王蘇婭，任雪鴻（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710014）

關(guān)于高壓直流輸電中的諧波抑制

王蘇婭，任雪鴻
（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710014）

隨著高壓直流輸電技術(shù)的日益成熟，其運(yùn)用的范圍逐漸擴(kuò)大?，F(xiàn)階段除了用于海底電纜輸電外，還經(jīng)常被運(yùn)用在非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的功能。早在1954年，瑞典誕生了全球首條高壓直流輸電的線路，并且發(fā)展到至今經(jīng)歷了近60年的歷程，是電力電子技術(shù)中的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。之所以遠(yuǎn)距離輸電中運(yùn)用高壓直流輸電較為常見(jiàn)，其主要的原因是考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素。但是需注意的是，在運(yùn)用高壓直流輸電的過(guò)程中，很容易出現(xiàn)諧波電壓與電流的情況，而此現(xiàn)象很可能對(duì)于用戶或者系統(tǒng)本身產(chǎn)生一定的影響，所以諧波及其抑制是高壓直流輸電中的重要技術(shù)問(wèn)題之一。

高壓直流輸電;諧波分析;調(diào)制理論

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)水平的不斷提升，促使高電壓以及大容量晶閘管的水平日益提升的背景下，其直流輸電技術(shù)也上升到了一個(gè)新的高度。隨著該領(lǐng)域的日益成熟，現(xiàn)已將該技術(shù)運(yùn)用到海底電纜輸電、遠(yuǎn)距離輸電以及大功率輸電等多種情況。并且與交流輸電相比較來(lái)看，直流輸電所具有的優(yōu)勢(shì)日益明顯。與其相關(guān)的技術(shù)，如電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)控制、絕緣新材料、光纖、超導(dǎo)、仿真以及電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制和規(guī)劃等技術(shù)的發(fā)展，能夠看出在未來(lái)階段直流輸電發(fā)展的過(guò)程中，具有較為廣闊的市場(chǎng)前景。

對(duì)此，本文主要闡述了直流輸電系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容后，在此基礎(chǔ)上分析了直流輸電過(guò)程中，產(chǎn)生諧波電壓與電流的原因，并討論如何抑制的相關(guān)策略。

2 直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

從系統(tǒng)構(gòu)成的層面來(lái)分析直流輸電，主要是將電能從電廠發(fā)出，并且在發(fā)出的過(guò)程中需要通過(guò)三相交流電來(lái)進(jìn)行導(dǎo)出后，將電流轉(zhuǎn)換為直流的模式。進(jìn)而借助于電纜或者架空線的方式將其傳輸?shù)浇邮茳c(diǎn)，也可理解為受電端，直流在受電端用逆變器轉(zhuǎn)化成交流后，再進(jìn)入接收方的交流電網(wǎng)，即交流整流直流逆變交流。

高壓直流輸電系統(tǒng)：主要由換流裝置（即整流器和逆變器）、直流輸電線路、用于抑制諧波的電力濾波器、無(wú)功補(bǔ)償裝置、換流變壓器、直流電抗器以及相應(yīng)的過(guò)流過(guò)壓保護(hù)裝置、控制裝置等構(gòu)成。

2.2 高壓直流輸電的分類

直流輸電按輸電的極數(shù)種類較多，可以將其分為單極、雙極、多端直流輸電等多種類型。而通過(guò)對(duì)當(dāng)前的直流輸電技術(shù)的實(shí)際情況來(lái)分析，能夠看出只有很少的運(yùn)用了多端直流輸電，但也只限于放射式。而當(dāng)前主流的的線路為雙極，在雙極線路中包含正與負(fù)兩根導(dǎo)線。在正常運(yùn)行的情況下，該線路中的電流處于相等的情況，并且正極與負(fù)極之間并不相互影響。

單極高壓直流輸電又分為一線一地和單極兩線的方式，一線一地是采用一根負(fù)極性的導(dǎo)線，而由大地或水提供回路。出于對(duì)造價(jià)的考慮，常采用這類系統(tǒng)。在大地電路率過(guò)高、或者不允許對(duì)地下金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干擾的情況下，便可用單極金屬回線方式代替大地回線。

直流多回輸電分為線路多回輸電方式和換流器并聯(lián)方式的多回線輸電。線路并聯(lián)多回輸電方式每極線都采用多回輸電線路，可提高輸電的容量、輸電的可靠性及可用率。

多端直流輸電分為并聯(lián)多端直流輸電方式和串聯(lián)多端直流輸電方式。

3 直流高壓輸電中的諧波

3.1 諧波產(chǎn)生

關(guān)于諧波，主要是指對(duì)周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級(jí)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常稱為高次諧波。在換流站當(dāng)中，在對(duì)整流與逆變的過(guò)程進(jìn)行分析后，能夠看出其直流在傳輸時(shí)的波形并不是一直不變的，仔細(xì)研究能夠看出是脈動(dòng)電流。除此之外，在直流高壓輸電的過(guò)程中進(jìn)行換相的操作并不能達(dá)到理想的預(yù)期目標(biāo)，導(dǎo)致輸出電流出現(xiàn)一定的變化，而以上原因便是產(chǎn)生諧波的主要因素。

由電力電子器件組成，具有將交流電變?yōu)橹绷麟娀驅(qū)⒅绷麟娮優(yōu)榻涣麟姷脑O(shè)備統(tǒng)稱為換流裝置，或稱為換流器。其中，在發(fā)電端，換流器完成交流到直流的電能變換過(guò)程，工作于整流狀態(tài)，稱為整流器；在受電端，換流器完成直流到交流的電能變換過(guò)程時(shí)，處于逆變狀態(tài)，此時(shí)的換流器又稱為逆變器。

現(xiàn)階段較為主流的基本換流單元主要包含6脈動(dòng)與12脈動(dòng)兩種類型的換流單元。

而從換流器的層面來(lái)分析，主要是借助于三相橋式全控?fù)Q流電路作為最基本單元由于該電路的直流側(cè)整流電壓在一個(gè)工頻周期中具有6個(gè)波頭，所以三相橋式全控?fù)Q流電路又稱為6脈動(dòng)換流器。其中交流側(cè)產(chǎn)生6K±1次的特性諧波，而直流側(cè)所產(chǎn)生的是6K次特征脅逼。對(duì)此，需要在不同的交流側(cè)與直流側(cè)當(dāng)中，需要配備不同類型的濾波器。而在有兩個(gè)6脈動(dòng)換流器串聯(lián)的方式下，那么其交流側(cè)與直流側(cè)分別對(duì)應(yīng)的是12K±1次和12K次的特征諧波，因此需要根據(jù)直流與交流的方式來(lái)配備不同的濾波器。采用串聯(lián)的方式，不但能夠?qū)V波器裝置進(jìn)行簡(jiǎn)化，并且在成本與占地面積方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)。

在直流高壓輸電系統(tǒng)當(dāng)中，能夠看出換流器在工作的過(guò)程中，其直流側(cè)采用的是諧波電壓源，而交流側(cè)則采用的是諧波電流源。因此很容易出現(xiàn)電壓畸變的情況，最終對(duì)于諧波產(chǎn)生較大的影響。并且在換流站交流母線電壓出現(xiàn)嚴(yán)重畸變的情況下，必然會(huì)干擾到鄰近通信線路。

3.2 諧波的抑制

為了避免直流高壓輸電過(guò)程中所出現(xiàn)的諧波電流或電壓產(chǎn)生的負(fù)面影響，那么就需要制定相關(guān)對(duì)策來(lái)對(duì)其進(jìn)行解決。

可通過(guò)對(duì)對(duì)換流裝置當(dāng)中的脈動(dòng)數(shù)進(jìn)行增加，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)諧波組成成分的降低，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)最低次特征諧波的次數(shù)進(jìn)行有效的提升，以達(dá)到降低特征諧波含量的目標(biāo)?，F(xiàn)階段主流方式有借助于兩組6脈動(dòng)換流器串聯(lián)的方式，來(lái)構(gòu)成濾波裝置。并且絕大多數(shù)情況下，濾波裝置與換流變壓器交流側(cè)想并聯(lián)，意味著僅有少數(shù)能夠與換流變壓器的第三繞組進(jìn)行連接。所有濾波器在工頻頻率下呈容性阻抗，還可兼作無(wú)功補(bǔ)償之用。

[1]王建輝,顧樹(shù)生.自動(dòng)控制原理[J].北京:清華大學(xué)出版社，2005.

[2]戴熙杰主編.直流輸電基礎(chǔ)[M].北京:水利電力出版社,1990.

[3]韓明曉,文俊,徐永海.高壓直流輸電原理與運(yùn)行[J].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.

王蘇婭（1980-），陜西咸陽(yáng)人，女，碩士，助教，主要從機(jī)電一體化教學(xué)工作。