高压直流输电技术论文——谐波及其抑制

高压直流输电技术

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谐波及其抑制

谐波及其抑制是高压直流输电中的重要技术问题之一，由于换流器和非线性特性，在交流系统和直流系统汇中将出现谐波电压和电流，它们对系统本身和用户都会造成影响和危害。

我查阅了一些资料结合课上老师所讲的内容，分块阐述了电力系统谐波的产生及其影响、谐波的检测方法和抑制、高压直流输电系统交流侧谐波分析及滤波配置的探讨、直流输电系统的谐波危害及抑制措施等等，其中在直流输电系统的谐波危害及抑制措施中通过查阅资料以天广(天生桥至广州) 直流输电工程天生桥±500 kV 换流站为例, 着重讨论了交、直流调谐滤波器对谐波的抑制。

一、 谐波的产生及其影响

我们知道,在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态,在使电力传输更加方便、高效的同时,也为用户提供了高效使用电能的手段。但是,电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重,影响了电能质量。目前已成为电力系统的一大公害。因而了解谐波产生的机理,研究消除输供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济高效运行有着非常积极的意义。

所谓谐波就是一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍。根据法国数学家傅立叶(M. Fourier)分析原理证明,任何重复

的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量,周期为T = 2π/ω的非正弦电压

uωt 可分解为: 式中频率为nω( n = 2, 3⋯) 的项即为谐波项,通常也称之为高次谐波。 谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率、幅值与相角。谐波分为偶次与奇次,第3、5、7、9等次的为奇次谐波,而2、4、6、8等为偶次谐波,如基波为50Hz时, 2次谐波为100Hz, 3次谐波则是150Hz。一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n ±1次谐波,例如5、7、11、13、17、19等,变频器

主要产生5、7次谐波。应该注意,我们所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形,电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障引起的过压、欠压均不属谐波范畴;谐波与频率低于工频基波频率的分量和频率非基波频率整倍数的分量有定义上的区别。

谐波主要由谐波电流源产生:当正弦基波电压施加于非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波形不同,电流因而发生了畸变,产生谐波电流,并注入到电网中,这些设备就成了电力系统的谐波源。当前,电力系统的谐波源主要有三大类。

(1)铁磁饱和型:各种铁芯设备,如变压器、电抗器、日光灯(单个功率小,但数量巨大,且分布广)等,其铁磁饱和特性呈现非线性。

(2)电子开关型:含半导体的非线性元件,如各种整流设备、变流器、交直流换流设备中的整流阀和逆变阀、PWM变频器等换流、节能和控制用的电力电子设备,在化工、冶金、矿山、电气铁道等大量工矿企业以及家用电器中广泛使用,并正在蓬勃发展。

(3)电弧型:各种冶炼电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间,其电弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性,使电流不规则的波动。其非线性呈现电弧电压与电弧电流之间不规则的、随机变化的伏安特性。

电网中的高次谐波会造成旋转电机和变压器过热,使电力电容器组工作不正常,对电机、变压器、电容器、电缆等设备造成振动、过热、绝缘老化,严重影响设备的使用寿命甚至直接造成设备损坏;对电力系

统中的发电机、继电保护自动装置和电能计量等也有很大危害,严重时会引发保护误动作,造成重大事故;谐波污染对通信、计算机系统、高精度加工机械,检测仪表等用电设备也有严重的干扰。

在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出,严重影响到各种大型厂矿的正常生产,如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业,以及IT和大规模微电子集成电路企业,造成产品报废、生产线停产、生产设备的寿命骤减甚至损坏。谐波使电网中串、并联设备产生谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率,大量的三次谐波电流流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。谐波对计算机和数控设备具有很大危害,可以影响程序运行,破坏数据,使信息丢失,导致控制系统误动作。谐波能够影响各种电气设备的正常运行。

例如上海大众汽车在生产中所产生的谐波直接影响上海安亭电网,且谐波的干扰使得大众的Devi2ceNet现场总线自动化生产系统无法正常工作;安徽宣城地区电网曾由于小钢厂电弧炉产生的高次谐波造成多起烧坏用户电表的事故。这些谐波污染问题带来的严重经济损失以及随着电力市场的发展趋势,、企业和个人用户对电能质量越来越重视,产生谐波污染的用户需要相应的设备减轻或消除其对周边电力系统的影响,电力运行管理部门也已加强对相关企业的监督管理。谐波问题已成为当前电力系统面临的主要问题。

二、 谐波的检测方法

为了有效补偿和抑制负载产生的谐波电流,首先必须对含有的谐波成分有精确的认识,因而需要实时检测负载电流中的谐波分量。现有的谐波电流检测和分析方法主要基于以下几种原理:

(1)带阻滤波法。这是一种最为简单的谐波电流检测方法,其基本原理是设计一个低阻滤波器,将基波分量滤除,从而获得总的谐波电流量。这种方法过于简单,精度很低,不能满足谐波分析的需要,一般不用。 (2)带通选频法和FFT变换法。带通选频方法采用多个窄带滤波器,逐次选出各次谐波分量。利用FFT变换来检测电力谐波,是一种以数字信号处理为基础的测量方法,其基本过程是对待测信号(电压或电流)进行采样,经A /D转换,再用计算机进行傅里叶变换,得到各次谐波的幅值和相位系数。

这两种方法都可以检测到各次谐波的含量,但以模拟滤波器为基础

的带通选频法装置,结构复杂,元件多,测量精度受元件参数、环境温度和湿度变化的影响大,且没有自适应能力;后一种检测方法其优点是可同时测量多个回路,能自动定时测量。缺点是采样点的个数谐波测量的最高次数,具有较长的时间延迟,实时性较差。

(3)瞬时空间矢量法。该方法基于自适应干扰抵消原理,将电压作为参考输入,负载电流作为原始输入,从负载电流中消去与电压波形相同的有功分量,得到需要补偿的谐波与无功分量。该自适应检测系统的特点是在电压波形畸变情况下也具有较好的自适应能力,缺点是动态响应速度较慢。在此基础上,又有学者提出一种基于神经元的自适应谐波的电流检测法。

从以上检测方法看,基于瞬时无功功率理论的瞬时空间矢量法简单易行,性能良好,并已趋于完善和成熟,今后仍将占主导地位。基于神经元的自适应谐波电流检测法和小波变换检测法等新型谐波检测方法虽已有应用于工程实际,但还刚刚起步,还有待进一步发展。

三、 谐波的抑制

为保证供电质量、净化电网,防止谐波对电网及各种电力设备的危害,除要对发、供、用电系统加强管理外,还必须采取必要的措施来抑制谐波。抑制谐波应从以下两个方面来考虑:一是产生谐波的非线性负荷;二是受危害的电力设备和装置。实际中应以系统的方法对这两个方面综合加以研究和考虑,采用技术经济最合理的方案来抑制和消除电网谐波。减少谐波源的谐波含量,由于存在的谐波源各式各样,采取的抑制措施也各式各样。

⑴对整流、换流设备靠增加可控硅变换装置的脉冲数来降低谐波含量,换流装置产生的谐波电流的次数为: n = m p ±1

式中:m ———从1开始的任意正整数; p———换流装置的脉冲数。 各次谐波电流的有效值为: 式中I1 —基波电流有效值(A or kA) ;

Kn - 因重叠角影响的谐波系数,一般

⑵适当地改变供电系统的运行方式可以达到遏制谐波影响的目的,如尽可能地保持三相负荷电流的平衡,就可以减少mp ±1次以外的非理论高次谐波电流。

改变供电系统的运行方式一般有如下几种方法:一是保持三相负荷电流的平衡;二是减少空载运行的变压器数量;三是改善电网电压的质量;四是坚决避免系统电压运行时超标;五是在系统参数可能造成谐振时,倒换系统参数或设备以错开共振点或调整无功补偿容量;六是在存在较大容量的谐波源负荷情况下,提高供电电压等级或采用专线供电。

⑶在电容器回路串接电抗器来抑制谐波,这种方法实际上是利用无功补偿用的电容器来抑制谐波。在电容器回路串接电抗器组成滤波器,是目前国内外抑制谐波所广泛采取的措施。即形成一个对n次谐波串联谐振的回路。在电容器组回路串接电抗器组成滤波器形式, 则

式中若: 则Un = 0,即母线n次谐波电压被彻底的抑制。由此就可以得出串接电抗器的电抗值。 已知串联谐振时:

;即,则 , 即

串联电抗的基波值是基波容抗的

当n = 3时

当

实际采用的是3次谐波滤波器串联13% 的电抗器, 5次谐波滤波器串联6% 的电抗器,并不是正好地采用11%和4%的值,稍大一点是为了使电容器回路阻抗呈感性和避免完全谐振时电容器的过电流。值得注意的是电容器回路串接电抗器后,电容器两端的电压相应升高:_

_

⑷在谐波源处就近安装滤波器, 是在谐波源设备已经确定的情况下, 防止谐波电流注入电网的有效措施。安装滤波器的基本原则是:靠近谐波源吸收谐波电流。因为待到谐波电流注入高压电网后再采取措施,无论在技术上还是经济上都是不合理的。

滤波器由R、L、C组成,除广泛使用的交流滤波器外,还有利用时域补偿原理的有源滤波器,能做到适时补偿,且不增加电网的容性元件,通过监测实时谐波状况,在线计算出所含谐波分量,产生相应的控制信号,去控制可关断功率器件一般是IGBT构成的逆变电路,产生所需补偿的电流谐波分量,并联接入产生谐波的主回路中,达到迅速的动态跟踪抑制谐波的效果。

⑸提高供电系统容量是抑制谐波影响和危害的重要措施之一。加大供电系统容量,供电系统等值短路阻抗将减小,母线谐波电压水平就降低;选择合理的供电电压也可以降低谐波影响和危害,高压电网的短路容量大,有承担较大谐波的能力,所以大容量的谐波设备,可以由更高一级电网供电。随着电器产品制造技术的提高,已能制造出高电压大容量的滤波装置。所以应在详细的技术经济论证后,确定选用大容量滤波器或用更高一级的电压供电。选择系统与变压器的接线方式以便把三的倍数次谐波的产生减至最小。例如采用星形三角形接线,三角形侧谐波无法流出。

⑹利用相数倍增法也可以消除某些次谐波,电力系统中接入的非线性器件,往往正是利用这些器件的非线性来达到技术上的某种目的,所以不能用降低甚至消除非线性来达到技术上的某种目的。但高次谐波都是一些正弦交流量,它的大小和方向与相位有关,所以总可以设法让次

数相等、相位相反的谐波相互抵消。例如对于两个三相系统,如果它们的相位相差30о时,它们的5, 7, 17, 19及29, 31次谐波可以消除。如果它们的相位相差15о的四组三相系统可消除11, 13及35, 37等次谐波。随着谐波的研究的深入,一定会有更加先进的理论、方法和谐波滤波产品为我们服务,将谐波控制在最小范围内,达到科学合理用电、抑制电网污染、提高电能质量的要求。

四、高压直流输电系统交流侧谐波分析及滤波配置的探讨

高压直流(HVDC)输电在远距离、大容量方面独具优势，而换流变压器是一大功率、非线性电子元器件，在系统中产生大量非特征和特征谐波，对供电质量是一种“污染”，严重干扰周围通信系统，而且使输电系统电气设备发热而损坏，严重时在输电系统产生并联和串联谐振。目前抑制谐波的方法有两种，一种是增加换流器的脉波数，另一种是装设交流滤波器和直流滤波器。直流工程中采用6脉波和12脉波换流器并配置滤波器比采用24脉波更经济。而滤波方法分为疏导法，如串联调谐滤波器与主电路并联，阻塞法如平波电抗器与主电路串联，考虑到经济和滤波效果，交流侧主要采用交流滤波器，直流侧采用平波电抗器和直流滤波器。

1） 换流站交流侧谐波分析

要对输电系统谐波进行疏导，就必须对输电系统的谐波作定量的分析，这里就6脉波系统的交流侧谐波进行分析，假设换流器交流侧三相对称，稳态运行。变压器电气联结为Y／Y型，为了简化分析，得出定量有用的结果，设三极晶体闸流管V1～V6以触发角=0依次进行触发时的情况，三相6脉波整流器电气联结如图1，交流侧三相电压波形如图2，经过触发脉冲对阀的控制，阀侧输出三相电流波形如图3。当以T为周期的电压、电流满足狄利克雷条件时，它可以用傅氏级数表示为：

其中：

现在对电流波形分析可知

， 三相电流波形完全相同，相位

相差，矩形波的宽度为，正负脉冲的相位相差耵。现用傅里叶级数来表示i ，为简化计算，取ia 正矩形波的中点为相位的参考点，电流积分示意图如图4，这样，即函数对称，傅里叶级数中只含有基波和奇次谐波，无直流分量，又由于

即偶函数，傅氏级数便只有余弦项。

现在对上面的结果进行分析得到傅立叶级数展开式：

基于傅立叶级数展开式可知，当Y／Y型换流变压器变比为1时，交流网侧电流和阀侧电流相同。可见交流侧除了基波外，还含有n=6k1(K=1，2，3⋯ )的奇次谐波分量，又称6脉波换流器交流测的特征谐波，且不含有3倍次非特征谐波。且基波和6k+1次谐波呈正序，6k一1次谐波呈负序，3倍次非特征呈零序，各次谐波的幅值近似为基波幅值的。

2)交流侧滤波器配置及滤波效果根据交流侧这些特征，对于6脉波换流器交流侧滤波器支路需配置5、7、1 1、13次单调谐滤波器和高通滤波器，对于l2脉波换流器交流侧滤波器支路配置11、13次单调谐滤波器和高通滤波器，其接线形式如图5。

而在实际运行中，由于交流系统存在非线性负荷或三相参数不完全对称，在交流系统中存在基波的负序和零序电压分量。对于6脉波系统而言，基波和6k +1次谐波电流中除了正序分量外，将出现负序分量，6k一1次谐波也将出现正序分量，并且在交流侧存在如3，9，15⋯ 等3倍次非特征谐波。对于1 2脉波系统实际运行情况，交流侧存在n=12k±1(K=1，2，3⋯)等特征谐波，也存在3、24、36⋯ 3倍次非特征谐波。从经济方面考虑，采用双调谐滤波器和三调谐滤波器代替单调谐滤波器，

如贵广直流l2脉波换流站中采用4组双调谐无源滤波器(DT11／13)和4组三调谐无源滤波器(TT3／24／36)，也可以采用DT12／24滤除11、13、23、25次谐波，如天广直流l2脉波换流站中采用4组双调谐无源滤波器(DT12／24)、3组双调谐滤波器DT3／36、3组单调谐滤波器ST48、一组单调谐滤波器ST36。贵广直流工程双调谐滤波器(DT11／13)阻抗特性如图6，三调谐滤波器阻抗特性如图7，所有滤波器投入时仿真效果如图8。

双调谐滤波器或三调谐滤波器除可以同时消除两个或三个不同频率的谐波外，而且其中一个谐振回路承受电压的强度较低，因而与完成同样功能的两个或三个单调谐滤波器相比，它占用面积小，投资少，经济性好。这种滤波器配置方法在直流工程中广泛的采用，如在天广工程中采用了双调谐滤波器，在贵广工程中采用双调谐滤波器和三调谐滤波器。并且交流滤波器具有滤除谐波和补偿无功双重功效，它与无功补偿电容器相互配合，完成无功补偿和滤波。经过加设滤波器，直流输电系统的供电质量得到明显改善，换流站电气设备得到有效的保护。

五、直流输电系统的谐波危害及抑制措施

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。 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。这里以天广(天生桥至广州) 直流输电工程天生桥±500 kV 换流站为例, 着重讨论交、直流调谐滤波器对谐波的抑制。

1）、 直流输电系统的谐波危害

换流变在交、直流两侧都会产生谐波电压和谐波电流, 如果进入交流电网和直流输电线路的谐波分量过大, 就会对换流器本身和交流系统的运行以及邻近通信系统产生不良影响。

a、 在旋转电机和电容器中产生附加损耗而发热

旋转电机中的谐波电流将产生附加损耗, 因而使电机过热, 这种影响主要由于有效值较大的低次谐波造成的。虽然低电阻的阻尼绕组可以使转子铁芯对谐波磁通起蔽作用, 但只有在凸极同步机上才用阻尼

绕组。因此, 实心转子的同步机中仍会由于谐波磁通而使转子铁芯过热, 这使发电机的出力受到。异步电动机中较大的谐波电流将减少它在额定转速下的有效转矩, 并在较低转速下引起的寄生转矩使启动后的电机无法达到它的额定转速。

电容器由于谐波所增加的损耗为:

式中 C ——电容, LF;

——介质损耗系数, 一般假定对各次谐波电压是相同的;

——n 次谐波的角频率, rad/s;

V (n) ——n 次谐波电压的有效值, kV。

电容器由于谐波附加损耗而过热, 影响它的正常运行和寿命。

b、对通信设备(特别是 线路) 产生干扰

一般来说, 音频通道的工作频率范围约为200～ 3500 Hz, 而直流输电线路中的许多谐波就在这个频率范围内, 不论是直流输电线路中、或是交流侧的谐波电压和谐波电流, 都会对它们邻近的 线路产生静电感应和电磁感应的影响, 由于交、直流电力线路和 线路的功率水平差别很大, 因而在 线路中存在因谐波引起的易察觉、甚至不能容许的 杂音。

c、 造成换流器的控制不稳定

交流系统中一组大的并联电容器和系统中的其他部分之间, 可能在某一谐波频率下产生谐振, 这种谐振频率可以使电容器出现过电压, 导致电容器发热, 也会使换流器的定电流调节器工作不稳定。

2) 抑制谐波的措施

抑制直流输电系统中谐波的措施可分为三类:

(1) 作用于谐波源的措施, 如增加换流器的脉动数; (2) 装设滤波器;

(3) 改变直流输电线路的常数, 以达到加大直流线路中谐波电压、电流的衰减。

在换流变两侧装设滤波器是直流输电系统中常用的抑制谐波的措施, 现以天广直流工程天生桥±500 kV 换流站为实例, 着重论述滤波

器对谐波的抑制。对于高压直流输电换流器, 普遍认为配置一套12 脉动换流器, 再加上必要的滤波器, 比采用更高脉动数的换流器、再加上一些把谐波减少到容许程度的方案较为经济、可行。因此, 在天广直流工程的天生桥换流站中, 采用了一套12 脉动换流器, 并在交、直流两侧装设滤波器的配制方式。

a、 交流滤波器对谐波的抑制

交流滤波器的主要目的之一是为了滤除换流器产生的谐波电流, 从而使交流母线电压畸变和通信干扰满足要求。目前高压直流工程普通使用三种谐波畸变指标: 各次谐波电压畸变率D n、总谐波电压畸变率D和 谐波波形系数TH F F 。在早期葛上直流工程中, 谐波标准采用了各次谐波电压畸变率算术和指标, 但因其没有物理意义, 无法实测, 故在本工程的谐波标准中采用D 值, 它与谐波功率对应, 因而与谐波畸变的严重程度紧密相关。

为了说明交流滤波器对谐波电流的抑制作用,必须对谐波电流进行分析。在谐波电流的分析中可以发现, 当换流站设备参数完全平衡的理想情况下,换流器仅产生特征谐波。因本工程采用每极一个12脉动阀组接线, 故在其交流侧主要产生的特征谐波为:

n= 12k±1 k= 1, 2, 3, ⋯∞

一般只考虑50 次以下的特征谐波的情况, 因而有11、13、23、25、35、37、47、49 共8 种。特征谐波大小主要取决如下因素: (1) 交流系统电压; (2) 直流电压; (3) 直流电流水平;

(4) 换流变压器的短路阻抗;

(5) 换流器的触发角和熄弧角。

实际上, 设备参数的平衡不是绝对的, 不平衡因素与交流系统的运行情况和站内设备的制造水平有关。这些不平衡因素使换流器交流侧产生非特征谐波电流。影响非特征谐波电流不平衡因素主要有: (1) 交流母线三相电压不平衡; (2) 换流变压器三相电抗不平衡;

(3) 换流变压器阀侧Y 绕组和$ 绕组的电抗不平衡; (4) 换流变压器变比不相等;

(5) 触发角不相等。

对谐波电流进行计算, 一般通过谐波波形的傅立叶分析进行, 并考虑特征谐波电流和非特征谐波电流的各个影响因素的条件下, 计算出特征谐波电流和非特征谐波电流, 并选择最大计算值。以计算交流侧在单极500 kV、大地回线运行方式下的谐波电流为例(计算过程略) , 各谐波电流的计算结果摘要列如表1。

根据计算的各谐波电流结果, 为满足谐波畸变率D n≤1.0%、总谐波电压畸变率D ≤1.5%、 谐波波形系数TH F F ≤1.0% 的要求, 本工程装设三大组交流滤波器, 按大组方式接入220 kV 交流系统, 其中12/24 次滤波器共4 小组, 3/36 次滤波器共2 小组, 并联电容器共3

小组, 每小组电容器均为80M var (配置方案见表2)。利用12 次、24 次调谐点滤掉附近的11、13、23、25 次谐波, 并考虑到交流侧负序电压分量为2% , 引起的3 次谐波电流很大, 其值和23、25 次特征谐波电流相当, 因此, 特装设3 次谐波滤波器, 同时, 在并联电容器小组中串联一个小电抗器, 兼作HP36 或HP48 次高通滤波支路, 可提高滤波效果。

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b、直流滤波器对谐波的抑制

天生桥换流站换流变直流侧装设直流滤波器是为了抑制架空线路中的谐波分量, 使其对通信线路的干扰水平控制在规定范围内。 葛上直流工程中采用较为严格的谐波标准, 双极运行等值干扰电流I eq< 150 mA , 单极运行等值干扰电流I eq< 450 mA , 随着通信技术的发展, 通信线路的抗干扰能力也不断提高, 因而本工程采用较为宽松的标准: 双极运行等值干扰电流I eq < 400mA , 单极运行等值干扰电流I eq< 800 mA 的谐波标准。

换流阀在直流侧产生特征谐波(12 n 次) 和非特征谐波分量。特征谐波分量与换流器的工作条件有关, 包括阀侧电压、熄弧角、迭弧角及换流变抽头位置; 非特征谐波通常由系统和设备的非对称性引起, 主要与下列因素有关:

(1) 交流母线电压不平衡(主要影响低次谐波分量) ; (2) 换流变电抗不平衡; (3) 触发角不平衡; (4) 直流纹波分量;

(5) 交流系统背景谐波。

谐波电压的计算还应考虑换流设备的杂散电容。对于12 脉动换流桥直流系统, 换流器在直流侧主要产生12 倍次谐波分量。在实际系统 中, 线路受到谐波干扰的频率区域主要在1000 Hz 左右,即对50 Hz 的交流系统, 20 次左右的谐波分量危害最大; 另一方面, 根据3 脉动理论, 换流器在直流侧产生的3 倍次谐波(3, 6, 9⋯) 对通信线路的干扰严重。这些谐波次数低、幅值大, 其主要路径是通过换流变中性点——换流阀——大地, 进入直流线路的分量较小。根据上述分析, 为抑制直流对通信线路的干扰, 直流滤波器做如下安排:

①在12 脉动换流桥中性母线上对地串接一个15 的电容器, 在换流站内形成一个低次谐波通道, 以消除由于换流变杂散电容而产生的低次谐波。

②在中性母性上接有一完整的有源滤波器(也称混合型滤波器) , 即选择12/24 次滤波器并配置有源转换器。有源直流滤波器接线见图1。

无源滤波器曾是几乎所有长距离直流输电工程的唯一选择, 它的制造技术成熟, 积累了丰富的运行经验, 如葛上直流输电工程中即采用无源滤波器。但无源滤波器不仅组数多, 占地大, 实际运行中还时常

出现大量电容器烧坏的情况。有源滤波器与无源滤波器相比, 在一定的滤波性能要求下, 不仅投资较小, 占地省, 且可不考虑失谐因素, 损耗低, 并能适当降低平波电抗器的电感量。天生桥换流站采用有源滤波器的有源部分实际上是低电压控制元件, 与无源部分串联在一起, 它可根据直流线路中各的谐波电源大小, 进行实时跟踪, 将信号转换并放大后成为反向信号, 以抵消直流谐波, 满足规定的等值干扰电流I eq要求。以天生桥换流站配置的有源滤波器与原初步配置的无源滤波器比较见表3, 说明有源滤波器具有更优越的滤波性能。

有源滤波器有以下优点:

(1) 对目前不可预见的交流系统扰动所产生的直流侧谐波, 有源滤波器可以提供更好的滤波性能;

(2) 若一组直流滤波器故障停运, 投入备用有源滤波器分组, 对等值干扰电流无影响, 提高了运行的可靠性, 而无源滤波器则无法满足要求。

(3) 使用有源滤波器技术, 等值干扰电流保证值可期望达到250/500 mA。

目前, 世界上大容量直流输电采用有源滤波器的工程还不多, 天广直流工程使用有源滤波器在我国尚属首次, 但采用有源滤波并不是一项新开发的技术, 它已广泛应用于冶金、电力拖动等领域, 由于有源直流滤波器在性能指标、可靠性明显优于无源滤波器, 因而, 采用有源直流滤波器是现代直流输电工程的发展方向。

六、结束语

直流输电系统存在的谐波对系统本身及周边环境的影响不容忽视, 我们应该对其产生的原因、危害、计算分析以及抑制措施进行研究和探讨, 为今后抑制谐波的工作提供更有效、更合理的途径。