高压直流输电的谐波抑制与无功补偿

6脉动换流器谐波电压有效值 Ud 0 2 U d h ( , ) C12 C2 2C1C2 cos(2 ) 2
其中
理想空载直流电压：
Ud 0 3 2

E 1.35E
] 2 C1 h 1 cos[(h 1) ] 2 C2 h 1
引起电机机械振动；
对电信设备产生干扰；
使控制保护设备误动作；
降低测量精度。
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.1 高压直流输电谐波的基本问题
谐波分析方法：傅立叶级数法 傅立叶级数：
一个非正弦周期性函数 f (x)，当其满足狄里克 雷（Dirichlet）条件时，它可以用傅立叶级数表 示为：

h pk
脉动数
h 6k 即 h 6,12,18, 24,30,36, 42, 48,
6脉动换流器: 12脉动换流器: 即

h 12k h 12, 24,36, 48,
双极HVDC原理图， 电压波形
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2.2 换流器直流侧特征谐波
不等间隔触发
双极HVDC原理图， 假设条件
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.3 换流器非特征谐波
常见的非特征谐波
换流器交流侧
h 2,3,5,7,9,10,21,
换流器直流侧
h 1, 2,3,5,7,9,
双极HVDC原理图
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2.1 换流器交流侧特征谐波
影响谐波电流数值的因素
换相角 ： 随着 的增加，每次谐波有多个极 值点，但总趋势为下降。 触发角α： α 增加，各次谐波数值减小，但影 响小。 谐波次数h ： h 增加，各次谐波数值减小
5次电流，11次电流，25次电流 2013-8-19 14
cos[(h 1)

当 =0时
2U d 0 U d h ( , 0) 2 h 1
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cos 2 h 2 sin 2
chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2.2 换流器直流侧特征谐波
影响谐波电压数值的因素
换相角 ： 随着 的增加，每次谐波有多个极 值点，但总趋势为上升。 触发角α： α 增加，各次谐波数值增大。 谐波次数h ： h 增加，各次谐波数值减小
4) 平波电抗器的电感为无穷大；
5) 晶闸管具有理想的开关特性；
6) 等间隔触发
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2.1 换流器交流侧特征谐波
12脉动换流器相电流波形
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2.1 换流器交流侧特征谐波
6次电压，24次电压 2013-8-19 19
chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.3 换流器非特征谐波
非特征谐波
换流器交、直流侧的电流和电压中，除特征谐 波之外的谐波分量。
出现的原因：假设条件不完全满足.如:
换流母线电压畸变、不对称；
换流变压器阻抗不对称；
换流变压器杂散电容的影响；
4.1 高压直流输电谐波的基本问题 4.2 换流器特征谐波 4.3 换流器非特征谐波 4.4 换流站谐波抑制措施 4.5 交流滤波器设计
4.6 直流滤波器设计
4.7 换流站无功补偿
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.1 高压直流输电谐波的基本问题
谐波
中性点冲击电容器
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.6 直流滤波器设计
配置原则
满足直流线路等效干扰电流的设计规范要求； 直流电缆线路不装滤波器； 直流极线宜装设2组滤波器；
缺点
现状
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脉动数过大（大于12）时， 1、投资大 换流站投资太大 2、占地大
典型设计方案：双极双桥
双极HVDC原理图
调谐或调谐高通型滤波器
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.5 交流滤波器设计
滤波器
抑制换流器产生的注入交、直流系统谐波的设备。
类型
交流滤波器、直流滤波器
chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.4 换流站谐波抑制措施

常用措施： 增加换流器的脉动（波）数
装设滤波器
方法2（装设滤波器） 项目 优点 方法1（增加脉动数）
1、 减少注入AC、DC系统 1、降低注入AC、DC系 的谐波成分； 统的谐波量； 2、提高注入AC、DC系统 2、可兼作无功补偿设备。 的最低次特征谐波次数。
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2.2 换流器直流侧特征谐波
ud ud 1 ud 2
12脉动换流器整流电压波形
ud 2
ud 1
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2.2 换流器直流侧特征谐波
特征谐波次数
式中 k N
流侧的整流电压中所包含的谐波。

换流器交流侧特征谐波 换流器直流侧特征谐波
双极HVDC原理图，
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2 换流器特征谐波
特征谐波分析的假设条件
1) 交流电源为对称的正弦波； 2) 交流输电系统及换流变压器阻抗对称； 3) 不计交流系统中各元件的电阻及换流变压器 的激磁导纳；
特征谐波次数
式中 k N

h pk 1
脉动数
6脉动换流器: 即
h 6k 1 h 5,7,11,13,17,19, 23, 25,

12脉动换流器: 即
h 12k 1 h 11,13, 23, 25,
双极HVDC原理图， 电流波形
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
天-广 三-常
舟山 嵊泗
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5、7、11、13、HP 5、7、11、13、HP
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5、7、11、13、HP 3、5、7、11、13、HP
chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.6 直流滤波器设计
直流滤波器类型
极线直流滤波器
调谐型滤波器
高通型滤波器
调谐高通型滤波器Baidu Nhomakorabea
中性线直流滤波器
有源滤波器、无源滤波器
无源滤波器： 调谐型滤波器
高通型滤波器
调谐高通型滤波器
双极HVDC原理图
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.5 交流滤波器设计
无源滤波器类型
(a) 单调谐滤波器；(b) 双调谐滤波器；(c) 三调谐滤波器； (d) 二阶高通滤波器；(e) 三阶高通滤波器；(f) C型阻尼滤波器
高压直流输电
Chap.4 高压直流输电的 谐波抑制与无功补偿
文 俊
华北电力大学 电气与电子工程学院 柔性电力技术研究所 hbdl_wenjun@126.com www.feedtech.cn
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
课程安排
第四章 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿


C A2 B 2 第h次谐波幅值： h h h Bh ) 第h次谐波初相位： h arctan( Ah
式中 k N
2f1
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2 换流器特征谐波
特征谐波：
在假设条件下，换流器交流侧的各相电流和直
A0 f (t ) Ah cos(ht ) Bh sin(ht ) 2 h 1
直角坐标表达式
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.1 高压直流输电谐波的基本问题
其中
f (t )d (t ) 0 2 1 f (t ) cos(ht )d (t ) Ah 0 2 Bh 1 f (t ) sin(ht )d (t ) 0 A0 1
4.5.1 交流滤波器型式
三调谐滤波器特点
与3个单调谐滤波器比较，1个三调谐滤波器投 资更省，但失谐的几率更大。 近来HVDC工程开始采用
单调谐, 双调谐,
三调谐
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.5.2 交流滤波器配置
配置原则
满足换流站各次谐波电流HRI和换流母线THDU
的设计规范要求；
类型不宜太多，2～3种为宜；
宜采用调谐高通型滤波器；
分组（指大组）尽可能少。
双极HVDC原理图
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.5.2 交流滤波器配置
整流站 逆变站
我国部分HVDC工程交流滤波器配置
工程名称 葛-南 11/13（HP型）、23/25 11/13（HP型）、23/25 （HP型） （HP型） (Q1 =67Mvar) (Q1 =87Mvar) 11/13（HP型）、23/25（HP型） 11/13（HP型）、24/36 12/24（HP型） （HP型）、3 （HP型）
2
直流分量/恒定分量：

余弦项系数： 正弦项系数：

式中 k N
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2f1
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.1 高压直流输电谐波的基本问题
傅立叶级数的极坐标表达式
其中

A0 f (t ) Ch cos(ht h ) 2 h 1
4.2.1 换流器交流侧特征谐波
换流变阀侧谐波电流有效值
I h ( , )
I1 ( ,0) S12 S 22 2S1S 2 cos(2 )] h [cos cos( )]
空载时基波电流有效值：
6 I1 ( ,0) I d 0.78I d
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.5.1 交流滤波器型式
Z ( ) 1 2 R (L ) C
2
1、单调谐滤波器
单调谐 低通 滤波 器
（a）电路图
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（b）阻抗-频率特性曲线
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.5.1 交流滤波器型式
chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2.1 换流器交流侧特征谐波
换流器变压器网侧的以下特征谐波 在换流变绕组中环流，不进入交流系统。
h 6k 1
k 2k 1 （k N
）
h 5,7,17,19, 29,31, 41, 43,53,55
双极HVDC原理图， 电流波形， 电流谐波谐波次数
滤除换流器产生的某两次的、较低次的特征谐 波。 又称为：双调谐低通滤波器
单调谐, 双调谐
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.5.1 交流滤波器型式
3、三调谐滤波器
（a）电路图
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（b）阻抗-频率特性曲线
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
双极HVDC原理图， 电流波形
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.2.1 换流器交流侧特征谐波
其中，谐波电流系数：
sin(h 1) 2 S1 h 1 sin(h 1) 2 S2 h 1
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非正弦周期性电气量的正弦波分量,其频率为基
波频率的整数倍。
第h次谐波频率
谐波次数
fh h f1
基波频率
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.1 高压直流输电谐波的基本问题
谐波的危害
使电机、电容器等设备由于附加损耗增加而过 热，缩短寿命；
产生谐波放大甚至谐振，危及设备安全；
2、双调谐滤波器
（a）电路图
（b）阻抗-频率特性曲线
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chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿
4.5.1 交流滤波器型式
双调谐滤波器特点
与2个单调谐滤波器比较，1个双调谐滤波器具有
如下优点： 基频下的功耗小； 只有一个电感器承受全部冲击电压； 投资省。
双调谐滤波器的主要目的