近的阻抗，對(duì)低次諧波的濾波效果有所影響，增加了諧波有功損對(duì)低次諧波的濾波效果有所影響，增加了諧波有功損耗。并聯(lián)電阻應(yīng)根據(jù)過電壓實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)選取阻值，并耗。并聯(lián)電阻應(yīng)根據(jù)過電壓實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)選取阻值，并同時(shí)考慮濾波等的要求。同時(shí)考慮濾波等的要求。 對(duì)于高電壓、大容量的濾波與無功功率補(bǔ)償來說對(duì)于高電壓、大容量的濾波與無功功率補(bǔ)償來說，采用雙調(diào)諧濾波器代替兩單調(diào)諧或高通濾波器，具，采用雙調(diào)諧濾波器代替兩單調(diào)諧或高通濾波器，具有技術(shù)上和經(jīng)

47、濟(jì)上的優(yōu)越性。但由于雙調(diào)諧濾波器構(gòu)有技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性。但由于雙調(diào)諧濾波器構(gòu)成復(fù)雜、調(diào)諧困難，在較低電壓時(shí)是否應(yīng)用，應(yīng)通過成復(fù)雜、調(diào)諧困難，在較低電壓時(shí)是否應(yīng)用，應(yīng)通過相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來決定。相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來決定。雙調(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償60三調(diào)諧濾波器 (a)電路圖電路圖 (b)阻阻-頻特性曲線頻特性曲線圖圖 典型三調(diào)諧濾波器典型三調(diào)諧濾波器 三調(diào)諧濾波器的特點(diǎn)是可同時(shí)對(duì)三個(gè)頻率的諧波進(jìn)行有效抑制，濾三調(diào)諧濾波器的特點(diǎn)是可同時(shí)對(duì)三個(gè)頻率的諧波進(jìn)行有效抑制，濾波效率更高，占地少。但是這種濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)諧

48、困難。如果采用波效率更高，占地少。但是這種濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)諧困難。如果采用兩組三調(diào)諧濾波器，則投資費(fèi)用很高。當(dāng)只采用一組三調(diào)諧濾波器的時(shí)兩組三調(diào)諧濾波器，則投資費(fèi)用很高。當(dāng)只采用一組三調(diào)諧濾波器的時(shí)候，一旦濾波器出現(xiàn)故障而退出運(yùn)行，直流線路的諧波可能超標(biāo)。候，一旦濾波器出現(xiàn)故障而退出運(yùn)行，直流線路的諧波可能超標(biāo)。 右圖為典型三調(diào)諧濾波器電路及阻-頻特性曲線。三調(diào)諧濾波器三調(diào)諧濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償61二階高通濾波器基本原理二階高通濾波器基本原理 二階減幅濾波器是在實(shí)際工程中最廣泛應(yīng)用二階減幅濾波器是在實(shí)際工程中最廣泛應(yīng)用的高通濾波

49、器，高通濾波器在無限大至截止頻率的高通濾波器，高通濾波器在無限大至截止頻率范圍內(nèi)，其阻抗是一個(gè)與它的電阻同數(shù)量級(jí)的低范圍內(nèi)，其阻抗是一個(gè)與它的電阻同數(shù)量級(jí)的低阻抗，從而使得高通濾波器對(duì)截止頻率以上的高阻抗，從而使得高通濾波器對(duì)截止頻率以上的高次諧波形成一個(gè)公共的電流通路，有效濾除這些次諧波形成一個(gè)公共的電流通路，有效濾除這些諧波。諧波。二階高通濾波器二階高通濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償62 高通濾波器的截止頻率為高通濾波器的截止頻率為 對(duì)應(yīng)的截止諧波次數(shù)為對(duì)應(yīng)的截止諧波次數(shù)為 在無限大至截止頻率的頻率范圍內(nèi)，高通濾波器的阻在無限大至截止頻

50、率的頻率范圍內(nèi)，高通濾波器的阻抗是一個(gè)與它的電阻同數(shù)量級(jí)的低阻抗，從而使得高通濾抗是一個(gè)與它的電阻同數(shù)量級(jí)的低阻抗，從而使得高通濾波器對(duì)截止頻率以上的高次諧波形成一個(gè)公共的電流通路波器對(duì)截止頻率以上的高次諧波形成一個(gè)公共的電流通路，有效濾除這些諧波。，有效濾除這些諧波。 RCf210RXCRfffhC110021二階高通濾波器二階高通濾波器為了便于計(jì)算，引入?yún)?shù)為了便于計(jì)算，引入?yún)?shù)m mm m的取值一般在的取值一般在0.50.52 2之間。之間。 CRLm2chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償63二階高通濾波器二階高通濾波器chap.4 高壓直流輸電

51、的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償64二階高通濾波器損耗二階高通濾波器損耗 高通濾波器的主要損耗由電阻產(chǎn)生。以下討論中假定高通濾波器的主要損耗由電阻產(chǎn)生。以下討論中假定電容和電感為純無功元件，僅討論電阻中損耗。電容和電感為純無功元件，僅討論電阻中損耗。 當(dāng)當(dāng)h次諧波電流次諧波電流Ih通過高通濾波器時(shí)，不難得到電阻通過高通濾波器時(shí)，不難得到電阻中的電流中的電流IRh：2220RhhhmIIhh m電阻中的功率損耗電阻中的功率損耗PRh為：為： 22011RhRhRhPRIIhC二階高通濾波器二階高通濾波器2222221001Rhhh mPIChhh mchap.4 高壓直流輸電

52、的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償65 二階高通濾波器截止諧波次數(shù)二階高通濾波器截止諧波次數(shù)h0h0較小時(shí)，將使電阻中較小時(shí)，將使電阻中諧波功率損耗大大增加。諧波功率損耗大大增加。 需說明，雖然二階高通濾波器電阻中工頻損耗往往不需說明，雖然二階高通濾波器電阻中工頻損耗往往不占主要地位，因?yàn)楣ゎl電流大部分被電抗器分流（占主要地位，因?yàn)楣ゎl電流大部分被電抗器分流（XL/R=m/h01XL/R=m/h01）, ,但當(dāng)?shù)?dāng)h0h0較小（電阻較?。娮鑂 R相應(yīng)較大）時(shí)，工頻相應(yīng)較大）時(shí)，工頻損耗可能遠(yuǎn)大于諧波損耗。損耗可能遠(yuǎn)大于諧波損耗。 損耗意味著能量損失（效率下降、投入與使用成本

53、增損耗意味著能量損失（效率下降、投入與使用成本增加）、發(fā)熱等。加）、發(fā)熱等。 因此，因此， h0 h0不宜過小。若不宜過小。若h0h0較小，則應(yīng)采取特殊措施較小，則應(yīng)采取特殊措施。二階高通濾波器二階高通濾波器2222221001Rhhh mPIChhh mchap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償66 是對(duì)二階高通濾波器的改造，在二階高通濾波器電抗是對(duì)二階高通濾波器的改造，在二階高通濾波器電抗器（電感為器（電感為L(zhǎng) L）回路中串接一個(gè)電容器（）回路中串接一個(gè)電容器（CdCd），使得），使得L L與與CdCd在基波頻率下諧振，從而使得基波電流幾乎全部流經(jīng)在基波

54、頻率下諧振，從而使得基波電流幾乎全部流經(jīng)LLCdCd支路，不通過電阻支路，不通過電阻R R，從而達(dá)到降低能耗的目的。，從而達(dá)到降低能耗的目的。 C C型高通濾波器其它參數(shù)的計(jì)算同二階高通濾波器，型高通濾波器其它參數(shù)的計(jì)算同二階高通濾波器，其濾波性能與二階高通濾波器相近，但有功功率損耗較低其濾波性能與二階高通濾波器相近，但有功功率損耗較低， C C型高通濾波器又稱為低能耗濾波器，適用于型高通濾波器又稱為低能耗濾波器，適用于截止頻次截止頻次h0h0較低（一般較低（一般7 7次以下）且基波無功補(bǔ)償容量較大的場(chǎng)合次以下）且基波無功補(bǔ)償容量較大的場(chǎng)合。 典型的應(yīng)用是在鋼鐵企業(yè)。典型的應(yīng)用是在鋼鐵企業(yè)。C

55、型高通濾波器型高通濾波器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4674.5.2 交流濾波器配置交流濾波器配置配置原則配置原則滿足換流站各次諧波電流滿足換流站各次諧波電流HRI和換流母線和換流母線THDU的設(shè)計(jì)規(guī)范要求；的設(shè)計(jì)規(guī)范要求；類型不宜太多，類型不宜太多，23種為宜；種為宜；宜采用宜采用調(diào)諧高通型濾波器調(diào)諧高通型濾波器；分組（指大組）盡可能少。分組（指大組）盡可能少。雙極HVDC原理圖chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4684.5.2 交流濾波器配置交流濾波器配置我國(guó)部分我國(guó)部

56、分HVDC工程交流濾波器配置工程交流濾波器配置工程名稱工程名稱整流站整流站逆變站逆變站葛葛-南南11/13（HP型）、型）、23/25（HP型）型）(Q1 =67Mvar)11/13（HP型）、型）、23/25（HP型）型）(Q1 =87Mvar)天天-廣廣 11/13（HP型）、型）、23/25（HP型）型）三三-常常11/13（HP型）、型）、24/36（HP型）、型）、3 （HP型）型）12/24（HP型）型）舟山舟山5、7、11、13、HP5、7、11、13、HP嵊泗嵊泗5、7、11、13、HP3、5、7、11、13、HPchap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波

57、抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4694.6 直流濾波器設(shè)計(jì)直流濾波器設(shè)計(jì)直流濾波器類型直流濾波器類型極線直流濾波器極線直流濾波器調(diào)諧型濾波器調(diào)諧型濾波器高通型濾波器高通型濾波器調(diào)諧高通型濾波器調(diào)諧高通型濾波器中性線直流濾波器中性線直流濾波器中性點(diǎn)沖擊電容器中性點(diǎn)沖擊電容器chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4704.6 直流濾波器設(shè)計(jì)直流濾波器設(shè)計(jì)配置原則配置原則滿足直流線路等效干擾電流的設(shè)計(jì)規(guī)范要求；滿足直流線路等效干擾電流的設(shè)計(jì)規(guī)范要求；直流電纜線路不裝濾波器；直流電纜線路不裝濾波器；直流極線宜裝設(shè)直流極線宜裝設(shè)2組濾波器；組濾波器；一

58、般為調(diào)諧型濾波器。一般為調(diào)諧型濾波器。DCF配置chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4714.6 直流濾波器設(shè)計(jì)直流濾波器設(shè)計(jì)我國(guó)部分我國(guó)部分HVDC工程直流濾波器配置工程直流濾波器配置工程名稱工程名稱整流站整流站逆變站逆變站葛葛-南南12/24（HP型）、型）、12/36天天-廣廣 12/24（HP型）、型）、APF三三-常常1*12/24（HP型）、型）、1* 12/36舟山舟山無無嵊泗嵊泗無無chap.4 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償高壓直流輸電的諧波抑制與無功補(bǔ)償2022-7-4724.7 換流站無功補(bǔ)償換流站無功補(bǔ)償 換流器吸收無功功率換流器吸收無功功率 采用普通晶閘管換流閥進(jìn)行換流的高壓采用普通晶閘管換流閥進(jìn)行換流的高壓直流輸電換流站，一般均采用電網(wǎng)電源換相控直流輸電換流站，一般均采用電網(wǎng)電源換相控制技術(shù)，其特點(diǎn)是換流器在運(yùn)行中要從交流系制技術(shù)，其特點(diǎn)是換流器在運(yùn)行中要從交流系統(tǒng)吸取大量的無功功率。整流側(cè)和逆變側(cè)吸取統(tǒng)吸取大量的無功功率。整流側(cè)和逆變側(cè)吸取的無功功率與換流站和交流系統(tǒng)之間交換的有的無功功率與換流站和交流系統(tǒng)之間交換的有功功率成正比，在額定工況時(shí)整流裝置所需的功