（电力系统及其自动化专业论文）多回直流共站时交流滤波器的设计原理和方法研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nc o n j u n c t i o nw i t ht h er c a c t i v ep o w e r e x c h a n g ea n da cv o l t a g ec o n t r 0 i ，t 1 1 ei s s u eo f h a 咖o n i cp e b r m a n c ei so n eo ft h em a i np o w e rq u a l i t ) ，t o p i c so fh i g hv o l t a g ed i r e c t c u r r e n t ( h v d c ) t r a n s m i s s i o np r o i e c t s a cf i l t e r sa r ew i d e l yu s e dt 0r e s n 面nt h ea c s i d eh a r m o n i c sa n dt oc o m p e n s a t ef o rr e a c t i v ep o w e r t h ed e s i 2 no ft h ea cf i l t e r sh a s t 0 s a t i s 矽 t h e r e q u i r e m e n t so fh a r m o n i cp e r f o 彻a n c ea n dr e a c t i v ep o w e r c o m p e n s a t i o nf o rt h ev a r i o u so p e r a t i o nm o d e s m u l t i c i r c u i th v d ci nt h es 锄e c o n v e r t e rs t a t i o nc a u s e sm o r ed i f e c u l t i e so f a cf i l t e rd e s i g n a ch a r m o n i c sc a l c u l a t i o ni st i l eb a s eo fa cf i l t e rd e s i 叠r n b o mp e 而n 】舱n c e c a l c u l a t i o n 锄dr a t i n gc a l c u l a t i o no fa cf i l t e r sn e e dt h ea ch a 咖o n i cr e s u l t t h i sp a p e r f i r s t 咖d i e st l l e a 1 9 0 r i s mo fa ch a r m o n i cc a l c u l a t i o n ，e s p e c i a l l yt h ee a e c t so f n o n - c h a m c t e r i s t i ch a 册o n i c s i nt h ee n do ft h i sc h a p t e rt h em o d e lo ft h em u l t i c i r c u i t h v d cp r o i e c t si sg i v e n t h ef o l l o w i n gc h a p t e rh a sat h o r o u 曲r e s e a r c ho nt h ep a r a i n e t e rc a l c u l a t i o no fa c f i l t e r s f i r s to fa l lt h ea l g o r i t h mo ft h ep a r a m e t e r so ft h es i n 9 1 et u n e df i l t e ra r e p r e s e n t e d t h e nd u r i n gt h ep r o c e s so fd e s i g n i n gd o u b l e - t u n e df i l t e ra n dt r i p l e t u n e d f i l t e r 铆os i n g l et u n e df i l t e r sa n dt h r e es i n g l en m e df i l t e r sa r ed e s i g n e dt om e e tt 1 1 e n e e d o fr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o na f l dt h es t a n d a r do fh a n n o n i cr e s t r a i n t p e 墒m a n c e w i t hm ep a m m e t e r so ft w oo rt h r e es i n g l et u n e df i l t e r s ，f o m u l a ea r e g i v e nt 0c a l c u l a t et h ep a r a m e t e rf o rd o u b l e t u n e d6 l t e r 锄dt r i p l e 。t u n e df i l t e r a tl a s t p e 墒m a n c ec a l c u l a t i o na n dr a t i n gc a i c u l a t i o na r em a d et 0v e r i 母t h ed e s i g no fa c f i l t e r sf o rm e e t i n gh v d ct r a n s m i s s i o np r o i e c t s r e q u i r e m e n t a ne x a m p l eo f d e s i g n i n gat r i p l e - t u n e df i l t e ri sg i v e n t h ei m p e d a n c ef r e q u e n c yc h a r ；姬t e r i s t i c so ft h e t h r e es i n g l et u n e df i l t e r sa n dt h e 仃i p l et u n e df i l t e ra r ec o m p a r e dt os h o wt 1 1 a tt h e d i f f e r e n c eb e 觚e e nt h e mi si nt h et o l e r a n c eo fp r o i e c t s a n o t h e rw a yo ft w oa n dt h r e e t u n e df i l t e r d e s i g n ，w h i c hi sb a s e do nt h e 蛐a l y s i so fc i r c u i t sa n di m p e c i a n c e f b q u e n c yc h a r a c t e “s t i c so fa cf i l t c ri si m r o d u c e d 1 w om e t h o d sa r ec o m p a r e dt 0 s h o wb o t ht h ea d v a n t a g ea i l dt h ed i s a d v a n t a g eo ft h e m i nt h el a s tt v 旧c h a p t e r s ，f o rb o t hp e r f o 舯a n c ea n dr a t i n gc a l c u l a t i o no fm u l t i c i r c u i t h v d cp r o i e c ta cf i l t e r s ，t h ep a p e rd e s c r i b e st h em o d e l s 锄dm ec a l c u l a t i o nm e t l l o d s w i t he x 锄p l e s k e yw o i 己d s ：h v d cn a n s m i s s i o n ；m u l t i - c i r c u i th v d ci nt h es 锄ec o n v e n e r s t a t i o n ；矗l t e rd e s i 印；f i l t e rp a r a l n e t e rd e s i g n ；p e 墒n n a n c ec a l c u l a t i o no fa cf i l t e r s ； 瑚t i n gc a l c u l a t i o no f a cf i l t e r s 2 浙江大学硕士学位论文 1 1 课题的研究背景 第1 章绪论 1 1 1 多回直流共站的研究背景 高压直流输电系统为大规模远距离传输电能和大区电网互联提供了技术上 可靠、经济上可行的方法。随着我国电力系统的快速发展和西电东送战略的实施， 直流输电技术得到了广泛应用。目前我国已运行的直流输电工程接近1 0 个，2 0 2 0 年前需要新建的8 0 0k v 级特高压直流输电工程就有十余条，我国己成为世界上 直流输电应用前景最为广阔的国家n 棚。 随着我国经济的快速增长，一方面电力需求增加，大型水电、火电、核电站 相继接入系统，另一方面我国城镇建设步伐加快，输电线路走廊越来越紧张，而 经济发达地区走廊问题更加突出。这些地区负荷密度大，线路走廊匮乏，近年来 拆迁难度和经济补偿大幅增加，已严重制约电网发展。如何提高单位走廊的输送 容量，合理利用土地资源，环境保护等成为世界各国共同关心的问题h 吲。一般 而言，采用建设同塔双回路和同塔多回路线路，是节省线路走廊，提高输送容量 的最有效方法。欧洲、日本等都采用这个方法。而根据我国的具体情况，建设同 塔双回输电线路，对于缓解土地资源稀缺矛盾，提高线路走廊利用效率，提高电 网输送能力都能起到巨大作用。 基于上述背景，溪洛渡工程就是采用同塔双回技术的高压直流输电工程。溪 洛渡右岸电站送电广东工程建设方案为起点云南昭通地区，落点广州从化地区， 直流输电总规模6 4 0 0 兆瓦，拟采用5 0 0 千伏级同塔双回直流输电方式，单回 直流输电容量3 2 0 0 兆瓦，直流线路长度约1 2 8 6 千米，计划2 0 1 3 年投产一回双 极直流，2 0 1 4 年两回直流全部建成投产。 溪洛渡工程两回直流的调度灵活，其运行方式和功率水平都可能不同。这就 对整流侧两回直流共站的交流滤波器设计提出了更高的要求。交流滤波器设计需 要满足两个站任意运行方式和功率水平组合下的无功补偿和滤波要求。 以往的交流谐波计算和交流滤波器设计不能满足溪洛渡工程的要求。这就需 浙江大学硕士学位论文 要对多回直流共站工程的交流谐波计算和滤波器设计的模型和算法进行优化，在 工程精度允许的范围内做适当简化，以提高计算速度，满足工程要求。 1 1 2 交流滤波器设计的研究背景 换流器在运行过程中需要消耗相当多的无功功率。传统的采用电网换相换流 器的直流输电换流站，不管处于整流运行还是逆变运行状态，直流系统都需要从 交流系统吸收容性无功，即换流器对于两侧交流系统来说总是一种无功负荷。 换流器的无功功率除了受到有功功率的影响外，还与很多其他的运行参数有 关，影响最大的是触发角和关断角。在正常情况下，整流侧消耗的无功功率约为 直流功率的3 卜5 0 ，逆变侧约为4 0 一6 0 。所消耗的无功功率都要由交流滤 波器和并联电容器来提供。这就需要在交流滤波器设计中考虑到相关的无功补偿 问题。 此外，换流装置在运行时会在直流侧和交流侧产生大量谐波。谐波对电力系 统的危害主要有： ( 1 ) 增加损耗。谐波会增加设备铜耗、铁耗和介质损耗。高次谐波除了 会引起发电机局部发热外，还会使发电机产生振动。 ( 2 )谐波会在一组大的并联电容器和系统中其他部分之间，在某个特定 频率下产生谐振，使电容器上出现谐振过电压。 ( 3 )谐波会干扰通信。 因此，为了补偿无功功率和抑止交流侧谐波，需要安装相应容量的交流滤波 器和并联电容器。 1 1 3 课题研究的意义 我国一次能源与生产力分布不均衡，决定了“西电东送”、“南北互供”是实 现合理开发、优化配置和高效利用的必然选择，而直流输电在实施国家西部大开 发、西电东送战略中扮演了重要的角色。然而在初期阶段，由于当时我国不具备 超高压直流输电工程换流设备制造能力，缺乏工程设计经验，所有超高压直流输 电工程全部由国外公司如a b b 和s i e m e n s 公司来承建。近年来，数个超高压直流 输电工程陆续投入建设，国家进而提出了直流输电工程国产化的战略方针。遵照 2 浙江大学硕士学位论文 国家这一战略，自2 0 0 0 年以后我国相继引进受让了直流输电工程系统研究和成 套设计技术、直流输电设备控制保护系统技术以及设备制造技术等。 其中，国家“十一五 西电东送重点项目之一的贵广i i 回直流输电工程更 是被定为我国直流输电设备自主化的重要依托项目，国家对其确定了“以我为主、 联合设计、自主生产，全面实现直流系统设计、换流站设备成套设计和直流工程 设计自主化和设备制造自主化，综合自主化率应达到7 0 9 6 以上”的指导方针。而 8 0 0 后矿云广工程由国家发改委认定为国产化示范工程，设备国产化率达到了 6 0 以上，促进了我国直流输电设备自主研发和设计自主化的显著提高。 为了实现直流输电工程的设计自主化，迫切需要对直流输电工程各主要部件 的设计技术进行研究，掌握直流输电系统设计的核心技术，而交流滤波器设计便 是实现该目标必不可或缺的一环。 溪洛渡工程是我国第一个同塔双回直流工程。两回直流在整流侧共站，这对 交流滤波器设计提出了更高的要求和挑战。为了继续实现直流输电工程的设计自 主化，就需要对多回直流共站工程的特性进行分析，提出适应该工程的计算模型 和算法。 1 2 研究内容 1 2 1 多回直流共站的交流谐波电流计算 目前交流谐波的计算方法主要有工程近似算法、迭代谐波分析法、统一基波 和特征谐波潮流算法、调制理论分析法、谐波时域仿真法及时域分段算法等。多 回直流共站的工况和负载水平组合更多，提高了交流谐波电流计算速度的要求。 本文首先比较各算法的优缺点，选择计算精度和速度都能满足交流滤波器设计的 时域分段算法，将特征谐波和非特征谐波统一计算。随后对引起非特征谐波的各 种非理想因素进行仿真分析，找到各种偏差对谐波次数和幅值的影响。针对多回 直流共站工程，给出新的交流谐波计算模型。 1 2 2 交流滤波器参数计算方法研究 目前工程中使用的交流滤波器主要有单调谐滤波器，双调谐滤波器，三调谐 浙江大学硕士学位论文 滤波器，c 型滤波器等。设计人员要根据系统无功补偿要求和滤波要求来确定相 应的交流滤波器参数。本文对这些交流滤波器类型给出常用的参数计算方法，并 提出新的等效方法。 1 2 3 多回直流共站交流滤波器性能及稳态额定值计算 交流滤波器性能计算是考虑滤波器运行的正常工况和极端工况，计算交流母 线谐波畸变率和电话谐波波形干扰系数，检查其是否满足系统要求。 交流滤波器稳态额定值计算是考虑滤波器运行的正常工况和极端工况，计算 在最严重情况下滤波器各元件上的电压和电流，为厂家的设备选型和制造提供数 据。 本文根据多回直流共站的实际情况，对交流滤波器性能和稳态额定值计算的 原理和流程做深入的研究，结合工程实践进行交流滤波器性能计算和稳态额定值 计算。 1 3 技术难点及解决方案 1 3 1 交流谐波算法 多回直流共站的交流滤波器设计，需要考虑各回直流运行在不同运行方式和 负载水平下的工况组合，计算数量呈几何级数增长。这就对交流谐波电流计算的 效率提出了更高的要求。在满足精度的前提下，如何提高目前谐波算法的速度以 满足多回直流共站工程需要，成为本课题主要的技术难点之一。 拟采取的解决方案是在时域分段算法的基础上，对各相谐波的换相过程进行 时域求解，整体思路是将背景谐波电压以及基波电压加在母线上来求解直流侧谐 波电压源，利用直流侧的网络结构在频域求解直流侧出口处各次谐波电流，将它 与直流电流结合形成含有纹波的直流侧电流，然后在时域上先求解出阀侧各段电 流，再将求出的阀侧三相电流折算到交流系统侧进行傅立叶级数展开即求解出了 各次谐波电流。 交流谐波电流计算的关键之一是直流侧模型。如果采用精确的模型，则运行 方式的变化就会相应地影响直流线路的阻抗，这样就需要考虑同塔双回直流在不 4 浙江大学硕士学位论文 同运行方式下对纹波电流的影响。但事实上线路入口处的直流谐波电压已经很 小，可以看作把线路入口短接，从而将交直流解耦。通过p s c a d e m t d c 论证，可 以证明该模型的合理性。新模型可以将多回直流的换流站交流谐波分别计算，在 交流滤波器设计之前，再根据各换流站分配的功率水平，将对应功率水平的谐波 结果合成，得到换流站母线的交流谐波电流，供交流滤波器性能及稳态额定值计 算使用。 1 3 2 交流滤波器参数计算 工程中常用的交流滤波器有单调谐、双调谐、三调谐及c 型滤波器。其中双 调谐和三调谐滤波器参数算法较为复杂，算法中还需要设计人员根据工程经验确 定相应参数。 本文拟采用的解决方法是通过等效的方法来确定双调谐和三调谐的参数，并 通过相应的谐波水平来确定等效无功分配。工程中所采用的交流滤波器多为阻尼 式滤波器，但是在滤波器的元件参数计算时，通常先忽略电阻，将阻尼式滤波器 简化为基本无阻尼滤波器。在确定了电容电感参数之后，再根据工程经验给出电 阻值。但是在工程中发现，电阻值的选取和滤波器性能有一定的关系，尤其是电 阻值与滤波器的高频阻抗特性有关，进而影响系统的电话谐波波形干扰系数等性 能指标。另外电阻也会与滤波器元件的应力有关。所以，分析阻尼电阻对滤波器 性能的影响，对工程设计有重要的意义。 1 3 3 交流滤波器性能及稳态额定值计算 在以往工程中，交流滤波器性能计算和稳态额定值计算考虑的影响因素包括 系统阻抗谐振，频率偏差，电容失谐率等因素。在多直流共站的工程中，由于工 况和负载水平呈几何级数增长，传统的性能计算和稳态额定值计算的速度不能满 足新工程的需要。这就要求考虑各种影响因素对交流滤波器性能及元件应力的影 响，找到影响因素最大的组合，去除冗余计算过程，加快计算速度。 浙江大学硕士学位论文 第2 章换流站交流侧谐波电流算法研究 2 1 换流站交流侧谐波电流概述 换流器是非线性元件，所以在换流器的交流侧和直流侧都含有大量谐波分 量。交流侧的波形不是正弦波，其谐波次数就是它的频率对交流电网基波频率的 比值。 一个脉动数为p 的换流器，它在运行时产生的主要次谐波为印l ，拧为任 意正整数。这些主要的典型谐波成为该换流器的特征谐波。而除此之外的其他次 数的谐波成为非特征谐波。 2 1 1 交流侧特征谐波电流 在分析换流器特征谐波时，通常采用以下理想条件的假设： ( 1 ) 交流侧电压是三相对称、平衡的正弦电压，无谐波分量； ( 2 ) 换流器的直流侧接无限大的理想电感，即直流侧不包含纹波； ( 3 ) 换流器各阀的触发角无偏差； ( 4 ) 换相电抗相等。 基于以上假设，对一个1 2 脉动换流器的特征谐波进行分析，以阐明特征谐 波的原理和特性伯1 ，换流器模型如图2 1 所示。 la 图2 11 2 脉动示意图 在p s c a d e m t d c 中建模仿真，得到换流站交流母线电流波形如图2 2 所示。 6 浙江大学硕士学位论文 3 2 1 _ ， 要 运。 馨1 2 3 ，。、，、，弋 ；厂厂厂 厂 厂 厂厂厂 3 04 0 时间( m s ) 图2 2换流站交流母线电流波形 对该电流进行傅氏分解，得到谐波频谱如图2 3 所示。 o 1 6 o 1 4 o 1 2 o 1 0 重哪 母 0 o 0 4 o 0 2 0 u0 j1 u u u1 0 u u 刁j wz a h j f 停q 吣n 州h z ) 图2 3换流站交流母线电流谐波频谱 由上图可以看到，1 2 脉动换流器的特征谐波为1 2 p l ，p 为任意正整数。 工程常用1 2 脉动换流器以减少特征谐波次数及幅值。工程上通常只考虑5 0 次以 下谐波，1 2 脉动换流器有4 对特征谐波。 2 1 2 交流侧非特征谐波电流 在实际直流工程中，上述的理想条件是不可能存在的。交流母线谐波、触发 角偏差和换相电抗偏差等不对称因素会影响阀的导通和换相过程中的电流，从而 在特征谐波以外产生非特征谐波口3 。引起非特征谐波的主导因素有以下几点： ( 1 ) 交流基波电压不对称，即存在负序电压 ( 2 ) 交流系统电压存在背景谐波 7 浙江大学硕士学位论文 ( 3 ) 换流变压器变比不同造成y 接线和接线换流变压器换相电压不同 ( 4 ) 触发脉冲偏差 ( 5 ) 换流变压器阻抗相问差异和y y y 接线换流变压器阻抗差异 基于图2 1 的模型，考虑以上因素，分析1 2 脉动换流器的非特征谐波。其 中交流母线存在1 的负序电压，背景谐波电压幅值3 次取o 4 、5 次取0 5 、7 次取0 4 、9 次取0 1 ，y y y d 换流变阀侧电压偏差o 0 8 4 ，换相电抗偏差 o 7 5 ，触发角偏差0 2 度，仿真得到的谐波频谱如图2 t 所示。 o5 0 01 0 0 01 02 0 2 日 f 悖q u e n c y ( 图2 4换流站交流母线电流谐波频谱 2 2 非理想因素对交流侧谐波电流影响分析 针对引起非特征谐波的各种因素，采用工程典型值，通过p s c a d e m t d c 仿真， 来分析其影响的主要谐波次数和影响程度。下面对负序电压、系统背景谐波、换 相电抗偏差、触发角偏差和阀侧电压偏差分别进行仿真分析。各因素对谐波电流 影响的程度不同，定义交流非特征谐波电流畸变率p 谚： = 薯c 纠坨川。 - ， 上式中拧1 2 七l ，七为整数。 浙江大学硕士学位论文 2 2 1 负序电压对交流非特征谐波的影响 工程上交流系统背景负序工频电压通常取正序工频电压的1 ，此负序电压 可表示为戴维宁等效电压源。换流器在换相过程中会产生负序电流，进而在交流 系统阻抗上引起的工频负序电压降。该电压降与交流系统背景工频负序电压的向 量和，为换流站交流母线上的实际负序电压。 换流器模型采用图2 一l 所示的1 2 脉动模型，除了在交流侧加入1 的工频负 序背景谐波外，其他条件均为理想条件，仿真频谱如图2 5 所示，各次谐波幅值 如表2 1 所示。 o 1 6 o 1 4 o 1 2 o 1 0 雪o j d 8 o o 0 4 o 0 2 o o5 1 0 1 5 0 02 0 2 5 f 陀q u e n 州 图2 5负序电压引起交流电流谐波频谱 表2 1 负序电压引起交流电流谐波 翳缈彩甲2 ”“” 爹。琵。骧群= w 、 m q o梦谨撩毒酽? ；。弘”一德j 彰“l 磐躲髫。 锄“f 黟i 州秭。”落7 豫锄甥 l 谐波次数 谐波次数谐波次数谐波次数 魏 交流谐凌交藏游菠 ，变藏谐波 交流港溅i i l i 4 9 5 8 7 4：搬，。0 0 3 弱， o 0 2 3 9 j o 6 8 2 4 o 0 4 i甄，i 2 1 0 羹 勰麓1 0 7 4 0 1 0 o o l 薹 i 6 6 0 隧7 ，i 0 0 1 i 2 8 i 0 o l l 键 l 0 1 5 l 4 ， i o 0 6 1 7 0 2 8 ； 2 9 1 0 1 4 4 2 鬟 o 0 1 5 j 0 1 2 1 8 1 0 0 4 3 q i o 0 l 、 4 爱 i 0 0 5 6 2 o 0 8 i 1 9 、i 0 1 9 3 l i 0 1 1 l 锻 j o 0 1 i o 0 9 l ， 2 9 舅 0 0 3 3 2 i 0 0 l 。 4 5 l o 6 3 & j o 0 2 i 2 王 ，i 1 3 4 3 3 i 0 9 1 4 6 i 0 0 5 9 i 3 6 6 l 2 2 1 0 0 1 l 3 4 l 0 0 2 墓 4 7 i 5 4 7 均 i 0 0 3 2 3 ， i 4 2 0 4 3 5 j 1 6 3 2 4 8 1 0 o l l t 圭 i 1 5 1 7 22 4 耄 0 0 l 3 6j0 0 2 4 9 。i 7 0 1 已。蚶 o 0 3 k 麓_ 3 5 8 9 琵。游瑟嬲；磊 1 6 7 7 k 。蚶 o o l 9 浙江大学硕士学位论文 由上图和上表可以看到，工频负序电压主要引起3 次、9 次、1 5 次、2 1 次、 2 7 次的非特征谐波。基于仿真结果进行理论分析如下。 由交流系统谐波电势所引起的直流侧非特征谐波电压次数为【8 】： 刀= 础( 脚一1 ) ( 2 2 ) 式( 2 2 ) 中，p 为换流器的脉动数，所为交流系统谐波电势的次数，z 为该次 系统谐波电势引起的直流谐波电压次数，七为使玎取非负数的整数。 直流侧纹波引起的交流侧谐波电流只考虑主导特征谐波，分正序和负序两 组。交流谐波正序组为该次直流纹波电流次数加1 ：交流谐波负序组为该次直流 纹波电流次数减1 。 所以针对工频负序电压，引起的5 0 次以下直流谐波电流次数为2 次、1 0 次、 1 4 次、2 2 次、2 6 次、3 4 次、3 8 次、4 6 次和5 0 次。这些直流谐波电压在直流网 络上产生对应次的纹波电流，而纹波电流进而影响交流侧，产生下列交流谐波电 流：引起的5 0 次以下正序交流谐波电流有3 次、1 1 次、1 5 次、2 3 次、2 7 次、 3 5 次、3 9 次和4 7 次；引起的5 0 次以下负序交流谐波电流有1 次、9 次、1 3 次、 2 1 次、2 5 次、3 3 次、3 7 次、4 5 次和4 9 次。该结论与仿真结果相同。 根据式( 2 一1 ) 计算得到，1 的工频负序背景谐波引起的非特征谐波电流畸 变率为0 1 6 4 。 2 2 2 背景谐波对交流非特征谐波的影响 电力系统中背景谐波是普遍存在的。整流负荷、家用整流负荷、其他整流工 程、电气化铁路、工业拖动负荷以及饱和的交流系统变压器，都是电力系统中的 谐波源。通常系统中主导的谐波是整流器引起的5 、7 次谐波；而电气化铁路、 炼钢厂电弧炉等不对称负荷，也会产生出其他各次正序和负序谐波。 直流工程通常用测量的方法来确定交流系统的背景谐波。一般测量换流站附 近主要变电站母线上的谐波电压。取各站谐波电压的最大值来作为换流站母线背 景谐波的输入值。在谐波电流计算中考虑的是背景谐波对换相过程的影响进而产 生的非特征谐波，在交流滤波器设计中，还要考虑背景谐波对交流滤波器性能及 l o 浙江大学硕士学位论文 稳态额定值的影响。 换流器模型采用图2 一l 所示的1 2 脉动模型，除了在交流侧加入o 2 3 的三 次正序背景谐波外，其他条件均为理想条件，仿真频谱如图2 6 所示，各次谐波 幅值如表2 2 所示。 o 1 6 o 1 4 o 1 2 0 1 0 雪峨 再 o o 0 4 o 0 2 o 5 1 0 1 o2 0 2 5 f n e q 岭n c y ( h z ) 图2 6背景谐波引起交流母线电流谐波频谱 表2 2 背景谐波引起交流电流谐波 搿垆夥彬彬僦铲。 鲈谨萄囊嫦8 群1 o 铲“ 戳毪燃j ： # * ； ”m “：i 0 ，j罗落艨耢”榭彬学嘞婴掣糍；蝴纷 缈瑟潦嬲 l 谐液次数谐波次数 谐波次数谐波次数 荔 ，交流谬耱 一交流澎凌 ，褒流游波，。套瀛游测 王 ，i 4 9 4 3 0 7 ；， 矬 。 0 0 3 驴 2 6 崔 0 0 4 l 3 9 j 1 0 4 0 2 i o 1 7 l 王s ! 1 3 l 2 7 i 0 4 7 l 4 鬟 o 0 1 鍪 3 i 7 7 3 l g l o 0 4 i 2 8 0 0 0 l 4 王 j j o 1 3 l 莲 l o 0 2 玎 ，i 0 1 7；2 9i0 2 1 l 4 2 j o 0 0 寡 5 ， o 1 9 i 圭8 ，i o 0 2 i 3 9 i 0 0 2 豁 0 o 0 6 l 6 j o 0 6 ； 圭9 i 0 1 3 i 3 圭 i 0 2 l 4 4 毒 0 0 3 爹 7 i 0 0 9 ； 2 9 ： 0 0 2 i 3 2 爰 0 0 3 l 4 5 i o 5 4 8 o 0 6 l 2 圭 l o 7 9 3 j 3 i 0 6 0 4 6 i 0 0 5 l ： 9 i 2 1 3 i 2 2 ； o 0 2 ； 3 4 囊 o 0 4 l 4 7 i 5 8 8 i l 1 0 0 2 l 2 3 i 4 3 0 4 i 3 5 i 1 6 8 8 i 4 8 j 0 o l 王羔 i 1 5 3 9 7 2 4 ，j o 0 4 ；。 3 6 i 0 0 2 4 9 羹 6 6 3 j1 2：o 0 3 2 5 ：i 3 5 3 l 3 7 i 1 6 2 7 弱 i o o l l “； 貔勰b 簇：a 缢 0 0 2 貔渤l ! 赫赫：渤渤戮。毳魏线；荔 9 3 7 0 酝l l ；l 赫拗缸苏# 貔磁 由上节分析可知，对于3 次正序谐波电压，引起的5 0 次以下直流谐波电流 次数为2 次、1 0 次、1 4 次、2 2 次、2 6 次、3 4 次、3 8 次、4 6 次和5 0 次。这与 工频负序谐波电压引起的直流电压的次数相同，所以进而影响的交流谐波电流的 次数也相同。该结论与仿真结果相同。 l l 浙江大学硕士学位论文 根据式( 2 1 ) 计算得到，0 2 3 的3 次正序背景谐波引起的非特征谐波电流 畸变率为o 1 6 7 。 同理可得其他主要背景谐波引起的直流纹波次数和交流谐波次数，如下表所 示。 表2 3 背景谐波引起交流电流谐波 缴簧背豢谐澎黑黧骥獭囊次裁震黝鬻肇嬲糯弱燹溅鳜麟篓荔溺 瑟正序3 凌l2 、1 0 、 1 4 、2 2 、2 6 、正序：3 、l l 、1 5 、2 3 、2 7 、3 5 、3 9 、4 7 磬。 。 i 3 4 、3 8 、4 6 、5 0 负序：1 、9 、1 3 、2 1 、2 5 、3 3 、3 7 、4 5 、4 9 匿i 受霉辙，驾 6 、1 8 、3 0 、4 2正序：7 、1 9 、3 1 、4 3 负序：5 、1 7 、2 9 、4 2 ，正序7 次。i 6 、1 8 、3 0 、4 2 正序：7 、1 9 、3 l 、4 3 骖缓 貔苏缀荔箍锄& 荔 铝；荔 负序：5 、1 7 、2 9 、4 2 2 2 3 换相电抗不对称对交流非特征谐波的影响 换流变压器在制造过程中会存在短路电抗不对称，通常考虑相间电抗不对称 和1 n f y d 换流变之间短路电抗的偏差。 换流器模型采用图2 一l 所示的1 2 脉动模型，除了考虑换流变压器0 7 5 的 相问电抗偏差外，其他条件均为理想条件，仿真频谱如图2 7 所示，各次谐波幅 值如表2 4 所示。 0 1 6 o 1 4 o 1 2 0 1 0 啷 再 0 o 0 4 o 0 2 o 5 1 0 1 02 0 2 5 f 悖q u e n 州h z ) 换相电抗不对称引起交流母线电流谐波频谱 1 2 浙江大学硕士学位论文 表2 - 4 换相电抗不对称引起交流电流谐波 彩”2 移”黟露濂爰酽 鲈z “粼嚣q 一瞥，q 多警磐繇鳞，辩梆辨辩莓盖# 嚣搿 - 蛳 伊娩嫌彩。 彬o * ”p 辨落骧荆 谐波次数落波次数谐波次数，谴波次数 0 ； ，交流谐波交藏谐浚交流谐浚 。交流谐彝镌 驴 羔 震 4 9 5 0 9 3；1 40 0 3 色 弱 o 0 2 l 驺“ i o 3 5 2 i 0 0 6 1 曩 j 1 0 6 l 2 z 叠 0 7 0 镌；2 0 0 1 磬 s j 1 5 5 1 6 i 0 0 2 2 8 7 1 0 0 3 i 4 王 l o 1 4 鏊 4 i o 1 1 i 1 7 ： 0 3 l ；：2 9 一j o 2 4 i ， 4 2 ，i o o l l 曩 2 0 7 2 i 掳 一 o 0 0 钧7 i o 0 3 4 3 名 o 1 6 l ， 5 ：i 0 0 5 l 薹9 ，； o 1 0 g一3 l二 o 1 6 锉i o 0 2 7 j i 0 3 5 l 2 静 二l 0 0 2 3 2 鬟 o o l 锈 1 o 0 8 g 。i o 0 4 爹 2 l i 0 5 3 i 。鼹f 0 1 7 ；+ 够 ，i o 0 7 一 9 。 i l 4 l 爹 2 2 ： 0 0 2 3 4 二 o 0 5 l 4 7 i 6 1 3 王 j 0 0 2 i 2 3 i 4 4 0 0 l 3 5 篡 1 7 3 6 4 8 7 z o o l l l l j 1 5 6 7 0 l 2 龟 i 0 0 l 筠 i 0 0 l i 4 譬 6 9 7 王j 2 1 0 0 3 l 2 5 乏 3 5 7 7 3 7 ： 1 6 6 8 骝 凌 o 0 1 避 ，； 殇。憨瑚l o 0 0 荔 k ，。黪免； 9 4 5 7 缴藏躲渤锄崩荔貔i ：荔囊磊磊织 缓渤 换流变压器短路电抗不对称影响换相过程，因而产生非特征谐波。但由于换 相过程和非换相过程交替进行，在一个在1 2 脉动换流器的一个2 万的周期内，有 1 2 个换相过程和1 2 个非换相过程，很难通过解析式分析出换流变短路电抗不对 称引起的非特征谐波。从仿真结果可以看到，由短路电抗不对称引起的非特征谐 波次数与负序工频谐波引起的谐波次数相同，主导的非特征谐波有3 次、9 次、 1 5 次、2 1 次等。 根据式( 2 1 ) 计算得到，0 7 5 的换流变相间电抗不对称引起的非特征谐波 电流畸变率为o 0 5 4 。 2 2 4 触发角偏差对交流非特征谐波的影响 产生非特征谐波的另一个主要原因是由于各阀的触发角或触发的时间间隔 不等。触发角偏差对各次谐波都有影响。触发角或触发时间间隔的不相等，主要 是由于三相交流电压不平衡、电流调节器和触发控制装置不够完善所造成的。由 于1 2 脉动换流器用的是一个统一的控制系统，所以两个6 脉动桥间的触发时 刻不考虑偏差。4 & m 曾对阀和控制系统制造商做过相应调查研究，给出阀触发 角偏差的标准差如式( 2 3 ) 所示。 浙江大学硕士学位论文 万：型掣( d e g ) 行 其中，为额定频率，刀为每个阀的晶闸管个数。 ( 2 3 ) 在以往工程中，4 础认为阀偏差符合正态分布，每次计算通过正态分布函 数生成相应的偏差，通常标准差取0 0 1 8 4 。龇聊p 船则取o 2 。作为固定偏差，6 脉动桥间的偏差也是固定的。 换流器模型采用图2 1 所示的1 2 脉动模型，除了考虑换流器0 2 。触发角偏 差外，其他条件均为理想条件，仿真频谱如图2 8 所示，各次谐波幅值如表2 5 所示。 0 1 6 o 1 4 o 1 2 o 1 0 雪o j d 8 m o o 0 4 0 0 2 o o5 1 0 1 5 0 02 0 2 5 0 0 f 伦q u e n 吲h z ) 图2 8触发角不对称引起交流母线电流谐波频谱 表2 5 触发角不对称引起交流电流谐波 锈渺嘴强”8 。j轳鼍至：豫动”。 聊擎0 簪镕拳f 崎。p黟毪撩魏；i o 女。m 矿麓豫髯p 穆第掣钎辨栌豫r 鳞g 弓日 嬲落酶葫疆 l 谐波次魏 谐波次数谐波次数，谐波次数 荔 交流谐波，交流渚没交流滢浚 ，变流游溺 l ，； 4 9 4 5 2 2 i 1 4 崩 0 4 5_2 6 ，。o 3 7 1 3 9 荔 0 3 3 1 2 i o 2 0 i 王5 i o 3 3 l 2 7 j i 0 4 4 l + 镪 2 0 3 0 爹 3 ： 2 6 0 主6 1 o 3 9 i 2 8 j 0 1 3 4 王 l 0 1 6 i 垂 i 2 8 6 王7 j o 5 6 蠡 2 9 i 0 2 7 4 2 i o 2 9 襄 5 ， j 1 7 3 ； 1 8 i o 7 l 爱 3 0 i 0 0 9 4 3 自 o 0 9 6 ：j 3 1 8 1 9 j 0 5 l i 3 l ： 0 2 0 l 4 4 l o 1 0 j 1 5 0 l 2 j o 7 4 3 2 j o 2 5 4 5 i o 0 7 彰 8 ” i 2 0 9 ； 2 王 l o 7 4 3 3 i 0 3 2 萝 钓 耋 0 0 2 l 争 i 1 6 7 i 2 2 j 0 3 4 鏊 3 4 j 0 1 4 l 圣7 i 6 0 9 l o i o 6 l i 2 3 i 4 3 8 5 i 3 5 i 1 7 4 7 l 哇8 ； 0 1 8 k 蚶 1 5 4 3 1 k 妊袅蒯 o 1 6 戮麓鼓“ 0 1 4 幽一 6 5 1 1 4 浙江大学硕士学位论文 触发角偏差影响换相过程，因而产生非特征谐波。同样原理较为复杂，难以 通过解析式分析其影响。但从仿真结果中可以看到，触发角偏差主要影响的是 1 0 次以下的低次谐波，而且影响较大。 根据式( 2 一1 ) 计算得到，换流器0 2 。触发角偏差引起的非特征谐波电流畸 变率为o 1 3 0 9 6 。 2 2 5y y 憎换流变阀侧电压偏差对交流非特征谐波的影响 y 接线和接线换流变压器之间的阀侧电压偏差是接线换流变压器绕组 中一匝压降的一半。 换流器模型采用图2 1 所示的1 2 脉动模型，除了考虑y 接线和接线换流 变压器之间的阀侧电压0 0 8 4 的偏差外，其他条件均为理想条件，仿真频谱如 图2 9 所示，各次谐波幅值如表2 6 所示。 o 1 6 o 1 4 o 1 2 0 1 0 要o 0 0 0 4 o 0 2 o o5 0 0 0 0 0 5 2 0 2 5 0 0 f 陀q u e n 州h z ) 图2 9 y y y 换流变阀侧电压偏差引起交流母线电流谐波频谱 表2 6y y 换流变阀侧电压偏差引起交流电流谐波 黪”彰” 伊轻撩麓”5 群：7 钟新静黝妒中# 一 獬砭，艨动“ 缎糕蝴m 唧 哆憨躲葫。 m * w ”#嘴凌? 糠嗣 ；谐波次数谐波次数谐波次数 谐波次数 l ， 交瀛谐波交流谐波，交流谐波 霉流谐毫铴 l l i 4 9 4 4 8 2 i 1 4 。 0 0 7 i 2 6 i o 0 3 爹 3 9 艺 o 0 2 2 + i 0 1 5 i 王5 o 3 4 l 2 7 ，i o 1 7 钧 i o 0 3 。 s j 0 1 2 ： 1 6。：j0 1 3 参 2 8 l o 0 2 薹二 唾l i o 2 0 l 莲 j 0 2 2 ， 王7 ； 0 3 3 2 9 0 3 1 4 2 ，l o o l 磊 一 ， 浚一等缓如盔 o 0 3 毳徽，鳜鼢 0 1 7 戮锄；惫翰；巍 1 0 6 褫狻。罐渤 o 0 8 浙江大学硕士学位论文 爹一犷1 o 0 6 歹缮鳝：鼍 0 0 6 罗铹霹 0 0 6 爹憾磷。鼍 0 0 2 l 7 i 0 6 8 2 0 i o 1 0 善 3 2 i 0 0 2 l 4 5 ， i 0 2 l 蓑 8 j 0 1 6 i 2 重 1 0 0 7 琶 3 3 、_!| o 1 4 辐 i o 0 5 9 i o 1 6 2 2 i 0 0 6 i j 3 4 0 0 3 i 4 7 i 6 0 3 l e j 0 0 9 i 2 3 l 4 3 2 0 i 、 3 鑫 ， 1 7 1 2 ： 4 8 7 i o 0 2 墼 越 i 1 5 3 9 l 2 4 i 0 0 6 i 筠 7 i 0 0 1 ； 唾9 j 6 6 5 l 王2 l 0 0 9 2 鑫 i 3 4 8 8 l 。 3 7 j 1 6 1 9 弱一一篓 0 0 4 ， 瑟豁：黪勃；荔 0 0 1 ；俑 k 磊缝绷么 9 2 5 5 貔缸幺锄i 鳓彩貔榭缓貔锄黝 由1 2 脉动换流器原理可知，只有当两个6 脉动阀侧绕组额定线电压相等时， 才能消去6 七1 次谐波。所以当阀侧电压有偏差时，会有6 脉动特征谐波出现。 从仿真结果可以看到，阀侧电压偏差引起的非特征谐波次数为6 七1 次。 根据式( 2 1 ) 计算得到，0 0 8 4 r 接线和接线换流变压器之间的阀侧电 压偏差引起的非特征谐波电流畸变率为0 0 3 l 。 2 2 6 非理想因素的影