董臣 梅寧 王冬偉

摘要：本文主要的工作是研究了高壓直流輸電系統(tǒng)中的諧波，對諧波的抑制進行了綜合的分析，并結合龍泉換流站的實際情況，介紹了直流工程中諧波抑制的情況以及存在的一些問題。

關鍵詞：高壓直流輸電；諧波；諧波抑制；RTDS

1 引言

電力系統(tǒng)諧波的測量與分析已經成為電力系統(tǒng)領域發(fā)展的一個重要研究方向。特別是在高壓直流系統(tǒng)投入以后，諧波污染日趨嚴重，成為電能質量的重要參數之一。本文介紹諧波的產生危害，并以龍泉換流站為實例，簡要分析了諧波濾除。

2 換流站諧波分析

直流系統(tǒng)中換流器事實上是一個諧波源，因為在其中的電壓和電流呈現(xiàn)的波形并不正弦波并且通過其的也非恒定直流，這些都表明其含有一定的諧波分量。在換流器兩側所產生的諧波分別為n=kp或n=kp±1，在公式中K可以指任意的正整數，P所指的是換流器的脈沖波數，上式中所表示的K次諧波因為是正整數倍數所以被稱為是特征諧波，而除此之外的都是非特征諧波。

實際直流輸電工程的運行工況不可能和理想條件相同，換流變壓器流過的實際電流波形和直流電壓波形中，除含有特征諧波外，還包含其他次非特征諧波。非特征諧波在發(fā)生的位置、次數、幅值和相位上有各種組合，不管采用理論分析還是數字或模擬仿真，都不可能得到清晰的關系。

3 換流站諧波抑制

對諧波進行抑制一般有以下幾種方法：1、安裝適當的電抗器以消抵諧波；2、在設備上裝設濾波器；3、使用多相脈沖整流的方式降低諧波量；4、以降低諧波量為目的開發(fā)新型的變流器。現(xiàn)國內直流輸電工程中常見使用增加換流器脈沖數和裝設濾波器的方法來抑制諧波，下面主要就對增加換流器脈沖數和裝設濾波器的情況進行簡單介紹。

首先脈動數的改變會導致?lián)Q流變的接線發(fā)生改變，接線方式會變得更為復雜，對于高壓直流輸電更難以滿足要求。因此國內直流輸電工程普遍采用雙橋12脈沖換流器。

現(xiàn)直流輸電工程中，一般在換流器交、直流側裝設交、直流無源濾波器。無源濾波器結構簡單，成本低，吸收諧波基礎上還可以補償無功，改善功率因數。此外，無源濾波器維護方便、技術設計、制造經驗成熟。是目前最為廣泛的諧波抑制手段。

4 龍泉換流站諧波治理情況

龍政直流額定電流為3000A，脈動換流器為12，雙極額定功率為3000MW。直流側的特征諧波為12的倍數次諧波，交流側的特征諧波為12的倍數±1次諧波。其直流側諧波電流實際測量值如下：

在上面的表格中我們不難看出：直流系統(tǒng)中同時存在著特征諧波和非特征諧波，在系統(tǒng)的電流低次諧波的含量相對比較大，其數值范圍集中在從2到50的區(qū)間中，在此時呈現(xiàn)出的功率數值區(qū)間就是由100Hz到2500Hz之間。

龍泉站自2009年起，多次發(fā)生極1 Z11（12/24次）直流濾波電容器因不平衡保護動作而跳閘的情況。在理想情況下，電容器無故障時，流過不平衡CT的電流應該為零或接近于零。當發(fā)生電容器短路故障時，不平衡CT會流過相應的電流。每次故障后龍泉站對12/24次直流濾波器均進行了元件參數測試、阻抗頻率特性測試及不平衡電流測試。測試結果為C1四橋臂上電容器無損壞，參數平衡狀態(tài)良好。

之后，采用RTDS仿真研究龍泉站直流濾波器不平衡電流產生的機理。實驗名稱見下表：

通過仿真實驗，得出結論：1、當電容器C1無損壞時，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行或有暫態(tài)擾動對不平衡電流都沒有影響；2、當電容器C1有微小損壞時，不平衡電流受影響程度與電容值的變化率、系統(tǒng)運行狀態(tài)有關：不平衡電流的幅值和振蕩時間都與電容值的變化率出正比；系統(tǒng)有擾動時不平衡電流的幅值遠大于系統(tǒng)穩(wěn)定運行時的幅值；3、即使電容器C1的電容值在允許誤差范圍內變化，當系統(tǒng)有擾動時，不平衡電流的幅值大、振蕩時間長，極有可能達到保護動作值。4、電容器C1不平衡電流的原因有兩方面，一是C1電容器上的雜散電容和雜散電感引起暫態(tài)振蕩電流，二是電容器有微小損壞。5、不平衡電流中含有大量間諧波，對電容器的影響最為嚴重，應該考慮調整濾波參數有效濾除非整數次諧波。

因龍政直流輸電工程中，要求每側換流站每極必須必須投入一組直流濾波器，為保證直流系統(tǒng)不因直流濾波器跳閘而閉鎖，將直流濾波器電容器不平衡保護改投報警。

5 結論與展望

從龍政直流工程中可以看出，換流站通過增加換流器的脈沖數，以及在交、直流側裝設濾波器，特征諧波得到了有效的抑制。但是，交直流側的非特征諧波抑制情況不甚良好，甚至會對運行設備產生一定的影響。因此在今后的直流工程中，應加強非特征諧波的抑制。

根據龍泉站及已投運的幾個直流工程可以看出，現(xiàn)階段國內在運的直流輸電工程中濾波器主要采用的是無源濾波器，這種設備的特點是其受到系統(tǒng)參數的影響比較大，并且容易同系統(tǒng)以及其它的濾波支路發(fā)生串并聯(lián)諧振，在對待諧波方面，其作用的發(fā)揮也比較有限，只能消除特定的幾次諧波，對于其它的諧波則會起到相反的放大作用。

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作者簡介：

董臣（1986-），男，湖北宜昌人，工程師，現(xiàn)工作于國網湖北省電力有限公司檢修公司特高壓交直流運檢中心，從事直流換流站運維工作。