（电力系统及其自动化专业论文）直流输电系统交直流plc噪声滤波器设计技术研究.pdf

浙江大学硕上学位论文摘要 器可以采用的电路结构；提出了滤波器截至频率的概念，并给出了四种p l c 高频干 扰滤波器截至频率的计算公式；提出了一种确定p l c 高频干扰滤波器主参数( 串臂 电感和并臂电容) 的方法；根据电力线载波阻波器的理论提出了一种串臂调谐参 数的确定方法；以贵广工程为例，说明了p l c 高频干扰滤波器具体的设计流程及调 谐参数的确定方法；通过仿真计算结果和实测数据的分析，验证了取消并臂调谐 装置的可行性及合理性。 关键词：高频干扰；1 2 脉动换流器；换流变压器；阻抗匹配；截止频率；调谐参 数；p s c a d e m t d c 浙江大学硕上学位论文a b s t r a c t r e s e a r c ho nd e s i g no fp l cn o i s e f i l t e r si nh v d cs y s t e m s a b s t r a c t h v d cs y s t e mp r o v i d e sat e c h n i c a l l yr e l i a b l ea n de c o n o m i c a l l yf e a s i b l em e t h o df o rl o n g d i s t a n c eb u l kp o w e rt r a n s m i s s i o na n dp o w e rg n d si n t e r c o n n e c t i o n w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f p o w e rs y s t e m sa n dt h ef u l f i l l m e n to fw e s t - e a s te l e c t r i c i t yt r a n s m i s s i o np r o j e c t s ，t h eh v d c t e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l yu s e di nc h i n a , a n dc h i n ah a sb e c o m et h ec o u n t r yw i t ht h em o s t p r o s p e r o u sf u t u r ef o ri - i v d ca p p l i c a t i o ni nt h ew o r l d s o m es p e c i a lr e s e a r c hm u s tb ed o n ea b o u t c e r t a i nc h a r a c t e r i s t i c so fh v d cp r o j e c t sw h i c ha r cn o ts h a r e dw i t ht h ea cs y s t e m s ，s u c ha st h e h i g h f r e q u e n c y ( h f ) i n t e r f e r e n c ew i t ho p e n w nc a r r i e rs y s t e mc a u s e db yt h eo p e r a t i o no f h v d cc o n v e r t e rs t a t i o n s ，w h i c hi s u n i q u ei nt h eh v d cs y s t e m s u n d e rs u c hb a c k g r o u n d ，t h e d e s i g no fp l ch i g h - f r e q u e n c yi n t e r f e r e n c ef i l t e r si ss t u d i e sd e e p l yi nt h i sp a p e rw h i c hi so r g a n i z e d a sf o l l o w s f i r s t l y ，t h eh fi n t e r f e r e n c en o i s e $ o u l em o d e lw h i c hi n d u c e si n t e r f e r e n c ew i t hp l ci ss t u d i e d i nt h i sp a p e r b a s e do nt h ed e e pa n a l y s i so ft h eb a s i cp r i n c i p l e so nw h i c ht h eh fn o i s ei np l cb a n d i sp r o d u c e dd u r i n gt h ec o m m u t a t i o np r o c e s s ，t h ee q u i v a l e n tm o d e lo fh v d cv a l v ew i t hs n u b b e r c i r c u i ti sa p p l i e dt ot h es i m u l a t i o no ft h eg u i g u a n gh v d cp r o j e c ti np s c a d e m t d c t h e n s p e c t r ap l o t so f t h en o i s es o u r c ei nt h ef r e q u e n c yd o m a i na r eo b t a i n e db yf f r a n a l y s i so ft h ev o l t a g e w a v e f o r m sg a i n e df r o mt h ef o r m e rs i m u l a t i o n b ya n a l y z i n gt h es p e c t r u mc h a r a c t e r i s t i c so ft h e n o i s es o u r c ei nv a r i o u so p e r a t i n gm o d e s ，t h em a i nf a c t o r si n f l u e n c i n gt h el e v e lo fp l cn o i s ea r e f o u n d am o d e lf r o me x p e r i e n c eu s e dt oc a l c u l a t et h el e v e lo ft h en o i s es o u r c ei sm o d i f i e da n d v e r i f i e dw i t hp a r t i c u l a re x p l a n a t i o no ft h ep h y s i c a lq u a n t i t i e su s e di nt h em o d e l b a s e do nt h e g u i - g u a n gh v d cp r o j e c t ，t h es p e c t r ao ft h en o i s es o u r c eg a i n e df r o me x p e r i e n t i a lm o d e la n d s i m u l a t i o na r ec o m p a r e dw i t ht h er e a ls p e c t r u mg i v e ni nr e f e r e n c et od r a wt h ec o n c l u s i o nt h a tt h e e x p e r i e n t i a lm o d e lc a nm e e tt h er e q u i r e m e n to ft h ep l cf i l t e r s s e c o n d l y ，t h ep l ci - i fi n t e r f e r e n c en o i s ec o n d u c t e dc h a n n e li nh v d cc o n v e r t e rs t a t i o ni s s t u d i e dd e e p l y b a s e do nt h et r a d i t i o n a ln o i s es o u r c em o d e l ，v o l t a g e - d i v i d em o d e lo f1 2 - p u l s e b r i d g ei sp u tf o r w a r dw i t h3 - p u l s eb r i d g ea st h eb a s i cu n i to fh i i g h f r e q u e n c yn o i s eg e n e r a t i o n t h e v o l t a g ew a v e f o r m so fs o m ep o s i t i o n sa r es i m u l a t e di np s c a d e m t d ca n dt h en o i s es p e c t r aa r e o b t a i n e db yf 兀a n a l y s i st ov m & t h ev a l i d i t yo ft h ev o l t a g e - d i v i d em o d e l t h ev o l t a g e - d i v i d e m o d e lp r o v e st ob ea b l et os i m u l a t et h ed i s t r i b u t i o no ft h en o i s ev o l t a g ei n s i d e12 - p u l s eb r i d g e t a k e g u i - g u a n gp r o j e c ti nc h i n aa sa ne x a m p l e ，i n t e r f e r e n c en o i s e u s i n gt h e t w om o d e l sa r e i i i 浙江大学硕上学位论文 a b s t r a c t c a l c u l a t e da ta cs i d eo ft h eh v d cp r o j e c t i tp r o v e st h a tt h er e s u l tf r o mv o l t a g e - d i v i d e rm o d e li s a c c u r a t et h r o u g hc o m p a r i s o nb e t w e e nr e f e r e n c en o i s ec u r v ea n dc a l c u l a t e dn o i s ec u r v e t h i r d l y ，t h eh fm o d e l so fas e r i e so fh v d ce q u i p m e n t si nc o n v e r t e rs t a t i o n sa r es t u d i e d ，a n d t h ec o n v e r t e rt r a n s f o r m e ri st h ek e yr e s e a r c hd i r e c t i o n t w om o d e l so ft h ec o n v e r t e rt r a n s f o r m e rf o r t h eh fi n t e r f e r e n c ec a l c u l a t i o ni nt h ec o n v e r t e rs t a t i o na r ep r o p o s e d b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h e t r a d i t i o n a ls i m p l em o d e l ，am o d i f i e dm o d e li sb r o u g h to u tt os i m u l a t et h eh fa n dr e l a t i v e l o w f r e q u e n c yp e r f o r m a n c e so fc o n v e r t e rt r a n s f o r m e ra t t h eb a n d1 - 5 0 0k h z ，c o n s i d e r i n gt h e c a p a c i t a n c eb e t w e e nw i n d i n g sa n dt h ee a r t hc a p a c i t a n c eo fl o w - v o l t a g ew i n d i n g a b o v e2 0 k i - i za s i m p l i f i e dp u r ec a p a c i t a n c em o d e lc a l lb eu s e dt or e p l a c et h em o d i f i e dm o d e lr e g a r d l e s so ft h e l e a k a g ei n d u c t a n c e b e s i d e s ，am e t h o dt od e t e r m i n et h ep a r a m e t e r so ft h et w om o d e l si sp r e s e n t e d t h e nt h em o d e l so fc o n v e r t e rt r a n s f o r m e r sa r ea p p l i e dt og u i g u a n gp r o j e c t ，a n dt h er e s u l ts h o w s t h a tt h em o d i f i e dm o d e la n di t ss i m p l i f i e dp u r ec a p a c i t a n c eo n ec a nm e e tt h er e q u i r e m e n to fh f i n t e r f e r e n c ec a l c u l a t i o n f o u r t h l y ，t h ei d e ao ft h eh fs i g n a lf i l t e ri si n t r o d u c e dt od e s i g nt h ep l ch fi n t e r f e r e n c ef i l t e r b a s e do nt h eh fi n t e r f e r e n c en o i s ec a l c u l a t i o nc i r c u i t ，f o u rp l ch fi n t e r f e r e n c ef i l t e r c o n f i g u r a t i o n sa l ep r e s e n t e dc o n s i d e r i n gt h ei m p e d a n c em i s m a t c hp r o b l e m t h ei d e ao ft h ef i l e r 5 c u t - o f ff r e q u e n c ya n di n s e r t i o nl o s si si n t r o d u c e d ，a n dt h ef o r m e rf o u rf i l t e r s c u t - o f ff r e q u e n c i e sa l e d e d u c e d am e t h o db a s e do nt h ei d e ao ft h ef i l t e r s i n s e r t i o nl o s si sp r e s e n t e dt od e t e r m i n et h em a i n p a r a m e t e r so fp l ch fi n t e r f e r e n c ef i l t e r s m e a n w h i l e ，ad e s i g nm e t h o dd e r i v e df r o mt h ea cl i n e t r a p i si n t r o d u c et oc a l c u l a t et h es e r i e st u n e dp a r a m e t e r s t h ed e s i g np r o c e s sa n dp a r a m e t e r c a l c u l a t i o nm e t h o do fp l ch fi n t e r f e r e n c ef i l t e r sa f ee x p a t i a t e db a s e do ng u i g u a n gp r o j e c t i t p r o v e st h ec a n c e lo ff i l t e r s s h u n tt u n e dd e v i c ei sv i a b l ea n dr e a s o n a b l et h r o u g ht h ea n a l y s i so f s i m u l a t i o nr e s u l t sa n dm e a s u r e dd a t a k e yw o r d s ：h i g h - f r e q u e n c yi n t e r f e r e n c e ，1 2 - p u l s ec o n v e r t e r , c o n v e r t e rt r a n s f o r m e r , i m p e d a n c e m i s m a t c h ，c u t - o f ff r e q u e n c y ，t u n e dp a r a m e t e r s ，p s c a d e m t d c 浙江大学硕十学位论文第一章绪论 1 1 课题研究的意义 第一章绪论 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：t ：8 0 0 k v 级特高压直流输电工程就有8 个，我国已成为世界上直流输 电应用前景最为广阔的国家【l 工3 1 。直流输电工程中的某些特性是交流系统所没有 的，必须进行专门的研究。如由换流站产生的干扰噪声影响邻近电力线载波通信 的问题，就是直流输电工程所特有的。 由于换流阀导通和关断时的电压突变，换流器产生的谐波除了低频分量外， 还含有高频分量。高频分量中，频率小于2 0 k h z 的谐波对电气设备的影响主要为附 加损耗增加产生过热并缩短寿命；产生谐波放大甚至谐振，危及电气设备及人员 安全；加剧旋转设备的机械振动；使保护和控制设备误动作；降低测量精度等。 频率大于2 0 k h z 的高频分量对应于基频4 0 0 1 0 0 0 0 次的谐波成分，其频率范围为 2 0 5 0 0 k h z ，属于传导噪声，正好位于3 0 5 0 0 k h z 的电力线载波频率范围内，这些 高频载波噪声主要对通信设备产生影响，轻则影响通信质量，重则危及通信设备 及人员安全；辐射噪声的频率范围为0 5 m h z 1 0 0 0 m h z ，它属于无线电干扰( r j ) 的 频率范围【4 , 5 1 。直流输电系统的投运必须满足上述两个频段上的噪声干扰水平在可 接受的范围内。通常，不加任何滤波措施和屏蔽措施，直流输电系统的运行不能 满足对载波通信( p l c ) 干扰和无线电( r d 干扰水平的要求。为了使换流站产生的 p l c 噪声达到国家相关标准的要求，需要采取额外的技术措施，通常做法是在直流 换流站的交流侧和直流侧分别加装p l c 噪声滤波器【6 j 。 自1 9 8 7 年舟山直流输电工程投运以来，截止到目前我国已经有十多项直流输 电工程相继投运或在建。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 司女n a b b 和s i e m e n s 公司来承建。随着我国“西电东送 、“南北互供 电网发 展战略的提出，数个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 1 浙江人学硕士学位论文第一章绪论 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，综合自主率应达到7 0 以上”的指导方针。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p l c 噪声滤波器设计便是实 现该目标必不可少的一环。本课题的目标就是通过对换流站噪声源及其传导途径 的深入研究，弄清p l c 噪声滤波器设计的基本原理及方法，形成我国自主的p l c 噪 声滤波器设计技术，在此基础上开发出具有自主知识产权的直流输电系统p l c 噪声 滤波器设计软件1 1 引。 1 2p l c 干扰噪声产生的机理 h v d c 换流站的载波噪声干扰主要由以下原因引起：换流阀的导通和关断引起 的干扰；导体表面的电晕放电引起的干扰；绝缘子的放电击穿；松动或接触不良 触头的火花放电。第一种情况产生的噪声称为传导噪声，后面三种情况产生的噪 声可以归结为背景噪声，与背景噪声相比，传导噪声具有下面两个特点p 】： 1 ) 传导噪声强度远大于换流站周围交直流线路上的背景噪声 2 ) 传导噪声的低频段噪声强度变化非常大。 基于以上特点，我们把换流站的传导噪声作为研究的重点，暂不考虑背景噪 声。传导干扰噪声是在换流站的运行过程中，由换流阀内晶闸管导通和关断时刻 极间电压的快速变化引起的。在导通和关断瞬间，晶闸管正负极间电压的快速变 化引起暂态干扰电压和干扰电流脉冲，该脉冲沿着换流阀行进至电气设备。同时， 干扰电流沿着换流变压器和开关场传播至交流系纠7 引。 在换流阀点火瞬间，因为晶闸管的导通极间电压迅速跌落。阀电流的增长主 要取决于换流阀的导通，同时因为缓冲回路的暂态响应和换流阀元件对地电压的 迅速变化也会额外产生较高频率的电流，这些电流流过换流阀的对地杂散电容就 会产生高频电流，其频谱特性主要取决于触发角及换流阀与变压器线圈的对地电 容。 在换流阀关断过程中，阀电流不断减小并到达新的稳态，该过渡过程一般对 应于变压器和阀元件相对较低的频率特性。同时在这个过程中也会产生高频干扰 电流。换流阀的晶闸管通常在极间电压减为零关断。但因为存储于晶闸管栅极和 缓冲回路中的能量，在电压反向后还会有电流流过晶闸管，该电流的频谱特性主 要由缓冲回路电路元件决定。 1 3p l c 噪声滤波器工作原理 2 浙江大学硕 ：学位论文第一章绪论 如果换流器产生的p l c 干扰噪声过大，可以考虑加装p l c 噪声滤波器来减小干 扰噪声。这种滤波器既可以减小载波通信频段( p l c ) 的干扰噪声，也可以减小无线 电频段( 黜) 频段的干扰噪声，因此称为p l c r i 噪声滤波器最为合适，但常被简称为 p l c 噪声滤波器。两个因素影响着p l c 噪声滤波器的滤波效果：一个是作为换流变 压器负载的p l c 噪声滤波器输入阻抗，另一个是p l c 噪声滤波器内部的分压效果 【9 】 o p l c 噪声滤波器是由一系列高阻抗的串臂元件和低阻抗的并臂元件组成，其中 串臂上阻波器电感多带并联调谐装置，并臂电容不带或只带串联调谐装置。这些 元件组成了一个电压分压器，通常p l c 噪声滤波器的输出电压v b 要低于输入电压 v a ，至少在p l c 频带内如此。设计p l c 噪声滤波器时需要注意不要使其p l c 频段外 的输出电压v b 过大。 因为串臂阻波器电阻的原因，p l c 噪声滤波器会产生损耗，因此，设计p l c 噪 声滤波器时需要在滤波器损耗和滤波效果间进行平衡。 p l c 噪声滤波器的负载阻抗包括以下方面：谐波滤波器、无功控制元件、交流 开关场和交流出线，其滤波效果与这些相连元件的阻抗密切相关。然而，在p l c 频段内，很难根据第一性原理确定这些元件精确的阻抗值，其值不是固定不变的。 这些元件在p l c 频段的阻抗值与其在基频下的阻抗值没有任何联系。以并联电容箱 为例，其高频阻抗主要由电容器和内部连线的离散电容决定。高频下，谐波滤波 器中的电阻会因为线圈绕组而呈感性，电感器甚至会呈容性。 在p l c 频段内，分布式布局的开关场和谐波滤波器可能会在某些频率下发生谐 振，这些谐振会极大地影响p l c 噪声滤波器的负载阻抗值及p l c 噪声从p l c 噪声滤 波器到交流出线间的传导。在某些频率下发生谐振时的p l c 噪声水平会极大地偏离 没有谐振情况下的噪声水平。这些谐振主要受与系统相连的并联电容器和谐波滤 波器影响，当电容器和谐波滤波器为了满足基频下的无功要求而不断投切时，直 流场的布局就会不断地发生变化，所以进行p l c 噪声滤波器设计时应考虑到直流场 的这种变化，避免出现直流场和p l c 噪声滤波器间的不良谐振。 1 4 国内外研究现状 关于直流输电系统p l c 噪声滤波器的设计技术，目前主要目h a b b 和西门子两大 直流输电设备供应商掌握，我国已投入运行的直流换流站p l c 滤波器多数由西门子 设计提供，但南方电网的实际运行经验表明，西门子设计的p l c 噪声滤波器并不完 美。国际上关于p l c 滤波器的设计还没有形成相关的设计标准，并且详细论述p l c 噪声滤波器设计的技术文献几乎没有，目前几乎没有人对直流换流站p l c 噪声滤波 3 一 浙江人学硕卜学位论文第一章绪论 器做过专门研究，国内还没有人做过该方面的任何研究。因此，研究直流输电p l c 噪声滤波器的设计技术，开发出相应的设计软件，将为我国制定p l c 噪声滤波器的 设计标准打下基础，同时也能推进我国在p l c 噪声滤波器设计领域达到国际先进水 平，并对制定p l c 噪声滤波器的国际标准施加影响。 根据能够得到的极少数的国外文献，直流输电p l c 噪声滤波器的基本研究方法 是采用电路分析的方法，即将噪声源用在一定频段( 3 0 k h z 到5 0 0 k h z ) 上具有某种 分布的电源来表示；换流站中相关元件的特性用其等效电路来表示，由于频率相 当高，换流站中元件的特性可能完全不同于其工频下的特性；将直流侧或交流侧 的滤波器、线路等作为p l c 噪声滤波器的负载来等效；用电路分析的方法计算安装 p l c 噪声滤波器后换流站交流侧输电线路和直流侧线路上p l c 工作频段( 3 0 k h z n 5 0 0 k h z ) 上的噪声水平是否满足要求，如不满足要求，则不断调整p l c 噪声滤波 器的结构和参数。通常交流侧的p l c 噪声滤波器和直流侧的p l c 噪声滤波器是分别 独立设计的，但p l c 噪声干扰源相同【lo l 引。 近年来由于电力系统仿真软件的不断完善和计算机技术的不断发展，有人尝 试在电力系统仿真软件中建立特定直流工程的高频模型，通过仿真得到测试点的 噪声电压或噪声电流波形，在经过傅立叶变换，得到测试点的高频干扰电压或干 扰电流频谱曲线。与上面的电路分析的方法相比，仿真的方法针对特定的工程， 可能结果更加精确一些，但该方法需要搭建详细的直流工程模型，模型搭建工作 费时费力，针对p l c 噪声滤波器设计软件的开发显然不合适【1 3 , 1 4 】。另外，该方法同 样涉及到直流换流站内各种设备的高频模型确定问题，与电路分析法相比没有任 何优势。再者，与国外公司普遍采用的电路分析方法相比，仿真法没有经过实际 工程的检验，其真实的效果与准确度如何，我们不得而知。 1 5 本文的主要工作 在本课题的研究中，我们采用相对成熟的电路分析方法进行课题的研究，同 时辅以仿真的方法做必要的理论分析，以便更直接的验证分析推理的正确性。按 照这个思路，本课题的技术难点主要有以下几个方面： 1 ) p l c 噪声干扰源的模拟：根据国外文献，p l c 噪声干扰源有用电压源模拟，也 有用电流源模拟的，到底采用哪种电流源模拟合适，需要进行研究；在确定了 干扰源的性质后，干扰源大小的模拟，即干扰源的幅值随频率变化特性的确定， 是一个十分困难的问题。 2 ) p l c 噪声传导途径等效回路的确定：从换流阀到交流线路或直流线路需要经过 多个元件，这些元件高频下的等效模型与其低频的通用模型完全不同，其等效 4 浙江大学硕上学位论文 第一章绪论 回路及其参数的确定是一个更加困难的问题。 3 ) p l c 噪声滤波器的结构和调谐参数的确定：p l c 噪声滤波器的型式有多种结构 可供选择，并且通常采用级联形式，采用什么样的型式，采用几级，每级采用 什么结构，各级的调谐频率如何确定，参数如何确定等都是十分复杂的问题。 各种因素对p l c 噪声滤波器设计的影响：在p l c 噪声滤波器设计过程中，需要 考虑许多因素，典型的包括换流站的运行方式、换流站内部的接线方式、换流 站交流出线数目等。这些因素对p l c 滤波器设计会产生什么样的影响，程度如 何，哪些因素应该着重考虑，哪些因素可以忽略。 本文以双极1 2 脉动的直流输电系统为主要研究对象，以加拿大m a n i t o b a 直流输 电研究中心开发的p s c 伽m t d c 为研究工具，以理论分析和数字仿真相结合的 研究手段，对上文提到的各技术难题进行了深入研究。本文的主要工作主要有以 下几个方面： 1 ) 噪声源的研究：在对换流阀换相产生高频噪声的基本原理进行深入分析的基础 上，以电力系统暂态仿真软件作为主要的研究工具，拟采用了带缓冲回路的换 流阀等效模型，通过p s c a d e m t d c 对具体的以投运工程进行仿真，以得到相 应点的电流或电压波形，再经过傅立叶变换得到噪声源的频谱曲线。通过分析 不同工况下的噪声源频谱曲线，可以确定影响噪声源噪声强度的主要因素。在 此基础上提出一种能够简单直观地确定噪声源噪声强度的数学模型，并详细分 析模型中各物理量的性质和确定方法。最好能以实际投运工程为例做验证，证 明所提模型合理性及适用性。 2 ) 换流变压器的高频模型：文献【2 】中提到了换流变压器的简单高频模型，即将换 流变压器等效为一个理想变压器与串联漏抗和并联电容的组合，该模型的结构 简单，参数确定方便，其根据制造铭牌和制造商所提供的基本数据可以很简单 地推算得出，但是该模型作出的简化过多，只考虑了换流变压器高压侧的对地 电容，不能很好地表现换流变压器的高频特性。在本课题的研究中，对该简单 高频模型进行了改进，在传统的简单模型的基础上，考虑了换流变压器的绕组 间电容和低压绕组的对地电容，提出了综合漏感和分布电容影响的改进模型， 该模型在频率大于2 0 k h z 的高频段可简化为纯电容模型，同时给出了两种模型 中参数的确定方法。最后给出了贵广工程的计算结果，证明提出的两种模型是 可行的。 3 ) 1 2 脉动换流器模型：h v d c 换流站的高频噪声主要由换流阀产生。1 2 脉动换流 器作为换流阀的基本组成单元，其模型的合理与否影响着换流站高频干扰计算 的准确度。传统模型忽略了换流桥内部的连接方式，将整个1 2 脉动换流桥看作 一个整体，其产生的噪声等效为一个理想的电压源。本课题在传统的噪声源基 5 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 础上，以3 脉动桥作为产生高频噪声的基本单元，提出了1 2 脉动换流桥的分压 模型。以p s c a d e m t d c 为仿真工具，对换流器内部相关点的电压波形进行傅 立叶分析，得到了其噪声频谱，证明了分压模型能正确地反映高频噪声在换流 器内部的分布。以贵广工程为例，计算了采用不同模型时的交流侧高频噪声， 通过与参考噪声的比较，表明分压模型计算结果相对传统模型计算结果更加准 确。 4 1p l c 滤波器型式和参数的确定：与滤除低次谐波的交直流滤波器相比，p l c 滤 波器具有以下特点：接线型式常为线路上串联电感，并联电容；电容与电感多 带调谐装置；电容和电感分别为n f 、蛆级。对于p l c 滤波器的型式和参数的 确定，一直以来还没有一套行之有效的设计方法，根据西门子的经验，其型式 和参数的确定更多地是建立在工程经验的基础上。本课题从高频衰减损耗的角 度，提出了一种可以用于p l c 滤波器设计的通用方法，并对其中涉及的相关理 论进行了详细的阐述。 参考文献 【l 】刘振亚特高压直流输电技术研究成果专辑 m 】北京：中国电力出版社，2 0 0 6 【2 】赵畹君高压直流输电工程技术【m 】北京：中国电力出版社，2 0 0 6 【3 】s i e m e n s p o w e rl i n ec a r r i e ri n t e r f e r e n c ea n dr a d i oi n t e r f e r e n c e r g e r m a n y 2 0 0 2 【4 】p o w e rs y s t e me n g i n e e r i n gd e p a r t m e n t ，g e ，u s a h v d ch a n d b o o k r f i r s te d i t i o n 1 9 9 4 【5 】j a d o n a h u e ，d a h s h e r p e r f o r m a n c et e s t i n go ft h es a n d yp o n dh v d cc o n v e r t e r i e e e t r a n s a c t i o n so np o w e rd e l i v e r y , 1 9 9 3 ，1 ( 8 ) ：4 2 2 - 4 2 8 【6 】t i l t r e a s u r e p o w e rl i n ec a r r i e re x p e r i e n c eo nt h ev a n c o u v e ri s l a n dh v d ct i e j i e e e t r a n s a c t i o n so np o w e ra p p a r a t u sa n ds y s t e m s ，19 7 9 ，1 ( 9 8 ) ：318 - 3 2 2 【7 】z h a n g q i n gy u ，j i n l i a n gh e e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho ne m i o fp l cs y s t e mo f 士5 0 0 k vh v d c c o n v e n e rs t a t i o n c c e e m 2 0 0 6 ，d a l i a n 【8 】n e a la p a t e r s o n c a r r i e rf r e q u e n c yi n t e r f e r e n c ef r o mh v d cs y s t e m j i e e et r a n s a c t i o n o n p o w e r a p p a r a t u sa n ds y s t e m , 1 9 8 5 ，1 1 ( 1 0 4 ) ：3 2 5 5 3 2 6 1 9 】a n s ic 6 3 2 - 1 9 9 6 a m e r i c a nn a t i o n a ls t a n d a r df o re l e c t r o m a g n e t i cn o i s ea n df i e l ds 仃e n g t h i n s t r u m e n t a t i o n ，1 0 h zt o4 0 g h zs p e c i f i c a t i o n s s 【l o 】r v d e v o r e ，d e k i m b a l l r fa n a l y s i so fa1 2 - p u l s eh v d cc o n v e r t e r j i e e e p r o c e e d i n g s ，1 9 8 8 ，1 3 5 ：2 1 0 2 1 8 【1 1 】b w j a e k e l i n v e s t i g a t i o n so nr a d i oi n t e r f e r e n c ea n dp o w e rl i n ec a r r i e ri n t e r f e r e n c eo fab a c k t ob a c kc o n v e r t e r j a ca n dd cp o w e rt r a n s m i s s i o n ，1 9 9 6 ，4 2 3 ：5 8 6 3 6 浙江大学硕上学位论文第一章绪论 【12 】o l o ve i n a r s s o n ，k e l l i ejp e t e r s o n ，p a u lrs h o c k e y i n t e r m o u n t a i np o w e rp r o j e c tc a r r i e r i n t e r f e r e n c es t u d y j i e e et r a n s a c t i o n so np o w e rd e l i v e r y , 1 9 8 9 ，2 ( 4 ) ：1 2 0 5 1 2 1 6 【13 】d o n a l dg k a s t e n ，y i l ul i u r a d i of r e q u e n c yp e r f o r m a n c ea n a l y s i so fh i g hv o l t a g ed c c o n v e r t e rs t a t i o n c 2 0 01i e e ep o r t op o w e rt e c hc o n f e r e n c e ，p o r t o ，p o r t u g a l 1 4 】h m e n g ，y l g u a n m o d e l i n ga n da n a l y s i so fn o i s ee f f e c t so nb r o a d b a n dp o w e r - l i n e c o m m u n i c a t i o n s j i e e et r a n s a c t i o n s0 1 1p o w e rd e l i v e r y , 2 0 0 5 ，2 ( 2 0 ) ：6 3 0 - 6 3 7 7 浙江人学硕士学位论文第二章p l c 噪声源的研究 2 1 噪声源原理 第二章p l c 噪声源的研究 h v d c 换流站的载波噪声干扰主要由以下原因引起：换流阀的导通和关断引起 的干扰；导体表面的电晕放电引起的干扰；绝缘子的放电击穿；松动或接触不良 触头的火花放电。第一种情况产生的噪声称为传导噪声，后面三种情况产生的噪 声可以归结为背景噪声，与背景噪声相比，传导噪声具有下面两个特点【l 】： 1 ) 传导噪声强度远大于换流站周围交直流线路上的背景噪声 2 ) 传导噪声的低频段噪声强度变化非常大。 基于以上特点，我们把换流站的传导噪声作为研究的重点，暂不考虑背景噪 声。传导干扰噪声是在换流站的运行过程中，由换流阀内晶闸管导通和关断时刻 极间电压的快速变化引起的。在导通和关断瞬间，晶闸管正负极间电压的快速变 化引起暂态干扰电压和干扰电流脉冲，该脉冲沿着换流阀行进至电气设备。同时， 干扰电流沿着换流变压器和开关场传播至交流系统。 在换流阀点火瞬间，因为晶闸管的导通极间电压迅速跌落。阀电流的增长主 要取决于换流阀的导通，同时因为缓冲回路的暂态响应和换流阀元件对地电压的 迅速变化也会额外产生较高频率的电流，这些电流流过换流阀的对地杂散电容就 会产生高频电流，其频谱特性主要取决于触发角及换流阀与变压器线圈的对地电 容。 在换流阀关断过程中，阀电流不断减小并到达新的稳态，该过渡过程一般对 应于变压器和阀元件相对较低的频率特性。同时在这个过程中也会产生高频干扰 电流。换流阀的晶闸管通常在极间电压减为零关断。但因为存储于晶闸管栅极和 缓冲回路中的能量，在电压反向后还会有电流流过晶闸管，该电流的频谱特性主 要由缓冲回路电路元件决定。 在p l c 滤波器设计中，可以将噪声源等效为电压源或电流源，参照国外资料， 多数文献采用电压源等效噪声源【2 5 】。本文中将噪声源等效为理想电压源，与进行 换流站谐波特性分析要分别针对换流阀交流侧电流和直流侧电压不同