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HVDC系统的谐波及其抑制

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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：n＝Kp±1，则可知脉冲数p增加，n也相应增大，而In≈I1／n，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／Δ或Δ／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 - 1167.
[10] 郝巍, 李兴源, 李峰, 等. 直流输电引起的谐波不稳定及其相关问题[J] . 电力系统自动化, 2006, 30( 19) : 94 - 99.
[11] 许加柱, 罗隆福, 李季, 等. 自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器的接线方案和原理研究[J] . 电工技术学报, 2006, 21( 9) : 44 - 50.
六、指导教师意见
指导教师签名：
年月日。

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《高压直流输电》高压直流输电的谐波抑制与无功补偿

《高压直流输电》高压直流输电的谐波抑制与无功补偿


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32
4.7 换流站无功补偿
无功分组容量确定
➢ 为适应直流功率的改变，同时满足换流站交流母线电 压变化的需要，无功补偿装置必须实行分组投切。
➢ 通常将无功补偿装置分成2～4个无功大组，每一大组 中包括2～4组无功补偿装置，称为无功小组或交流滤 波器小组；
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4.7 换流站无功补偿
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4.1 高压直流输电谐波的基本问题
方均根值和总谐波畸变率
电流方均根值 I 1 T i 2 (t)dt T0
M
I12
I
2 h
h2
h次谐波电流的含有 率
HRIh
Ih I1
1 0 0%
电流总谐波畸变率 T H D I
M
I
2 h
h2
1 0 0%
I1
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4.1 高压直流输电谐波的基本问题
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双极HVDC原理图， 假设条件
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4.3 换流器非特征谐波
非特征谐波
换流器交、直流侧的电流和电压中，除特征谐波 之外的谐波分量。
产生直流侧非特征谐波的因素：
➢ 交流母线电压中含有谐波电压； ➢ 构成12脉波换流器的两个6脉波换流器的换流变压器的
漏抗不相等和电压比不相等；
➢ 构成一个换流站两极换流器的任何运行参数不相等； ➢ 换流变压器三相漏抗不平衡；
✓ 早期直流工程中常用的一种阻尼滤波器，但 目 前的应用逐渐减少；
✓ 被称为为C型阻尼滤波器，适宜于低次大容量 谐波的滤除，在直流工程中也有应用投资省。
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4.5 交流滤波器设计
电力系统谐波的危害及其抑制措施

电力系统谐波的危害及其抑制措施

电力系统谐波的危害及其抑制措施电力系统谐波是指在交流电网中出现的频率为基波频率的整数倍的频率成分。

谐波的产生主要来自于非线性设备，如电弧炉、变频调速设备、开关电源等。

谐波对电力系统的稳定性和可靠性产生了许多危害，因此有必要采取相应的抑制措施。

首先，谐波对电力设备的产生严重的破坏作用。

谐波会导致设备的热耗损增加，使电力设备的温升超过正常值，从而影响设备的寿命和可靠性。

此外，谐波会引起设备的振动和共振，进一步加剧设备的磨损和破坏。

另外，谐波还会导致设备的传动系统产生冲击和振动，从而引起噪声和机械共振。

其次，谐波还会使电力系统的运行效率降低。

谐波会产生额外的功耗，使系统的负载率降低，从而导致电能的损耗增加。

此外，谐波还会引起线路过载、开关跳闸和设备故障，进一步降低系统的运行效率和可靠性。

最后，谐波对用户设备的使用造成了困扰。

谐波会导致用户设备的故障率增加，降低设备的可靠性和使用寿命。

此外，谐波还会引起设备的失真和抖动，影响设备的正常运行和使用效果，给用户带来不必要的经济损失。

为了抑制电力系统谐波，可以采取以下措施：1.提高设备和电网的抗谐波能力。

对于大功率非线性设备，可以采用有源滤波器、谐波抑制变压器等装置来抑制谐波的产生和传输。

在电网设计和运行中，要合理配置电容补偿装置和滤波器，提高电网的抗谐波能力。

2.采用合适的谐波控制技术。

可以通过谐波测量和分析，确定电网中谐波的源和传输路径，然后选择合适的谐波控制技术。

常用的谐波控制技术包括谐波滤波、谐波限制和谐波抑制等。

3.加强对谐波的监测和管理。

建立谐波监测系统，实时监测电力系统中谐波的水平和频谱特性，及时发现和解决谐波问题。

同时，制定相关的管理规范和标准，加强对设备和系统的质量检测和验收，确保设备和系统的抗谐波能力。

4.加强用户教育和意识提高。

通过开展谐波知识普及活动，提高用户对谐波的认识和了解，增强用户对谐波抑制的重视和意识，合理使用电气设备，减少谐波的产生和传输。

高压直流输电系统中谐波的抑制

高压直流输电系统中谐波的抑制

高压直流输电系统中谐波的抑制随着电力电子技术的发展，各种电力电子设备在运输、冶金、化工等诸多工业交通领域的广泛应用，使电网中的谐波问题日益严重，对电网造成严重的谐波污染和干扰影响，威胁到电网设备的安全运行，应当引起用电管理部门和用户的高度重视。

谐波是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。

根据法国数学家傅立叶分析原理证明,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量.谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率、幅值与相角。

谐波分为偶次与奇次,第3、5、7、9等次的为奇次谐波,而2、4、6、8等为偶次谐波,如基波为50Hz时, 2次谐波为100Hz, 3次谐波则是150Hz。

一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。

在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。

对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n ±1次谐波,例如5、7、11、13、17、19等,变频器主要产生5、7次谐波。

应该注意,我们所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形,电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障引起的过压、欠压均不属谐波范畴;谐波与频率低于工频基波频率的分量和频率非基波频率整倍数的分量有定义上的区别。

电网中的高次谐波会造成旋转电机和变压器过热,使电力电容器组工作不正常,对电机、变压器、电容器、电缆等设备造成振动、过热、绝缘老化,严重影响设备的使用寿命甚至直接造成设备损坏;对电力系统中的发电机、继电保护自动装置和电能计量等也有很大危害,严重时会引发保护误动作,造成重大事故;谐波污染对通信、计算机系统、高精度加工机械,检测仪表等用电设备也有严重的干扰。

在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出,严重影响到各种大型厂矿的正常生产,如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业,以及IT 和大规模微电子集成电路企业,造成产品报废、生产线停产、生产设备的寿命骤减甚至损坏。

HVDC系统的谐波及其抑制

HVDC系统的谐波及其抑制

HVDC系统的谐波及其抑制摘要:通过多方资料调查与研究,对HVDC系统的谐波在暂态、交流电势畸变、降压运行情况下进行了分析,并提出了谐波抑制的方法。

关键词:直流输电系统谐波非正常运行谐波抑制随着高压直流输电(HVDC)在能源开发、电能传输、电力系统不断扩大中的运用,尤其是在与新能源开发利用、风力发电、微网结合方面,直流输电的优越性及必要性日益凸显,直流输电的发展与壮大将是毋庸置疑的必然趋势。

直流输电具有其独特的优越性:(1)经济性(2)互连性(3)控制性直流输电所具有的优势使得直流输电越来越受到重视,但是直流输电本身也存在一些缺点。

如谐波及其抑制就是其中还未攻克的技术性问题。

1 HVDC谐波换流变在交、直流两侧都会产生谐波电压和谐波电流。

HVDC谐波的污染与危害主要表现在对电力与信号的干扰影响方面。

1.1 对电力危害(1)旋转电动机等的附加谐波损耗与发热,缩短适用寿命;(2)谐波谐振过电压,造成电器元器件及设备的故障与损坏;(3)电能计量错误。

1.2 对信号干扰方面(1)对通信系统产生电场干扰,使电信质量下降;(2)使重要的和敏感的自动控制、保护装置误动作;(3)危害到功率处理器自身的正常运行。

对于HVDC系统所产生的谐波特性研究,在两端交流系统基频相同及交流系统三相电势和参数都对称的条件下,已分析得相当清楚。

基本的结论是:交流系统的谐波电流次数为:n=kp(1)其中p为换流器的脉动数,k为正整数。

习惯上称以上两式所表示的谐波次数分别为交直流系统的特征谐波次数。

但是,在各种非正常情况下的谐波则不符合上述公式。

1.3 暂态过程中的谐波分析初始化基于以下条件:(1)两端交流系统换流母线电压(幅值与相位);(2)直流线路电流;(3)逆变侧熄弧角在数据仿真分析,用FFT采用窗函数处理后,结果表明:在交流不对称故障时,直流系统中不仅有特征谐波,还有大量的非特征谐波,尤其是2次谐波含量较高,这对HVDC系统的安全运行是不利的。