高压直流输电(第3章).ppt

第三章 谐波及其抑制 学习目的： 1、了解谐波的概念； 2、了解HVDC输电系统中谐波的产生、影响及危害； 3、了解抑制谐波的方法。 3.1 高压直流输电系统的谐波 简化假设是： （1）换流变压器交流侧（指换流变压器于交流系统或发电机相连的一 侧）提供的换相电压为三相对称的基波正序电压，不含任何谐波分量； （2）换流变压器的三相对称结构，各相参数相同； （3）在同一换流站中，各换流阀以等时间间隔的触发脉冲依次触发，且 触发角保持恒定；（等间隔触发） （4）换流器直流测的电流为不含任何谐波分量的恒定直流电流。这相当 于假定平波电抗器的电感量为无穷大。 在这些假设条件下，换流站交流侧的三相电流和直流侧电压中的谐波， 其次数和特性比较有规律，它们统称为特征谐波。脉波数为p的换流器 在直流电压仅仅产生pn次的特征谐波电压，而在交流电流中产生pn±1 次的特征谐波电流，其中n为任意正整数。 实际上，用于计算特征谐波的理想条件是不成立的，总是存在比较小量 的非特征谐波。关于交流电流，术语“非特征”表示由表达式pn±1确定的 以外的谐波次数。 在这些假设条件下，换流站交流侧的三相电 流和直流侧电压中的谐波，其次数和特性比 较有规律，它们统称为特征谐波。脉波数为p 的换流器在直流电压仅仅产生pn次的特征谐 波电压，而在交流电流中产生pn±1次的特征 谐波电流，其中n为任意正整数。 实际上，用于计算特征谐波的理想条件是 不成立的，总是存在比较小量的非特征谐 波。关于交流电流，术语“非特征”表示由表 达式pn±1确定的以外的谐波次数。 3.1.1 换流站交流侧特征谐波 由于三相电流中各次谐波的相序与谐波次数 之间的关系存在一定的规律，所以只需分析 一相电流中的各次谐波分量，而其它两相电 流中的谐波可以应用谐波次数与相序之间对 应关系得到。 在上述的简化假设下，交流线电流的波形如 下图所示。 （一）忽略换相过程影响的特征谐波 矩形波的宽度为2π/3,正、负脉冲间的相位差 为π。此电流表达成傅立叶级数。 Y-Y变压器连结的6脉波 : 二次谐波和所有的偶次谐波未出现在上式， 原因是每周期有两个大小相等、方向相反的 电流脉冲。由于电流脉冲宽度是三分之一周 期，故三次及三的整数倍次谐波分量也不存 在。其余的谐波分量次数为6n±1。n为 任意正整数。 在12脉波换流桥中，有两个6脉波桥，它们分别带有一个变 压器，一个Y-Y连结，另一个Y-△连结,因为n的奇次倍次谐 波相消余下12n±1次（如11，13，23，25，等等）谐波注入 交流系统。它们的幅值随着谐波次数的增加而衰减；第h次 谐波的幅值是基波的1/h。 （二）计及换相过程影响的特征谐波 当考虑换相电抗的影响时，换相期间的叠弧角圆滑了线电流 波形的矩形边缘，这就削减了谐波分量大幅值。电流谐波分 量的衰减因子为: 作用于交流系统的谐波是运行条件的函数。随着μ 增加，谐波分量减少，并且这种减少随着谐波次数 的增加而更趋明显。在典型的满负荷条件下， μ 约 为20°,α 约为15° ；11次和13次谐波是忽略了叠弧 情况，约为30~40% 。但是，在故障时α 接近 90° ，叠弧角减少，并且对于一个给定的线路电 流，交流谐波将增加。 3.1.2 换流站直流侧特征谐波 理想的6脉波桥式换流器每60°反复切换一次，对所 产生的直流电压波形的傅立叶分析表明，它含有6次 （即6次、12次、18次等等）谐波。（与α、μ有 关），有效的谐波电压幅值在α的运行范围内广泛 地变化。α运行于90°时，将比α运行于较小值时 产生较高幅值的谐波。 叠弧角μ也对谐波的幅值有明显的影响。 与交流的特性谐波电流不同，直流侧的特征谐波电压，即使 μ＝0时，谐波的大小仍与α有关。 两个6脉波换流桥组成的双系统中（每极一个桥），换流 器应当接成Y-Y或Y-△，因为30°的相位移使得交流母线上 的低次谐波相抵消。这对直流侧也会产生有益的影响。在两 个桥中，6次、18次、30次……谐波的相位相反，而12次、24 次、36次……谐波的相位相同。反相谐波在直流线路中产生 大地返回式电流，而相同谐波电压产生线对线电流。 在12脉波桥的情况下，谐波电压的反相分量将在12 脉波桥内抵消，只有同相分量将在线路中产生谐波 电流。（产生12谐波）因此，由直流端产生的谐波 电压主要是12次及其整数倍次分量。由于这些特征 谐波电压和理想直流空载电压都是每个6脉波换流器 相应电压的2倍，因此总特征谐波电压与总理想空载 电压的比值与单个6脉波换流器的比值相同。 3.1.3 非特征谐波 各种各样的不对称，如不等间隔的触发脉冲、母线电压不对称 和相间换相电抗的不对称，将产生额外的谐波