HVDC系统的谐波及其抑制.doc

华 北 电 力 大 学 直流输电课程报告 题 目: HVDC系统的谐波及其抑制 学生姓名： 黄佳新 学 号： 1081181311 专业班级： 电气0813 成 绩： 11年 06月 05日一 、选题背景和意义高压直流输电技术是电力电子技术在电力系统输电领域中应用最早同时也是较为成熟的技术。我国从20世纪50年代开始从事高压直流输电技术的研究，于60年代在中国电力科学院建成国内第一个晶闸管阀模拟装置，并于1977年在上海将一条报废的交流电缆线路改造为31KV的直流输电试验线路，供研究的HVDC技术使用。从80年代末以来，我国高压直流输电技术的研究和发展取得了突飞猛进的提高，目前已经投运10个直流输电工程1。随着高压直流输电(HVDC) 的发展, 相关的谐波问题日益突出。在理想条件下, 当从交流侧和直流侧看入时, 换流器分别被视为电流源和电压源。然而, 实际的高压直流运行条件并非理想, 在某些特定条件下, 还有可能引发谐波放大甚至谐波不稳定2。直流输电引起的谐波不稳定是指在换流站附近有扰动时, 谐波振荡不易衰减甚至放大现象, 主要表现为换流站交流母线电压严重畸变, 从而导致直流输电系统运行困难甚至系统关闭3-4。导致HVDC 谐波不稳定发生的原因主要有2种: 一种是按相控方式5；另一种则是因为交流系统为非无穷大系统、直流系统的平波电抗器非无穷大6。目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。因而了解谐波产生的机理，研究消除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运行有着非常积极的意义。二、国内外研究现状1 谐波及其起源所谓谐波是指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，通常也称之为高次谐波。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，由于负荷与电网相连，故谐波电流注入到电网中，这些设备就成了电力系统的谐波源。2谐波抑制方法在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流，以便把谐波电压控制在限定值之内，传统抑制谐波电流主要有三方面的措施7-10：1 降低谐波源的谐波含量也就是在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。具体方法有：(1) 增加整流器的脉动数 整流器是电网中的主要谐波源，其特征频谱为：nKp1，则可知脉冲数p增加，n也相应增大，而InI1n，故谐波电流将减少。因此，增加整流脉动数，可平滑波形，减少谐波。(2) 脉宽调制法采用PWM，在所需的频率周期内，将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流输出电压脉冲可以达到抑制谐波的目的。(3) 三相整流变压器采用Y或Y的接线这种接线可消除3的倍数次的高次谐波，这是抑制高次谐波的最基本的方法。2 在谐波源处吸收谐波电流这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法，这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。主要方法有以下几种：(1)无源滤波器无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧，由L、C、R元件构成谐振回路，当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时，即可阻止该次谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，无源滤波是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但无源滤波器存在着许多缺点，如滤波易受系统参数的影响；对某些次谐波有放大的可能；耗费多、体积大等。因而随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。(2)有源滤波器早在70年代初期，日本学者就提出了有源滤波器APF（Active Power Filter）的概念，即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比，APF具有高度可控性和快速响应性，能补偿各次谐波，可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点；在性价比上较为合理；滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。目前在国外高低压有源滤波技术已应用到实践，而我国还仅应用到低压有源滤波技术。随着容量的不断提高，有源滤波技术作为改善电能质量的关键技术，其应用范围也将从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统的电能质量的方向发展。(3) 防止并联电容器组对谐波的放大在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。(4)加装静止无功补偿装置快速变化的谐波源，如：电弧炉、电力机车和卷扬机等，除了产生谐波外，往往还会引起供电电压的波动和闪变，有的还会造成系统电压三相不平衡，严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置，可有效减小波动的谐波量，同时，可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡，还可补偿功率因数。3改善供电环境选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电，承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波。综合上述现有谐波不稳定抑制措施,我们还可以研究一种新型换流变压器及其滤波系统11 ,很好地抑制直流输电的谐波不稳定, 避免出现谐波振荡放大, 提高交流系统稳定性。3 小结随着我国电能质量治理工作的深入开展，基于瞬时无功功率理论的有源滤波器进行谐波治理将会有巨大的市场潜力。综合动态的谐波治理措施并同时考虑电网的无功功率补偿问题，是电力企业当前面临的一大课题。但是要消除谐波污染，除在电力系统中大力发展高效的滤波措施外，还必须依靠全社会的努力，在设计、制造和使用非线性负载时，采取有力的抑制谐波的措施，减小谐波侵入电网，从而真正减少由于谐波污染带来的巨大经济损失。三、参考文献1 韩民晓，文俊，徐永海. 高压直流输电原理与运行.北京：机械工业出版社，2008,9.2 李兴源. 高压直流输电系统的运行和控制M . 北京: 科学出版社, 1998.3 夏道止. 高压直流输电系统的谐波分析及滤波M . 北京: 水利水电出版社, 1994. 4 徐政, 王洪梅. 西电东送与全国联网中的多直流落点问题 J .水力发电, 2004, 30( 3) : 46 - 49.5 徐政. 高压直流输电与柔性输电控制装置静止换流器在电力系统中的应用M . 北京: 机械工业出版社, 2006.6 HUME D J,WOOD A R, OSAUSKAS C M. Frequency domain modeling of interharmonics in HVDC system J . IEE Proceeding: Generation, Transmission and Distribution, 2003, 15(1): 41 - 48.7 HAMMAD AE. Analysis of second harmonic instability for Chateauguay HVDC / SVC scheme J. IEEE Trans on Power Delivery, 1992, 7(1): 410 - 415.8 BODGER P S, IRWIN G D, WOODFORD D A. Controlling harmonic instability of HVDC links connected to weak AC systems J. IEEE Trans on Power Delivery, 1990, 5(4): 2039-2046.9 KAUL N, MATHUR R M. Solution to the problem of low order harmonic resonance from HVDC converter J. IEEE Trans on Power Delivery, 1990, 5(4): 1160 -