高压直流输电技术中的谐波及其抑制.doc

高压直流输电技术中的谐波及其抑制
周泊宇
（华北电力大学，北京市昌平区）

TheHarmonicWavesinHVDCandtheControlofHarmonicWaves
ZHOUBo-yu
(NorthChinaElectricPowerUniversity,Changpingdistrict,Beijing)
ABSTRACT:WhenweusethetechnologyofHVDC,thepowerelectronicdevicesinconverterstationswillgeneratedifferentkindsofharmonicwaves.WemustsolvetheseproblemsinordertouseHVDCmoreextensive.Inthispaper,Iwillanalysisdifferentkindsofharmonicwaves,themeasurementoftheharmonicwavesandthecontroloftheharmonicwaves.
KEYWORDS：HVDC,harmonicwaves,inverter,filter
摘要：高压直流输电技术在应用中，换流站的电力电子器件会产生不同次数谐波，只有解决好谐波的问题，才能更好的利用高压直流输电技术。在本文中，作者将针对谐波的种类、谐波的测量以及谐波的抑制进行分析。
关键词：高压直流输电技术，谐波，换流器，滤波器

0引言
高压直流输电系统在建设中会建设大量的换流站，由于换流站中大量的电力电子器件的应用，会产生一定次数的谐波，这些谐波对系统的安全稳定运行以及通讯设备的正常使用都会产生严重的影响，比如，引起局部的串并联谐振，放大谐波分量，产生附加损耗和发热；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；干扰邻近通讯系统，影响通讯质量。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。因此，对谐波的研究以及对其抑制的技术的研究，是高压直流输电技术中的重要技术问题之一。
1谐波的产生及谐波的次数
国际上公认的谐波定义是：“谐波是一个周期电气量的正弦分量，其频率为基波频率的整数倍”。根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)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,周期为T=2π/ω的非正弦电压uωt可分解为:

式中频率为nω(n=2,3⋯)的项即为谐波项,通常也称之为高次谐波。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。在高压直流输电中，由于换流器分为6脉动和12脉动两种，不同换流器在交流侧产生的特征谐波次数也不同，所以对于实际谐波次数的分析要根据换流器的脉动数而定。
1.16脉动换流器的特征谐波电流
假设换流器交流侧电感为零，忽略换相过程影响时各相电流波形由正、负相间的矩形波组成。以a相电流为例，适当选取坐标进行傅里叶分析可知，换流器交流侧电流中只含有6k±1次的谐波。对于直流侧的谐波分析，假定直流电流为不含纹波的直流电流，因此只分析直流侧电压中的谐波分量。通过傅里叶分析，可得到结论，对于6脉波换流器，h=6k。
1.212脉动换流器的特征谐波电流
12脉动换流器由两个6脉动换流器通过分别采用Yy（或Dd）和Yd11联结的换流变压器组合而成，桥侧电源电压移相π/6，根据分析发现5、7、17、19等次谐波在电网侧的总电流中将相互抵消，而只含有12k±1次的谐波。对于12脉动换流器直流侧的特征谐波，其分析方式于6脉动相同，结论为h=12k。
2谐波电流的测量
准确检测谐波信号是滤除各次谐波的前提，也是保证电力有源逆变器有效补偿的关键，目前电力系统应用的监视测量表计基本上都是按工频正弦量设计，输入信号含有谐波时，测量误差较大。传统的带铁心环形绕组互感器工作于铁心磁化曲线的线性区，可用来测量交流谐波，但它在直流电流作用下会因磁通偏移而产生饱和，故不能用来测量直流谐波。而目前还有一种利用Rogowski线圈电流传感器来测量谐波电流，Rogowski线圈电流传感器不含铁心、无磁饱和、频带宽，从根本上解决了传统谐波测量问题，且体积小、造价低，特别适用于HVDC谐波电流。
但要实际应用于高压直流输电工程中，尚需一些改进。根据实际情况，相对直流而言，各次H