直流输电系统中的一种新型滤波措施

作者：时间：2012-08-28来源：网络收藏

21ic智能电网：摘要：针对直流输电系统对电网的谐波污染日益严重的问题，介绍了一种新型的滤波方法，该方法利用了直流输电系统中换流器的换相过程，通过串联电感来增大换相角从而改善换流器电网侧的电流波形，并串入电容器来补偿电感上的压降，这种方法使得直流输电系统的滤波器大大简化，利用较低的成本获得了较佳的滤波效果。以6脉动的整流器为例，说明了整流器的换相过程，分析了改变换相角大小的因素以及换相角对交流侧电流波形的影响，并通过6脉动的整流实验，验证了该方法在直流输电系统中应用的可行性。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201108.htm

0 引言

近年来，大量的电力电子设备的普遍使用造成电力系统的谐波污染日益严重，直接影响到了电网的安全运行[1-3]。在各种电力电子装置中直流输电工程中的整流和逆变装置所占的比率最大，也是最大的谐波源[4-5]。在高压直流输电中，因换流器的非线性工作方式，换流器会产生大量的谐波并消耗大量的无功功率。这些谐波和无功电流通过换流变压器的阀侧和网侧绕组后流至交流系统中，所以必须在网侧安装大量的无功补偿和滤波装置，但是这些设备要求电压水平等级高，设计难度大，且控制和保护技术难度也较大。电力系统的谐波污染与功率因数降低等电能质量问题引起了电力工作者的广泛关注[6-7]。

目前的高压直流输电系统谐波抑制措施普遍采用装设无源滤波器[8]，它虽然能在一定程度上满足系统滤波要求，但深入研究不难发现其存在如下不足：①为提高电能质量，通常是在电力系统公共连接点处加装滤波兼无功补偿装置[9-10]，但由于电力系统阻抗一般很小，这类方法的实际效果欠佳，而且谐波电流在相关设备内部流动造成损耗增加，设备老化加快，振动与噪音增加，干扰其他设备正常运行等[11];②滤波器按照谐振原理进行设计，失谐现象对滤波器参数特别是滤波器容量和调谐频率的选择具有重要影响。在现有的设计方法中，一般都是凭借工程上的经验来选定滤波器的参数，再通过软件仿真来调整确定[12-15]，导致设计过程复杂，并且滤波效果不够稳定，易于系统阻抗发生串、并联谐振。有源滤波器具有良好的动态补偿效果，但滤波容量较小, 安装容量受到开关器件水平和补偿性能的限制，且初期投资较高[16]，也不适用于高压直流输电系统交流侧谐波抑制。

基于此，笔者提出1 种利用换流器换相重叠角作滤波机理的新型滤波方式，能有效的解决上述无源滤波器、有源滤波器所面临的种种问题。描述了该滤波方式的原理及实现特点，并通过实验现象来对比分析该新型滤波方式与传统无源、有源滤波方式在滤波器设计难易程度、滤波效果的差异。

1 滤波机理

1.1 换流器的换相角现象

高压直流输电每极一般采用2 个6 脉动换流器(又称为单桥换流器)串联构成12 脉动换流器(又称为双桥换流器)的形式;对于±800 kV 特高压直流工程，每极采用2 个12 脉动换流器串联。文中主要讨论新型滤波方法的机理，以6 脉动换流器为例即可，对12 脉动换流器同样适用。6 脉动的整流原理图见图1。

由于正常运行时单桥整流器的6 个阀臂顺序导通，所以不妨假设VT1、VT2 2 个阀臂正处于导通状态，以此分析后续时间中各阀臂的导通过程：

1)VT1、VT2导通阶段。此时，三相电流在图1 所示参考方向下分别为ia=id，ib=0，ic=-id。

2)VT1、VT2、VT3导通阶段。在实际运行中，相电流不可能瞬时改变。因此，电流从一相转移到另一相需要一定的时间，称为换相时间或叠弧时间。相应的“换相角”或“叠弧角”表示为μ。正常运行状态下，换相角小于60°; 典型的满负载值在15°~25°范围内。当0° μ 60°时，换相过程中有3 个阀同时导通。每隔60°开始一次新的换相，并持续角度为μ 的一个时段，因此，当无触发延迟(即α=0)时，2 个阀同时导通的时段角度为60°-μ。在每次换相过程中，加入阀中的电流从0 增大到Id，退出阀中的电流从Id减小到0。

在换相过程中，VT1、VT2、VT3均导通，等效的换流器见图2。