新型换流变压器的谐波电流分析与计算

谐波电流的计算
请教关于谐波电流的计算方法，哪本书上有公式？
有一台10KV、3000KVA整流变压器，供给一套6脉动整流装置，10KV侧工作基波电流I1＝150A，5次谐波电流含有率20%。

整流变压器由工厂自用35/10KV总降压变电站供电，总降压变电站10KV最小短路电流容量Ssc10=120MVA。

工厂自用总降压变电站引自220/110/35KV区域变电站，区域变电站35KV母线供电能力20000KVA，最小短路容量500MVA。

工厂用电协议为10000KVA。

假定无其他谐波源，无其他放大谐波电流的容性负荷，不讨论除5次谐波而外的其他次数谐波。

问题一：在这种情况下，公共连接点应该是（）
1、整流变压器10KV侧母线；
2、工厂自用总降压变电所10KV母线；
3、工厂自用总降压变电所35KV母线；
4、区域变电所35KV母线。

问题二：该整流变压器注入公共连接点（35KV）的5次谐波电流值约为（）要写出计算过程1、6－7A；2、8－9A；3、10－11A；4、20－40A
问题三：按GB/T14549－1993《公用电网谐波》附录B1、C6式计算，允许该用户注入公用连接点的5次谐波电流值约为（）要写出计算过程
1、6－7A；
2、8－9A；
3、10－11A；
4、12－14A
问题四：该5次谐波电流在公共连接点引起的5次谐波电压含有率，按GB/T14549－1993《公用电网谐波》附录C2式计算，约为（）要写出计算过程
1、0.4%－0.6%；
2、1%－2%；
3、3%－4%;
4、5%－6%
答：。

换流变压器中的谐波分析和抑制方法摘要：换流变压器在直流输电系统中起着关键的作用，但由于系统中存在的非线性负载和电力电子装置的使用，谐波问题成为了一个严重的挑战。

本文将对换流变压器中的谐波问题进行分析，并介绍一些常用的抑制方法。

引言：换流变压器是直流输电系统中的核心设备之一，它将交流电转换为直流电，并解决了长距离高功率输电的难题。

然而，换流变压器工作于非线性的环境下，由于电力电子装置的使用和非线性负载的存在，谐波问题成为了一个重要的关注点。

谐波会导致变压器内部电磁波形畸变、电流和电压非谐波、温升增加等问题。

1. 谐波分析1.1 谐波产生原因谐波产生的原因主要包括非线性负载、电力电子装置的开关动作以及线路和传输设备的不对称性。

非线性负载如整流装置、电弧炉等会引入高次谐波；电力电子装置的开关动作会产生开关谐波；线路和传输设备的不对称性会引入奇次谐波。

1.2 谐波对换流变压器的影响谐波会导致换流变压器内部电磁波形畸变，进而引起电流和电压的非谐波。

由于谐波电流和电压的存在，变压器中的铁芯会遭受谐波磁场的作用，引起铁芯损耗的增加和磁通泄漏。

此外，谐波还会导致变压器温升的增加，降低其运行效率，缩短其寿命。

2. 谐波抑制方法2.1 谐波源的抑制在换流变压器的周围设立滤波电容器可以有效抑制谐波源的产生。

滤波电容器能够吸收谐波电流，使其不进入到变压器中。

此外，对于电力电子装置，可以采用优质滤波电容器和滤波电感器来降低开关谐波的产生。

2.2 谐波源的隔离将产生谐波的设备与其它设备进行隔离，可以减少谐波的传播和对换流变压器的影响。

例如，将非线性负载和电力电子装置独立供电，使用单独的变压器和稳压器，可以降低谐波对主变压器的影响。

2.3 谐波控制装置的应用通过引入谐波控制装置，可以有效地降低谐波对换流变压器的影响。

谐波控制装置可以根据谐波的频率和幅值，采取相应的控制措施，如滤波、干扰抑制等，来减少谐波的传播和影响。

2.4 谐波测量和监控对于换流变压器，定期进行谐波测量和监控是必要的。

大容量变流设备谐波的产生和一种谐波计算方法理想的三相供电系统中，流过的电流与施加的电压成正比，电流和电压都是正弦波。

在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，波形将发生畸变，周期性非正弦波形可通过傅立叶级数分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。

在公共电网中主要的谐波源是有：电解、电镀行业和轨道交通系统的直流电源、风机和水泵变频调速装置、交流调压设备、电弧炉等，以及家用电器、电子办公设备和气体放电灯等非线性设备。

电网中的谐波使电能的产生、传输和利用效率降低，增加传输线路和电气设备的附加损耗，产生振动和噪声，并加快绝缘老化；谐波可引起电力系统局部发生谐振，使谐波放大，造成电容器等设备烧毁；使继电保护可能误动和拒动；还会对通信系统和电子设备的工作产生干扰。

为减少谐波的危害，GB/T 14549-93对用户注入公共电网中的谐波进行了规定，若超出规定的谐波限值，用户应对谐波采取相应的治理措施。

本文主要针对大容量变流装置产生的谐波进行计算分析，可作为设计时谐波评测和谐波治理的重要依据之一。

通常公共电网电压的波形畸变都很小，故以下的计算假定电源电压波形均为正弦波。

一、 忽略换相过程和直流侧电流脉动的情况忽略换相过程即假定交流侧的电抗为0，忽略直流侧电流脉动即假定直流侧电感无穷大，直流电流为理想恒定值。

1. 三相桥式整流电路以a 相电流为例，如图1所示，将电流负、正两半波之间的中点作为时间零点进行傅立叶分界，则有()t n n I t I t t t t t t t I i k n k d d d a ωπωπωωωωωωωπsin 1162sin 62]19sin 19117sin 17113sin 13111sin 1117sin 715sin 51[sin 3216⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯+⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=+--++--=∑∞±=基波和各次谐波的有效值分别为dI I π61=和dnI n I π6=，谐波含量nI I n 11=。

变压器谐波计算变压器是一种重要的电力设备，用于改变交流电的电压水平。

在变压器的运行过程中，由于磁路饱和、电流不平衡、电压波形失真等原因，会产生谐波。

谐波是指频率是基波频率的整数倍的电压或电流成分。

谐波的存在会对电力系统产生一系列的不良影响，因此对变压器的谐波计算是非常重要的。

谐波计算是指通过对变压器的电路参数进行分析和计算，确定谐波电压和谐波电流的幅值和相位关系。

谐波计算的结果可以用来评估变压器的谐波性能，并采取相应的措施来减小谐波对电力系统的影响。

变压器的谐波计算可以分为两个步骤：谐波电压计算和谐波电流计算。

首先，需要确定谐波电压产生的原因。

常见的谐波电压产生原因有电力电子装置的非线性特性、电弧炉的工作方式以及其他谐波源。

然后，根据谐波电压的产生原因，可以计算出谐波电压的幅值和相位。

谐波电流的计算与谐波电压的计算类似，也需要确定谐波电流产生的原因。

常见的谐波电流产生原因有非线性负载、电力电子装置以及其他谐波源。

根据谐波电流的产生原因，可以计算出谐波电流的幅值和相位。

在进行谐波计算时，需要考虑变压器的特性参数。

包括变压器的变比、漏抗、短路阻抗以及变压器的额定容量等。

这些参数对于谐波电压和谐波电流的计算都有着重要的影响。

谐波计算的结果可以用来评估变压器的谐波性能。

当谐波电压和谐波电流超过了一定的限制值时，会对电力系统产生不良影响，如电压失真、电流超载等。

因此，通过对变压器的谐波计算，可以及时发现问题，并采取相应的措施来减小谐波对电力系统的影响。

为了减小变压器谐波的影响，可以采取以下措施：首先，增加变压器的容量，使其能够承受更大的谐波电流。

其次，采用谐波滤波器来减小谐波电压和谐波电流的幅值。

此外，还可以通过改善电力系统的谐波源，如更换非线性负载设备、改进电力电子装置等来减小谐波的产生。

变压器的谐波计算是电力系统中重要的一环。

通过对变压器谐波的计算和评估，可以及时发现问题，并采取相应的措施来减小谐波对电力系统的影响。

变压器谐波损耗计算及影响因素分析摘要：近年来，在电力系统中，工作效率高的变压器系统能够使得电网的转化效率提高，实现用户安全用电。

一般在配电网中，产生大量的谐波会使得变压器出现损耗，因此，保证电路中变压器正常运行，需要对变压器谐波损耗进行计算。

本文主要对变压器谐波损耗计算及影响因素进行分析，以期对相关人员有一定的参考。

关键词：变压器；谐波损耗计算；影响因素；分析1 谐波对变压器的影响1.1 电力系统中谐波的出现对变压器产生一定的影响，增加变压器的负载损耗。

其中负载损耗的增加主要表现为铜损耗和杂散损耗，非线性负载引起变压器铁心发热，杂散损耗是非线性负载损耗的重要原因；1.2 引起涡流损耗的增加，谐波频率增加带动涡流损耗增加，同时还会产生一些磁滞损耗。

变压器中铁心外层硅钢片发热引起线圈温度升高；2 变压器谐波损耗计算与分析2.1 变压器短路阻抗选择短路阻抗计算是变压器的重要性能参数，对电力系统中主回路参数、交直流侧谐波的运行损耗产生重要影响，因此，短路阻抗参数选择，是决定着变压器可靠性和运行效率的关键因素[1]。

例如，短路阻抗百分数过大或者过小，都会导致变压器的生产成本增加。

在对短路阻抗进行选择时，需要遵循以下原则：2.1.1 满足晶闸管阀的浪涌电流水平要求；2.1.2 变压器消耗的无功功率要求最小；2.1.3 变电站的成本要最低。

在电力系统中，主分接下阻抗所允许的最大偏差为±5%，在其他范围内不得超过±10%。

2.2变压器谐波损耗计算2.2.1变压器损耗计算变压器从构造上分析，主要由一次绕组线圈、二次绕组线圈和铁芯组成。

由于在材料选择上的不同，以及铁芯的构造工艺存在差异性，在变压器在运行中将会出现各种类型的损耗。

对于同一类型的变压器来说，使用条件不同其负载的损耗也不同，同样会产生损耗值。

变压器的损耗主要有三种：空载损耗、负载损耗以及总损耗。

其中铜损耗和杂散损耗组成了负载损耗，而线圈中的杂散损耗主要为涡流损耗。

换流变压器作用：1、参与实现交流电与直流电之间的相互转换；2、实现电压变换（高压到低压）；3、抑制直流故障电流；4、削弱交流系统入侵直流系统的过电压；5、减少换流器注入交流系统的谐波；6、实现交、直流系统的电气隔离。

换流变压器特点：短短路阻抗大；绝缘要求高；噪声大；损耗高；有载调压范围宽；直流偏磁严重一、新型换流变压器的提出1、传统换流过程中将产生严重的特征谐波和非特征谐波，并产生输电总功率40% 60%的滞后无功。

谐波功率及无功功率在换流变压器的全部阀侧绕组和网侧绕组中传送，给换流变压器增加许多负担，因而必须增大设计容量，才能解决谐波引起的所有绕组的绝缘问题，这种方案下，换流变压器的损耗和噪声都会很大2、新型一种自耦补偿与谐波屏蔽的换流变压器,包括原绕组(1)、副绕组、铁心(4),其特征在于:在供电变压器绕组的副方绕组中间引出自耦抽头,抽头将副方绕组分为两段类似自耦变压器的公共绕组(2)与串联绕组(3),公共绕组(2)与串联绕组(3)保持紧密耦合,并与其同相的原绕组(1)在圆柱铁心(4)上构成三绕组的同心布置,布置在中间层的公共绕组(2)的两端与容抗X↓[C]串有感抗X↓[L]的支路(7)并联,且基波下阻抗X↓[C]远大于X↓[L],公共绕组(2)为屏蔽绕组,其等值阻抗为零,原绕组(1)的两端与电网电源相连,供电负荷(5)与公共绕组(2)和串联绕组(3)并联。

二、新型换流变压器——主要改进一种自耦补偿与谐波屏蔽的换流变压器，是在供电变压器的副方绕组中间引出自耦抽头，该抽头把副方绕组分为两段，类似自耦变压器公共绕组与串联绕组，两者紧密耦合，该两段副方绕组与原绕组在铁心圆柱上构成三绕组的同心布置，其中公共绕组布置在原方绕组与串联绕组间，其等值阻抗为零，公共绕组的两端与外接滤波容感支路相接。

本发明可对用户工频下的感性电流就近实行无功补偿，对谐波磁链利用抽头分开的两端绕组在相应谐波频率下感应电流的安匝平衡作用使之被迫抵消，疏导谐波电流经串联绕组就近返回负荷，阻止其越过气隙传送到原方电网，从源头对谐波根治，对原方电网实现谐波屏蔽和隔离时，也避免谐波电流和谐波磁通对变压器本身的损害。

单桥换流器带大电感负载情况下，直流侧电流恒定。

在不考虑换相角γ的条件下，交流侧输入电流的波形图如图6-1所示。

为方便推导，根据叠加原理，下面分三步完成交流输入电流的谐波分析：（1）正120°方波的谐波分析；（2）负120°方波的谐波分析；（3）完整的谐波分析。

图6-1 三相换流器交流侧电流波形（描图注意：图中的空心、实心小圆点不画出来）（1）正120°方波的谐波分析。

按图6-1所示，安排坐标原点与方波的相对位置，使得正方波为偶函数，周期T ＝2π，变量x ＝ωt ，写出其傅立叶级数形式如下：()∑∞1n n 01t cosn a 2a t f ＝＋＝ωω ⎰300Id 32t Idd 2a πωπ＝＝ （6-4b ） ⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛30n 3n sin n 1Id 2t td Idcosn 2a πππωωπ＝＝ （6-4c ） ∴t cosn 3n sin n Id 23Id t f 1n 1ωππω∑∞⎪⎭⎫ ⎝⎛＝＋）＝（ （6-4a ） （2）负120°方波的谐波分析。

由图6-1可以看出，负120°方波与正120°方波有如下关系：()()πωω＋＝－t f t f 12∴()()()πωπππωωn t n cos 3n sin n Id 23Id t f t f 1n 12＋－＝－＋＝－＝∑∞⎪⎭⎫ ⎝⎛ （6-5）（3）完整的谐波分析。

同时考虑正负半波，根据叠加原理，就是将()t f 1ω和()t f 2ω相加，即：()()()()()()()[]()()[]πωωπππωωπππωωωωωn t n cos t n cos 3n sin n 1Id 2n t n cos t n cos 3n sin n Id 2t f t f t f t f t f 1n 1n 1121＋－＝＋－＝＋－＝＋＝＝＝∑∑∞∞⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛ （6-6） （4）电流的组成成分分析分析()f t ω表达式可以得出如下结论：①常数项抵消为零，表示不存在直流分量；②当n ＝2k ，k ＝1，2，3，……，即n ＝偶数时，()()0n t n cos t n cos ＝＋－πωω，即偶次项为零，表明不存在偶次谐波；③当n ＝3j ，j ＝1，2，3，……，即n 为3的倍数时，()0j sin 3n sin ＝＝ππ⎪⎭⎫⎝⎛，即3倍次项为零，表明不存在3倍次谐波；④根据上述分析结果，可知单桥换流器交流侧输入电流，除基波外只剩有5、7、11、13、……次等6k ±1次谐波。

换流变压器铁心接地电流及其谐波特性分析摘要：换流变压器是特高压直流输电系统中的核心设备，改设备能否正常运转直接关系到整个电网的安全运行，所以换流变压器的安全稳定性非常重要。

为了保证换流变压器的正常运行，在工作时其铁心必须要单点可靠接地，通过观测铁心电流来了解变压器工作情况、有没有发生铁心接地故障，对于变压器的状态评估和安全稳定运行具有非常重要的意义。

本文主要对某±800kV特高压换流站的24台换流变压器开展了铁心接地电流带电检测，并对得到的相关数据进行分析。

关键词：换流变压器；谐波特性；接地电流一、换流变压器概况以及测试分析方法（一）换流变压器概况本文主要对一组±800kV特高压换流站的24台换流变压器开展了铁心接地电流带电检测，该换流站内直流场电气主接线采用的是双电极，每一个电极都有两个十二脉换流阀组串联。

该换流站使用的输送电电功率为8000MW，变压器的数目是二十四，这二十四台变压器中一半是极 I 另一半是极 II，这二十四台变压器中不包括备用变压器在内，总共使用了两种联结方法，一种是Y/Y，另一种是Y/D，这两种联结方法也是各占一半。

（二）测试原理以及分析方法本文采用便携式铁心接地电流综合分析仪对换流变压器的铁心接地电流进行带电测试，该铁心接地电流综合分析仪采用电流取样钳采集电流信号，并能对采集到的信号进行谐波分析。

测量时通过将流取样钳水平卡住换流变压器铁心接地引下线的方式获取铁心接地电流实时波形，通过对测量到的信号进行傅里叶变换，可获得铁心接地电流的各次谐波含量。

二、铁心接地电流测试结果为了方便读者观看，本文将使用到的24台进行逐一编号，具体的变压器名称和编号对应情况如下图：根据图中的数据我们可以对变压器的铁心接地电流进行分析，从图中我们可以看出，同一次测试结果中，不同的铁心接地电流的全电流在数值上也不完全相同，之所以会出现这种结果是因为这些变压器的自身结构不同，用来作实验的二十四台变压器是由不同的厂家生产出来的，所以他们的结构设计存在一定区别，这种区别导致了最终结果的差异。

Y/Δ接线变压器一次电流波形分析Y/Δ接线的变压器有Y/Δ1和Y/Δ11两种接法，接线图如图6-2所示。

工程应用中一般采用Y/Δ11接法。

（a ）Y/Δ1接线 （b ）Y/Δ11接线图6-2 Y/Δ1和Y/Δ11的换流变压器接线图（描图注意：图中的空心小圆点不画出来） Y/Δ变压器的接线特点：Y/Δ1：a 尾接b 头（绕组a 的尾与绕组b 的头相接）， b 尾接c 头，c 尾接a 头； Y/Δ11：a 尾接c 头， c 尾接b 头，b 尾接a 头；由图6-2可以写出Y/Δ1接线和Y/Δ11接线变压器二次侧线电流与三角形绕组电流之间的关系式。

设绕组电流为：a b c i i i ∆∆∆，，，参考方向流向同名端；变压器引出端的线电流为a b c i i i ，，，参考方向为流出，Y/Δ1接线变压器的电流关系如图6-3所示。

图6-3 Y/Δ1接线变压器的电流关系（描图注意：图中的空心小圆点不画出来） 由图6-3可见，Y/Δ1接线变压器的电流有如下关系：Y/Δ1：a a cb b ac c b a a a i =i -i a i =i -i b i =i -i c i i i =0d ∆∆∆∆∆∆∆∆∆++ （）（） （）（）（6-12）（a ）-（b ）：a b a c b a a a ai-i=i -i -i ii -i =3i ∆∆∆∆∆∆∆++（b ）-（c ）：b c b a c bbb bi-i=i -i -i ii -i =3i ∆∆∆∆∆∆∆++ （c ）-（a ）：c a cb a ccc ci-i=i -i -i ii -i =3i ∆∆∆∆∆∆∆++因此得：a a b b b c c c a 1i =i -i e 31i =i -i f 31i =i -i g 3∆∆∆（） （）（） （）（） （）（6-13）Y/Δ11接线变压器的二次电流关系如图6-4所示。

图6-4 Y/Δ11接线变压器的二次电流关系（描图注意：图中的空心小圆点不画出来） 由图6-4可见，Y/Δ11接线变压器的二次电流有如下关系：Y/Δ11：a ab b bc c c a a a a i =i -i a i =i -i b i =i -i c i i i =0d ∆∆∆∆∆∆∆∆∆++ （）（） （）（）（6-14）（a ）-（c ）：a c a b c aa a ai-i=i -i -i i i -i =3i ∆∆∆∆∆∆∆++（b ）-（a ）：b a b c a bbb bi-i=i -i -i ii -i =3i ∆∆∆∆∆∆∆++（c ）-（b ）：c b ca b c cc ci-i=i -i -i ii -i =3i ∆∆∆∆∆∆∆++a a cb b ac c b 1i =i -i e 31i =i -i f 31i =i -i g 3∆∆∆（） （）（） （）（） （）（6-15） 根据关系式（6-13）和（6-15）可以导出Y/Δ1接线变压器和Y/Δ11接线变压器的三角形绕组的电流波形。

谐波电流与谐波阻抗的估算工业与建筑电气系统谐波问题之二1 引言谐波电流的估算有时是很困难的，因为影响谐波电流大小的因素很多，例如有功负荷的大小，变流器的类别和控制要求等等，而某些情况，甚至无法估算，例如电弧炉、弧焊机等，这就只有等待设备运行后的谐波测量。

但从下面的分析中可以看出变流器发射的谐波电流还是有一定的规律的。

如果变电所的负荷中，变流设备占了一定的比重，估算出谐波骚扰量和系统阻抗，就可以考虑谐波治理的予案；又如民用建筑中，单相负荷电流若包含有零序谐波成分(3次及3的倍数次谐波)，可能对中性及开关的第4级带来麻烦。

总之，估算可能并不准确，但它是治理谐波的基础。

最近，施耐德公司为了确定谐波电流的大小可提供专用的选型软件，但要选型者提出设备参数。

因此知道估算谐波电流就一定知道所提供的设备参数的用意，即设备参数和谐波电流大小的关系。

2 谐波源分类[1]2.1 工厂设备的低频骚扰概述在讨论谐波源之前，先简述低频传导骚扰源见表1。

表1 低频传导骚扰源一览表2.2 谐波源分类(1) 半导体变流器表2 单相移相调压交流控制器谐波电流ihmax/i1max半导体器件是可控的，例如晶闸管(scr),也可以是不可控，例如二级管，这些变流器又可分为三类，它们有各自单独的谐波发射规律。

l 交流控制器移相调压，输出仍是交流，正弦波被切出一部分，因而输出不是正弦波，有效值随移相角增大而变小，白炽灯调光器，取暖炉和电炊具控制器输出电流。

典型设备如软a启动器，白炽灯调光器，取暧炉和电炊具控制器等，有三相也有单相的，常用电功率器件为晶闸管反并联或双向晶闸管。

另外还有一种是通断调压，输出的每个交流正弦波是完整的，但不足50hz，按比例被切去了一部分周波，例如剩下的周波数若为40hz，则输出电功率为80%，可用于控制电阻炉加热的温度。

输入线电流的谐波成分减少，但50hz附近的间谐波量增加，本文对此不讨论。

l 直流输出用电感滤波的整流桥，从交流侧发射出的谐波具有电流源的性质，也可称为电流型谐波源。

谐波电流计算公式是什么？谐波含量计算：测试时最好测出设备较长时期运行时最大的谐波电流，其和产生谐波电流的负载投入有关，若产生谐波电流的负载全部投入，测试的数据是比较准的。

A、咨询现场工程人员，此时产生谐波的负载是否全部满负荷运行，产生谐波的负载就是非线性负载，变频器，整流设备，中频炉等。

测试时现场工程人员应该知道同类的非线性负载投入了多少，所以一定问清楚，自己也可以通过配电盘看一下同类的设备投入了多少，最终目的就是能够知道我们此次测试的谐波电流含量是否为其真正的谐波含量，否则按比例推算。

譬如我们测试时同类设备只有一半运行，毫无疑问我们的测试报告要对其进行说明，并且推算出其真实的谐波含量应该乘以2。

B、数据测试完后，若测试数据已经完全反映了实际现场可能出现的最大谐波含量，如下图：将测试的0min----30min的数据计算出来，如上图是0min----2min，其THDA （平均畸变率）为9.4%，Arms为1.119KA，那么其计算的谐波含量为105.186A，0min----30min的数据全部计算完后，取出最大值既是我们需要的最大谐波含量，那么选取1台100A的设备即可满足谐波补偿要求。

无功功率补偿计算：A、咨询现场工程人员，或者调用其原始功率因数数据，因为功率因数是考核指标，主要咨询两个问题，一是功率因数长期基本上是多少，二是在此功率因数时长期负载电流I多大，通过公式计算出P的值，然后计算出需要补偿的无功功率，无功功率计算公式为，——对应cosφ前的正切值，——对应cosφ后的正切值。

B、数据测试完后，若测试数据已经完全反映了实际现场可能出现的最大无功补偿量，如下图所示：将测试的0min----30min的数据计算出来，如上图是0min----2min，其平均功率为P=140KW，补偿前功率因数cosφ前=0.554，若补偿后要求功率因数不低于cosφ后=0.90，那么根据公式其计算的无功补偿容量为142.66KVAR，0min----30min的数据全部计算完后，取出最大值既是我们需要的最大无功补偿容量，那么选取3台100A的设备即可满足谐波补偿要求。

特高压直流输电系统新型谐波抑制方法研究作者：许加柱董欣晓梁崇淦罗隆福付颖梅念罗志平来源：《湖南大学学报·自然科学版》2016年第10期摘要：传统的特高压直流输电系统一般在换流站交流网侧布置滤波兼无功补偿装置.为了避免谐波对换流变压器的不良影响，本文提出了一种滤波绕组并联的感应滤波换流变压器的谐波抑制方法，文中描述了其接线方案，解释了其滤波机理，并与传统的滤波方案进行了对比分析.以酒泉湖南的±800 kV特高压直流输电的工程参数为依据，搭建了所提滤波方案和传统方案的仿真模型.两个模型的阀侧和网侧电流的对比分析证明，新型谐波抑制方法效果良好.关键词：新型换流变压器；特高压直流输电；感应滤波技术；谐波抑制；无功补偿中图分类号：TM4 文献标识码：A文章编号：1674-2974（2016）10-0079-08Abstract： In traditional UHVDC transmission systems， the filtering and reactive power compensation devices are generally installed at the power grid side of the converter stations. In order to reduce the negative effects caused by harmonic currents on the converter transformers， a harmonic suppression method of inductive filtering converter transformers with parallel filtering windings was proposed. This paper described the corresponding detailed wiring schemes， explained the filtering mechanism and compared it with the traditional filtering solution. Referring to the engineering parameters of the Jiuquan-Hunan ±800 kv UHVDC transmission project， the simulation models of the proposed harmonic filtering scheme and the traditional schemes were established respectively. Based on the comparative analysis of the currents at the grid and valve sides of the two models， it can come to the conclusion that the proposed harmonic suppression scheme has a better operational performance in contrast with the traditional one.Key words：novel converter transformer； UHVDC transmission； inductive filtering technology； harmonic suppression； reactive power compensation在换流变网侧直接接入750 kV交流系统的条件下，设备研制的难度进一步加大，对系统运行可靠性的要求也更高，针对不同技术路线换流变接入同一换流器以及降低双极停运率等课题需要提出新的解决方案，以确保工程建设的顺利推进[1-5].同时，须针对网侧直接接入750 kV交流系统成套设计关键技术方案与接入常规500 kV交流系统时的差异及其带来的影响进行研究.本文主要是依据特高压直流以及750 kV交流电网的特性，对特高压直流接入750 kV交流电网的无功平衡和谐波抑制技术进行研究[6-9]，在已有感应滤波技术方案的基础上提出滤波绕组并联型感应滤波换流变压器接线方案[10-15]，并以酒泉湖南在建的特高压直流输电工程为案例进行实施新方案的可行性研究，基于酒泉湖南±800 kV特高压直流输电工程而建立的特高压直流接入750 kV交流电网的PSCAD/EMTDC仿真模型进行验证，揭示基于新型换流变压器的直流输电系统所具有的独特的谐波抑制机理，能有效地解决上述无源滤波、有源滤波所面临的种种问题.为特高压电网运行的可靠性、安全性和稳定性提供参考.1 新型接线方案和机理分析感应滤波技术是利用换流变压器的电磁潜能和安匝平衡原理，设计了一种特殊的滤波绕组对谐波进行就近抑制，可有效隔离阀侧绕组谐波对电网的危害，从而缩小谐波的污染范围[10-15].感应滤波换流变压器Δ联接的滤波绕组具有零阻抗设计的特点，不仅能够为3次及其倍数次谐波提供环路，且通过在滤波绕组处接入无源滤波器，实现对特征谐波的滤除.结合特高压直流输电系统的特点，本文在已有感应滤波技术方案的基础上，提出滤波绕组并联型感应滤波换流变压器接线方案，如图1所示.图1中的滤波绕组并联型感应滤波换流变压器接线方案为：（ⅰ）三相换流变压器组的滤波绕组为三角形联接形式.（ⅱ）12脉动换流变压器组的两个滤波绕组采用并联连接方式.如图2所示，常规方案的12脉动换流变压器通常为高压绕组并联方式，在汇流时由于相位刚好相反，因而5，7次谐波各自形成环流而相互抵消，从而可抑制两个6脉动换流器产生的5，7次谐波电流.然而，该接法却存在不足之处，由铁芯饱和等原因引起3次谐波由于绕组中没有3次谐波电流流通回路，因而铁芯中谐波磁通较大，从而引起网侧的3次谐波及变压器铁芯振动噪音问题.新型12脉波感应滤波换流变压器及工作机理如图3所示.对于某一变压器本体来说，若有3次谐波电流则无3次谐波磁通，若有3次谐波磁通则无3次谐波电流.因此对于Y-Y联接的换流变压器，其工作时铁芯中必有3次谐波磁通，因而会在一次侧引起3次谐波电势，从而形成一次侧流通的3次谐波电流.对于Y-△联接的换流变压器，由于其本身已具有3次谐波电流回路，因此其变压器铁芯中的3次谐波磁通会小于Y-Y联接的换流变压器.相对于传统Y-Y联接的换流变压器，感应滤波换流变压器增加了3次谐波电流流通回路，能有效削弱铁芯中的3次谐波磁通，这样既降低了一次侧的3次谐波含量，又降低了由3次谐波引起的铁芯振动噪声.而感应滤波换流变压器采用滤波绕组相互并联的方式，让5，7次谐波电流在各相并联线路之间形成环流而相互抵消，因此可以在12脉动变压器网侧电流汇流之前便能有效地消除5，7次谐波电流，而汇流后可更进一步降低12脉动整流系统中所引起的5，7次谐波.由于新型方案为3，5，7次等谐波电流提供回路，因此能有效地降低换流变压器铁芯中相应的谐波磁通，一方面可阻止这些谐波流通变压器而进入网侧，另一方面还可降低由这些谐波引起的换流变压器铁芯振动噪音.此外，相比于滤波绕组单独连接的方式，采用滤波绕组并联的接线方案还可以减少交流滤波器和并联电容器的分组，以节省设备的占地面积.2 特高压直流输电系统电磁暂态模型本文以酒泉湖南±800 kV的特高压直流输电工程为案例，揭示基于新型换流变压器的直流输电系统所具有的独特的谐波抑制机理.根据酒泉湖南±800 kV特高压直流输电工程的实际参数，采用PSCAD/EMTDC仿真软件并参照CIGRE HVDC标准模型，建立了±800 kV特高压直流接入750 kV交流电网的电磁暂态仿真模型，如图4所示.采用网侧滤波功补方案的常规模型及采用感应滤波技术的新型模型进行比较，其中新型模型仅对750 kV侧采用新型滤波绕组并联型换流变压器，揭示基于新型换流变压器的特高压直流输电系统所具有的独特的谐波特性.2.1 仿真模型参数1）交流系统参数送电端额定容量10 000 MVA，额定电压为770 kV，稳态电压范围750～800 kV；受电端额定容量为10 000 MVA，额定电压为525 kV，稳态电压范围500～550 kV.2）交流滤波器及并联电容器①常规模型送电端交流母线处接入的交流滤波器及并联电容器参数如表1所示.受电端交流母线处接入的交流滤波器及并联电容器参数如表2所示.②新型模型由于送电端采用了感应滤波技术，因而交流滤波器及并联电容器连接在换流变压器500 kV等级滤波绕组上，且由于采用的Δ接滤波绕组可对3次及其倍数次的谐波有滤除作用而不必投入HP3滤波器，因此为保证系统无功平衡，并联电容器需适当增大，相关的参数如表3所示.由于只对送电端采用感应滤波技术，因此受电端交流母线处接入的交流滤波器及并联电容器参数基本维持不变，仍如表2所示.3）直流滤波器仿真模型按实际工程采用的直流滤波器型式及参数建模，即每个换流站装设12/24和2/39双调直流谐滤波器各一台，参数如表4所示.4）换流阀换流站的阀组均采用每极2个12脉动换流单元串联接线的接线方式，2个12脉动阀组串联电压按±（400+400） kV分配.5）换流变压器①常规模型实际工程设计中，送电端换流变压器为单相双绕组变压器，单台容量412.3 MVA，联接成Y/Y和Y/△两种接线形式，等效阻抗均为0.23，网侧绕组额定电压444.56 kV，Y/Y接变压器阀侧绕组额定电压100.99 kV，Y/△接阀侧绕组额定电压174.92 kV；受电端换流变压器也为单相双绕组变压器，单台容量378.56 MVA，联接成Y/Y及Y/△两种接线形式，等效阻抗为0.18，网侧绕组额定电压303.11 kV，Y/Y接变压器阀侧绕组额定电压92.73 kV，Y/△接阀侧绕组额定电压160.61 kV.仿真模型中，送电端换流变压器为三相双绕组变压器，单台容量为1 236.9 MVA，分为Y/Y和Y/△两种，等效阻抗0.23，网侧绕组额定电压770 kV，阀侧绕组额定电压均为174.92 kV；受电端换流变压器为三相双绕组变压器，单台容量1 135.68 MVA，接线形式分Y/Y和Y/△两种，等效阻抗0.18，网侧绕组额定电压525 kV，阀侧绕组额定电压均为160.61 kV.②新型模型在新型仿真模型中，送电端换流变压器为三相三绕组变压器，单台容量为1 236.9 MVA，分为Y/Y/△和Y/△/△两种，网侧阀侧等效阻抗0.23，网侧绕组额定电压770 kV，阀侧绕组额定电压为174.92 kV，滤波绕组额定电压500 kV；受电端换流变压器不变，与常规模型的一样.6）直流输电线路仿真模型的直流输电线路额定功率8 000 MW，额定电压±800 kV，额定电流5 000 A，线路长度为2 381.93 km，直流线路电阻为8.92 Ω，换流站接地电阻均为1 Ω.2.2 方案对比与分析2.2.1 无功平衡效果对比及分析对于新型模型，由于3次谐波滤波器已不需要装设，因此原方案的并联电容器组的容量需加大，又由于并联电容器组的占地面积比交流滤波器的要小，因此在节省3次滤波器总占地面积的基础上，BP11/13，HP24/36交流滤波器组和并联电容器组在实际工程中的分组可以更加灵活.从系统稳态的角度，常规模型和新型模型均能较好地实现系统的无功平衡，分别如图5和图6所示.2.2.2 谐波抑制效果对比及分析对于滤波效果的分析，两个平列，测试点均位于送电端，分别检测750 kV总交流电流及单个换流变压器一次侧电流.无滤波器投入、采用常规网侧滤波和采用感应滤波3种方案下的电流波形如图7～图9所示.由图7可看出，两种方案均对750 kV总交流电流滤波产生较好的效果.但是从单个6脉动换流变压器一次侧电流波形来看，可知常规网侧滤波效果很差，而感应滤波取得良好的谐波抑制效果，如图8和图9.为便于分析与对照，将3种方案下的电流谐波含量相关数据列于表5～表7中.根据表5可求得采用常规滤波与采用感应滤波方案情况下的750 kV交流侧总电流谐波滤除率，见表8.并作出柱状图进行对比，如图7～图10所示.在不投入任何交流滤波器的情况下，750 kV交流侧总电流的谐波成分如表5中第2行所示，该电流含少量3次非特征谐波及较多的11，13，23，25次等12脉动特征谐波；单个换流变压器一次侧的电流的谐波成分如表6和表7中第2行所示，含较大量的5，7，11，13次等6脉动特征次谐波.本文以不投入交流滤波器和并联电容器的情况为参考基础，对采用常规网侧滤波功补方案与采用感应滤波方案进行对比，主要关注两种方案对上述谐波的滤除率.在750 kV交流母线处投入常规设计的750 kV电压等级的滤波器情况下，750 kV交流侧总电流的谐波成分如表5中第3行所示；单个换流变压器一次侧电流的谐波成分如表6和表7中第3行所示.因此，对于常规设计的滤波方案，除3次谐波无较明显滤除效果外（该HP3设计在150 Hz的阻抗较大，滤波效果受到一定影响），该方案对750 kV交流侧总电流的各次谐波的滤除率见表8第2行，显示出较好的谐波抑制效果.然而，对于单个换流变压器一次侧的谐波电流滤除情况，常规方案则基本没有滤除效果.这说明了虽然在交流网侧母线处安装滤波器能够取得良好的谐波抑制效果，但是由换流阀产生的谐波电流却能完全经换流变压器而流至交流母线处，这样换流变压器就完全遭受到了谐波对它的不良影响，包括其损耗增大和铁芯振动噪音增大等.本文所提感应滤波技术的方案，在原有双绕组换流变压器的基础上增加电压等级为500 kV的感应滤波绕组，并将750 kV侧的每个12脉动单元的两个感应滤波换流变压器的感应滤波绕组连接成并联的形式后，接入500 kV电压等级的滤波器及并联电容器.在此情形下，750 kV交流侧总电流谐波含量如表5中第4行所示；单个换流变压器一次侧的电流谐波含量如表6和表7中第4行所示.与不采取任何谐波抑制方法情况相比较，采用感应滤波绕组并联方案对750 kV交流侧总电流的各次谐波的滤除率见表8第3行.与常规网侧滤波方案相比，仿真结果表明：采用并联型感应滤波绕组方案在无需安装3次滤波器的情况下就能滤除750 kV侧总电流近90%的3次谐波电流.此外，本滤波方案对各特征谐波的滤除率要比常规方案的高（参见表8及图10和图11），分别为：11次谐波滤除率提高9.27%，13次提高7.73%，23次提高28.88%，25次提高34.39%，35次提高22.61%，37次提高30.65%.而在改善每个换流变压器一次侧电流质量方面，图12和图13更是清楚地说明了感应滤波绕组并联滤波方案具有常规网侧滤波方案所不具备的优势.3 结论本文以酒泉湖南在建的特高压直流输电工程为案例进行实施新方案的可行性研究，基于酒泉湖南±800 kV特高压直流输电工程案例而建立的特高压直流接入750 kV交流电网的PSCAD/EMTDC仿真模型，采用新型滤波绕组并联的感应滤波技术与常规网侧滤波及功补相比显示出如下的优势：1）感应滤波换流变压器的滤波绕组电压等级为500 kV，接入的交流滤波器及并联电容器的500 kV电压等级比常规方案的750 kV要低，可节省滤波器及并联电容器的投资成本.2）感应滤波技术利用换流变压器的电磁潜能和安匝平衡原理，在换流变压器内部对谐波磁通进行清除，可有效地抑制谐波电流对换流变压器本体的危害，降低换流变压器因谐波而引起的损耗和振动噪音.3）感应滤波技术在原换流变压器的基础上增加三角形联接的滤波绕组，为3次谐波电流提供回路，不需要3次滤波器组就能有效清除交流电网侧的三次谐波，节省了常规网侧滤波方案的三次滤波器组的投资成本和占地面积.4）采用最新的滤波绕组并联方式，一方面，可以为每个6脉动单元换流变压器一次绕组的5，7，17，19次等谐波电流提供环流回路，在汇流之前便能清除上述谐波电流，特别是为Y/Y型换流变压器一次绕组的3次谐波电流提供回路；另一方面，每个12脉动单元只需一个大组的交流滤波器和并联电容器，克服了传统滤波绕组不并联方式下需要单独两组的缺点.5）由于不再需要HP3交流滤波器，因而BP11/13，HP24/36交流滤波器和并联电容器的分组容量可以更加灵活.6）新型滤波绕组并联的感应滤波技术显示出比常规网侧滤波方案更好的谐波抑制优势.参考文献[1] 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