特高压直流换流站交流滤波器组对电网谐波的影响分析

高压直流输电系统交流滤波器故障与保护分析摘要：在高压直流系统中，交流过滤器在消除谐波和反应补偿方面起着重要的作用。

高压输电系统是其稳定可靠运行的重要组成部分，直接关系到整个高压输电系统的安全性和稳定性。

交流过滤器通常与转换变压器的交流电并联，它不仅能承受高压，而且还能承受设备的稳定性和绝缘水平，因为它有大量的基本和谐波电流。

因此，有必要对交流过滤器的保护进行全面的研究，并对交流过滤器的故障机制和交流过滤器保护的原理和配置进行研究，这是非常有用的。

关键词：高压直流输电；交流滤波器；故障分析；保护方案直流高压系统中的交流滤波器具有谐波电流限制和反应补偿的双重功能，其可靠的运行直接影响整个直流高压系统的安全性和稳定性。

分析了短路、冷凝器故障、设备过载和滤波器失谐等问题。

通过故障分析和EMTDC/PSCAD仿真，系统地研究了故障可配置保护，指出了各保护的特点和不足，为实际直流工程中交流滤波器保护的选型和配置提供了理论指导。

一、交流滤波器的构成与故障类型1.差动保护。

交流滤波器发生短路故障时，母线侧电流ct1i与接地侧电流CT3I产生电流差，差动保护是通过检测该电流差来判断故障。

然而，在交流滤波器外部故障的情况下，由于变压器传输误差引起的差动保护检测到的差动电流可称为不平衡电流。

为了区分被检测到的差动电流是由内部故障引起的还是由不平衡电流引起的，交流滤波器一般采用比制动差动保护作为主要保护，选择交流滤波器接地电流CT3 I作为制动电流。

外区故障时接地侧电流大，制动量大；当故障发生在带内时，接地侧电流会不同程度地减小，保证了故障在带内能够快速准确地排除，提高了差动保护的灵敏度。

建立比率制动式差动保护动作方程如式（1）所示。

（1）其中：Icdqd为差动电流启动值，设置通过交流滤波器过电压时的最大不平衡电流；Kref为信度系数；K1是过电压的倍数；Ker是电流互感器的具体误差；Kaper为电流互感器的非周期系数；Kst为电流互感器的同型系数；∆m为电流互感器匹配误差；Ie为交流滤波器的二次额定电流；K为比制动系数，根据交流滤波器末端金属接地故障时保护的灵敏度设置。

本论文从某换流站交流滤波器在投入时发生直流电压跌落现象出发，研究问题发生的原因和过程，同时对涉及到的相关装置、控制逻辑以及理论进行深入分析，在此基础上提出优化和改进的方向和具体方案，并通过仿真或工程实际运用加以证实。

通过分析交流滤波器和直流极控制系统的录波发现，交流滤波器的断路器在合闸瞬间，产生了较大的合闸涌流，使交流母线的电压发生畸变，而直流控制系统检测到交流母线电压的畸变，其换相失败预测控制功能动作，逆变器提前触发，即关断角增大，触发超前角增大，最终反映在直流侧的现象就是直流电压发生跌落。

在找到问题原因和整个过程后，本论文对过程中涉及到的环节一一进行深入研究和仿真，包括交流滤波器投入的暂态过程、换相失败预测功能逻辑和涌流抑制器（选相合闸装置）等，最终症结聚焦在选相合闸装置上。

交流滤波器属于容性设备，需要在电压过零点合闸才能抑制涌流。

但是断路器随着时间推移，机械特性发生变化，导致合闸角不在过零点。

而现有的选相合闸装置自适应功能逻辑缺陷多，未投入使用。

论文最后根据前文的研究结论，提出三点优化和改进建议，第一优化选相合闸装置自适应功能算法，第二在合闸时刻闭锁直流换相失败预测控制功能，第三更改选相合闸装置定值。

并利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，分别基于CIGRE标准模型和实际工程模型进行仿真验证。

关键词：交流滤波器；直流电压跌落；选相合闸；换相失败预测控制In this paper, the DC voltage drop phenomenon occurs when the AC filter of a converter station is input, and the causes and processes of the problem are studied. At the same time, the related devices, control logic and theory are deeply analyzed, and the optimization is proposed. And improve the direction and specific solutions, and confirm through simulation or engineering practice.By analyzing the recording of the AC filter and the DC pole control system, it is found that the circuit breaker of the AC filter generates a large closing current at the moment of closing, which causes the voltage of the AC bus to be distorted, and the DC control system detects the AC. The distortion of the bus voltage, the commutation failure prediction control function action, the inverter triggers in advance, that is, the turn-off angle increases, the trigger lead angle increases, and the phenomenon that is finally reflected on the DC side is that the DC voltage drops.After finding the cause of the problem and the whole process, this thesis conducts in-depth research and simulation on the links involved in the process, including the transient process of the AC filter input, the commutation failure prediction function logic and the inrush suppressor. Device), etc., the final symptom is focused on the phase selection closing device. The AC filter is a capacitive device that needs to be closed at the voltage zero crossing to suppress the inrush current. However, as the circuit breaker changes over time, the mechanical characteristics change, causing the closing angle not to cross the zero point. However, the existing phase-selection closing device has many defects in the adaptive function logic and is not put into use.Finally, based on the previous research conclusions, the paper proposes three optimization and improvement suggestions, the first optimized phase selection device adaptive function algorithm, the second blocking DC commutation failure prediction control function at the closing time, and the third modified phase selection closing device. Value. The PSCAD/EMTDC electromagnetic transient simulation software is used to verify the simulation based on the CIGRE standard model and the actual engineering model.Key words: AC filter; DC voltage drop; phase selection closing; commutation failure prediction control.目录摘要 (I)Abstract ...................................................................................................................................... I I 目录.. (III)第一章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3论文主要工作 (3)第二章交流滤波器投入导致直流电压跌落情况分析 (4)2.1交流滤波器波形分析 (4)2.2直流极控系统波形分析 (7)2.3换相失败预测控制分析 (9)2.4直流电压跌落原因分析 (11)2.5本章小结 (12)第三章交流滤波器投切分析与其选相合闸装置介绍 (13)3.1交流滤波器工作原理与组成结构 (13)3.2交流滤波器投入暂态过程分析 (16)3.3选相合闸装置原理概述 (19)3.4选相合闸装置在交流滤波器组上的应用 (21)3.5选相合闸装置自适应功能 (22)3.5.1 自适应功能原理介绍 (22)3.5.2 PCS-9830A装置自适应功能 (23)3.6本章小结 (24)第四章交流滤波器合闸相角与直流电压跌落关系仿真研究 (25)4.1CIGRE模型仿真验证 (25)4.1.1 仿真模型 (25)4.1.2 交流滤波器合闸相角的影响测试 (28)4.2工程实际模型仿真验证 (32)4.2.1 仿真模型 (32)4.2.2 交流滤波器合闸相角的影响测试 (32)4.2.3 直流传输功率的影响测试 (37)4.3本章小结 (39)第五章交流滤波器投入导致直流电压跌落的改进措施研究及验证 (40)5.1选相合闸装置自适应功能算法优化及仿真验证 (40)5.1.1 遗传算法和神经网络算法的选取与改进 (40)5.1.2 遗传算法优化的BP神经网络合闸预测模型实现 (43)5.1.3 仿真结果分析 (44)5.2选择性闭锁直流换相失败预测控制功能及仿真验证 (46)5.3更改选相合闸时间定值及工程实际验证 (48)5.3.1 更改选相合闸时间定值前数据分析 (49)5.3.2 更改选相合闸时间定值后数据分析 (50)5.3本章小结 (51)总结与展望 (53)1．总结 (53)2．展望 (55)参考文献 (56)攻读硕士学位期间取得的研究成果 (60)致谢 (61)第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景及意义我国国土面积宽广，地域辽阔，各地由于自身因素发展不平衡，能源分布十分分散，因此，远距离进行大容量的输电需求刻不容缓。

高压直流输电线路中的谐波分析与滤波引言：高压直流输电作为一种高效、低损耗的电力传输方式，得到了广泛的应用。

然而，在实际的应用过程中，由于诸多因素的影响，高压直流输电中会产生各种谐波问题。

本文将从谐波的概念、产生原因、分析方法和滤波技术等方面，对高压直流输电线路中的谐波问题进行探讨。

一、谐波的概念和产生原因1.1 谐波的定义谐波是指在电力系统中，频率是基波频率整数倍的波形。

一般情况下，电力系统中的谐波主要包括3次、5次、7次等奇次谐波和2次、4次、6次等偶次谐波。

1.2 谐波的产生原因谐波的产生与电力系统中的非线性设备密切相关。

在高压直流输电中，主要的谐波产生装置包括经桥整流器、组串电感器、滤波器等。

这些设备的非线性特性会导致电流和电压的畸变，进而产生谐波。

二、高压直流输电线路中谐波分析的方法2.1 多谐波分析法多谐波分析法是一种常用的谐波分析方法。

它通过对高压直流输电线路中的电压、电流进行采样，并利用傅里叶变换将信号从时域转换到频域，进而得到谐波成分的频率、相位和幅值等信息。

2.2 矩阵法矩阵法是一种较为精确的谐波分析方法。

它通过建立电压-电流矩阵关系，利用矩阵运算进行谐波分析。

相比于多谐波分析法，矩阵法能够更准确地描述高压直流输电线路中的谐波特性。

三、高压直流输电线路中的谐波滤波技术3.1 无源谐波滤波技术无源谐波滤波技术是一种通过并联谐振电路实现谐波滤波的方法。

该技术主要通过选择谐波频率和合适的谐波电阻，将谐波电流引入谐振电路，并将其消耗在电阻上，从而实现谐波滤波的效果。

3.2 有源谐波滤波技术有源谐波滤波技术是一种利用可控硅等元件实现谐波滤波的方法。

该技术通过引入逆变器和滤波器等装置，对谐波电流进行补偿或抑制，从而达到谐波滤波的目的。

四、高压直流输电线路中谐波滤波的效果评价4.1 谐波抑制率谐波抑制率是评价谐波滤波效果的重要指标。

它衡量了谐波信号经过滤波后剩余谐波成分的比例。

一般来说，谐波抑制率越高，说明滤波效果越好。

特高压直流换流站交流滤波器组对电网谐波的影响分析摘要：特高压直流换流站配置的交流滤波器兼具特征谐波滤除和无功补偿功能,但其易与电网背景谐波阻抗相互作用导致低次谐波放大现象。

交流电网谐波阻抗的获取是交直流系统谐波特性分析及交流滤波器设计配置的基础。

文中根据电网谐波阻抗特性较为复杂,难以建模计算的特点,提出了一种基于换流站不同运行工况的500kV交流电网背景谐波阻抗实用估算方法;定义了交流滤波器组谐波增益指标,通过该指标分析了特高压直流换流站交流滤波器组对电网低次谐波的放大机理;研究了交流滤波器参数与放大作用间的关系,提出了2种交流滤波器的改造方案。

最后,以扎鲁特换流站测试数据为例,结合电网背景谐波阻抗估算结果,对其5次谐波放大问题进行了理论分析,并对交流滤波器改造方案进行了探讨。

关键词：特高压直流;换流站;交流滤波器组;电网谐波;谐波放大;谐波阻抗引言特高压直流输电技术具有输送容量大、传输距离远、非同步联网、不增加系统短路容量等优势，但由于其技术特性，换流站对交流电网除相当于一个电源或负荷外，还相当于一个谐波电流源，在运行时会产生大量高次谐波电流，因此需要在换流站内设置多组交流滤波器组进行滤波，避免谐波进入交流系统。

1交流滤波器组概述特高压直流换流站交流滤波器按功能分为HP3滤波器、BP11/BP13滤波器、HP24/36滤波器、SC电容器等4种，其中SC电容器又分为不带阻尼电抗器和带阻尼电抗器等2种，实际工程中配置的滤波器种类和数量需根据换流站成套设计单位研究结论确定。

以HP3交流滤波器为例，该滤波器接线见图1，典型平面布置见图2。

HP3交流滤波器进线导体接入后，先与F1避雷器并联，并接入C1电容器塔高压侧，然后导体从C1电容器塔低压侧图1HP3交流滤波器接线引出后，分为三路，一路接入电阻器回路，连接R1电阻器和T3电容器，一路接入电抗器回路，连接L1电抗器和C2电容器，然后两路汇合后接入T2 图2HP3交流滤波器典型平面布置电流互感器，然后接地，第三路接入避雷器接地回路，连接F2避雷器和T5电流互感器，然后接地。

电力系统谐波影响及消除简单探讨在电力系统中，谐波是一种频率高于基波频率的周期性电压或电流波形。

谐波的产生主要是由于非线性负载的存在，如电弧炉、变频器、电子设备等，这些设备会引入谐波电压和电流。

谐波对电力系统的影响主要集中在以下几个方面：电压、电流波形失真、设备功率损耗和过热、设备寿命缩短、传输和分配线路过载、通讯干扰等。

因此，消除谐波对电力系统的稳定运行和设备安全是非常重要的。

要想消除谐波，需要针对谐波的特点采取相应的措施。

以下是一些常用的谐波消除方法：1.被动滤波器被动滤波器是最常见的谐波消除方法之一、它通过谐波滤波器将谐波电流引入滤波器中，将其吸收或透过，实现对谐波的衰减。

被动滤波器包括谐振回路、调谐电路和滤波电路等。

被动滤波器通常用于少量谐波的消除，但对于大量谐波的消除效果较差。

2.主动滤波器主动滤波器是一种通过逆变器或逆变桥等电子器件生成与谐波相反的电流或电压来消除谐波。

主动滤波器具有较好的谐波消除效果，可以对谐波进行精确的控制和补偿。

但主动滤波器的成本相对较高，对系统的稳定性和可靠性要求也较高。

3.直流侧补偿直流侧补偿是通过在电力系统的直流侧引入逆变器，并对逆变器输出波形进行调整来消除谐波。

这种方法可以提供较好的谐波消除效果，特别适用于大型工业系统。

4.电容器补偿电容器补偿是一种常见的被动补偿方法，通过串联或并联电容器来提供与谐波相位相反的电压或电流，来消除谐波。

电容器补偿具有成本低、结构简单等优点，但对系统的谐波特性、电容器参数等要求较高。

除了上述方法外，还可以采取一些综合措施来减少谐波的影响，如增加电网容量、改善电网结构、优化电网运行方式、提高设备质量等。

此外，对于一些大型非线性负载设备，可以采用有效的滤波器和电源管理系统来减少谐波的产生和传播。

总之，谐波是电力系统中常见的问题，对电力系统的稳定运行和设备安全带来了不利影响。

因此，采取适当的谐波消除方法对于保障电力系统的正常运行至关重要。

高压直流输电系统交流侧谐波分析及滤波配置研究摘要：高压直流输电是电能传输的一种常见方式，由于输送过程中的电压较高，因而电压传输的安全性是现阶段受众较为关心的问题。

基于高压直流输电系统当中谐波的不安全因素有很多，这就对供电公司相关工作人员的专业工作能力提出了更高的要求。

本文主要研究的是换流器交流侧的特征谐波和非特征谐波，提出了输电系统中交流滤波器的基本配置方案。

希望能够在这种配置方法下，保证高压直流输电系统各项传输工作的稳步运行。

关键词：高压系统；直流输电；交流侧谐波；滤波配置从谐波的危害方面来看，其不仅会降低高压直流输电系统的容量，而且会导致设备使用寿命受到不良影响，进而影响供电公司的经济稳步发展状态。

同时，还会造成安全问题和电能的浪费问题。

因此，供电公司必须要对相应的系统配置方案进行优化研究。

一、高压直流输电系统交流侧谐波分析要想保证高压直流输电工作运行的安全与稳定，就必须要对交流侧谐波的波动幅度大小、运行过程中影响安全的因素以及其他相关内容进行全面的分析和研究，以保证设定的滤波配置方案的全面性和合理性。

1、数学分析通常情况下，供电公司的相关技术人员都会从数学的角度对高压直流输电系统当中的谐波问题进行分析和研究，最初最有效的分析方法是由国外的数学家研究出来的。

为了保证研究结果的真实性和可信性，这位数学家做出了多次实验，并最终列出了相应的计算公式：f(ωt)=A(0)+ ∞∑n=1 [A(n)cos(nωt)+B(n)sin(nωt)]从这个公式当中来看，实际上谐波研究工作当中有许多未知量，而这些未知量都是影响高压直流输电系统运行安全的关键所在。

通过公式计算出来的数据可以观察出，谐波运动情况具有周期性的特点。

2、振幅分析基于谐波的危害性有很多，因此，相关技术人员在进行研究时，都会对谐波数值的浮动情况进行记录，从其运动的规律当中找出谐波振幅的最大值和最小值，然后采取有针对性的解决对策。

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。

高压直流输电中的谐波分析摘要】本文主要围绕高压直流输电中的谐波展开分析，明确谐波分析的意义和间谐波的危害，就其不稳定的类型和分析方法展开研究，探究优化谐波问题、保障高压直流输电工作顺利开展的方法。

【关键词】高压；直流输电；谐波分析随着工业化发展，高压直流输电技术也不断发展进步，电网规模也在不断扩大，输电系统的复杂性逐渐增加，谐波间的相互作用也呈现出日益复杂化的趋势，需要及时开展定向分析研究，各项工作才能收到其预期的效果。

1.谐波分析的意义当电力系统中出现谐波电压和谐波电流时，电路中的电容器组、电子设备和不同类型的测量保护装置等也会随之受到影响，导致大量电子设备出现问题，设备运行过程中的温度会明显升高，其边缘老化的速度也会逐渐加快，影响电子设备的应用寿命，导致出现功率下降等问题，必须要对谐波问题加以控制处理。

谐波系统特征理论等在国内的发展速度相对较慢，尽管已经有了专业的研究分析人员，但是科学严谨的理论体系还没有形成，主要应用频域解法和时域解法来开展各项分析工作，这两类方法在应用过程中都存在一定的缺陷，有时候并不能很好地解答谐波间的相互影响问题，有时候还会出现维数灾等现象，影响后续分析计算的开展。

通过对高压直流输电系统中的谐波相互作用展开分析，其研究的针对性等明显增强，对提高后期系统布置过程中的针对性，采取合理的抑制措施等具有重要作用。

2.间谐波的危害电力系统发展过程中，除了与工频呈整数倍关系的谐波之外，电路系统中还出现了大量非整数倍的谐波，称之为间谐波。

根据其与几波频率分大小关系，谐波又可以分为分数谐波和次谐波。

分数谐波出现在电路系统中会对电动机运行的整体状态造成影响，导致设备运行过程中的噪音增加，同时，部分设备还会出现振动等现象，导致设备接线等出现松动等问题，影响电路的正常运行，分数谐波出现后也会对音频设备的正常运行造成一定的影响。

电压闪变主要是受次谐波的影响产生的。

除了上述危害之外，间谐波运行过程中还会导致线损增加，变压器的寿命出现变化，自动装置的误动作等问题。

交、直流输电系统相互影响引起的谐波不稳定问题穆子龙,李兴源(四川大学电气信息学院,四川省成都市610065)摘要:对于多馈入交直流输电系统而言,谐波的交互作用不仅会通过换流器产生,也会通过整个交流网络形成,因此这种情况就更显复杂。

为了研究发生这种不利交互作用的风险,所有电气距离较近的直流线路都应考虑在内。

文中以贵州—广东2条高压直流输电线路为例,应用具有详细换流器模型的电磁暂态仿真软件PSCAD/EM TDC 建立了全电磁暂态仿真模型,对谐波的交互作用引起的送端谐波不稳定问题进行了分析研究。

研究结果表明,在弱交流连接方式下发生直流线路双极闭锁故障时,2条直流系统与交流系统之间的相互影响会引发谐波不稳定,而在其他故障条件下,均不会发生谐波不稳定问题。

关键词:谐波不稳定;多馈入;高压直流输电;电磁暂态仿真中图分类号:TM712;TM721.3收稿日期:2008208213;修回日期:2008210211。

国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2004CB217907);国家科技支撑计划项目(2008BAA13B01)。

0　引言随着国家“西电东送,南北互供,全国联网”能源发展战略的逐步实施,国内各大区域电网间将出现世界上规模最大的远距离大容量输电格局。

西电东送线路和容量的增加带来了交直流并联运行的相互影响[1]、直流输电系统对交流系统的紧急功率支援[2]、受端电网短路电流超标[3]、线路走廊拥挤[4]等问题。

对于大规模多馈入交直流输电系统而言,由于各条输电线路电压等级高、输送功率大且电气距离又比较近,故当交流系统或任一直流系统发生故障时,交、直流系统之间的相互影响及其对整个电网安全稳定性的影响,都将成为目前学术界和工程界都非常关心的问题[526]。

当送端交流电网发生故障时,整流侧谐波可能振荡放大,发生谐波不稳定现象,甚至引起直流输电系统单极或双极闭锁,这时当地电网将承受电网本身故障和直流闭锁的双重冲击;而任一直流线路本身故障必将导致该直流单极或双极闭锁,对送端电网以及其他几条直流线路的冲击也十分巨大,此后直流系统还有一个恢复过程,这与交流系统的运行状态也密切相关[7]。

特高压直流换流站500kV交流滤波场优化本文通过对特高压直流换流站500kV交流滤波场各大组及小组布置进行优化，提出了串字型布置方案，该方案的特点是沿纵向布置一组跨线，作为大组母线;将小组滤波器间隔沿跨线方向布置于跨线下方，小组进线隔离开关在架构下方与跳线连接;GIL管道母线引至跨线端部架构处，通过引下线与大组跨线相连。

该方案适用性强、布置清晰、安装和检修条件好，总体技术占优，且减少了滤波场占地面积，具有显著的经济效益。

0 引言根据系统无功平衡和满足换流站交流侧谐波的要求，换流站内设置有交流滤波器组及并联电容器组，是±800kV换流站中重要的组成部分之一。

交流滤波场地约占整个换流站场地的30%～40%。

因此，交流滤波场地的布置优化，将直接影响换流站总平面布置的大小，并关系到工程投资、设备及人员安全、运行维护等诸多工程关键要素。

因此，应合理地对滤波场地布置进行优化及研究，按照布置清晰、工艺流程顺畅、运行与维护方便、减少占地、尽量减少站区的噪音污染，对周围环境影响小，便于全站各配电装置协调配合的基本原则进行。

这对于减少特高压换流站总占地面积、节约投资、保障特高压直流工程的顺利开展，具有十分重要的工程价值及研究意义。

1 500kV滤波场简介500kV交流滤波场一般分为4大组，每大组包含4或5小组，共计19或16小组滤波器。

每大组交流滤波器作为一个元件接入交流500kV配电装置串内。

交流滤波器大组母线采用单母线接线方式。

小组滤波器按照功能可划分为HP3、HP12/24和SC（1组不带阻尼电抗器）等模块。

小组接线如图1-1～1-3所示。

根据典型工程具体条件，针对交流滤波器场，目前有“一”字型、“田”字型、改进“田”字型三种布置方案。

三种方案均存在部分缺点。

“一”字型场地利用不够充分，整體占地面积大;“田”字型GIL的用量较多，造价较高;部分大组的GIL进线需深入至滤波场区域内部，用量过多;根据田字型的布置特点，母线两侧相对布置的小组滤波器或电容器均应接入同一大组，因此，当滤波器小组数为偶数时最为适用，否则占地面积较大，土地利用率较低;与改进“田”字型相比，常规田字型布置的占地面积仍显过大。