高压直流输电-高压直流输电的谐波抑制与无功补偿课件

Chap.4 Chap.4 高压直流输电的高压直流输电的谐波抑制与无功补偿谐波抑制与无功补偿高压直流输电高压直流输电Chap.4 高压直流输电的高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电谐波抑制与无功补偿高压直流输电chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿课程安排课程安排第四章第四章 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题4.2 换流器特征谐波换流器特征谐波4.3 换流器非特征谐波换流器非特征谐波4.4 换流站谐波抑制措施换流站谐波抑制措施4.5 交流滤波器设计交流滤波器设计4.6 直流滤波器设计直流滤波器设计4.7 换流站无功补偿换流站无功补偿2课程安排第四章课程安排第四章 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿2chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题谐波波 非正弦周期性非正弦周期性电气量的正弦波分量气量的正弦波分量,其其频率率为基基波波频率的整数倍。率的整数倍。谐波次数波次数第第h次谐波频率次谐波频率基波频率基波频率34.1 高压直流输电谐波的基本问题谐波第高压直流输电谐波的基本问题谐波第h次谐波频率基波频率次谐波频率基波频率chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题谐波的危害波的危害使使电机、机、电容器等容器等设备由于附加由于附加损耗增加而耗增加而过热，缩短寿命；短寿命；产生生谐波放大甚至波放大甚至谐振，危及振，危及设备安全；安全；引起引起电机机械振机机械振动；对电信信设备产生干生干扰；使控制保使控制保护设备误动作；作；降低降低测量精度。量精度。44.1 高压直流输电谐波的基本问题谐波的危害高压直流输电谐波的基本问题谐波的危害4chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题谐波分析方法波分析方法：傅立叶：傅立叶级数法数法傅立叶傅立叶级数：数：一个非正弦周期性函数一个非正弦周期性函数 f(x)，当其，当其满足狄里克足狄里克雷（雷（Dirichlet）条件）条件时，它可以用傅立叶，它可以用傅立叶级数表数表示示为：直角坐标表达式直角坐标表达式54.1 高压直流输电谐波的基本问题谐波分析方法：傅立叶级数法高压直流输电谐波的基本问题谐波分析方法：傅立叶级数法chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题其中其中直流分量直流分量/恒定分量：恒定分量：式中式中 余弦项系数余弦项系数：正正弦项系数弦项系数：64.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题其中式中其中式中 余弦项系数：余弦项系数：chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.1 高压直流输电谐波的基本问题高压直流输电谐波的基本问题傅立叶傅立叶级数的极坐数的极坐标表达式表达式其中其中式中式中 第第h次谐波幅值次谐波幅值：第第h次谐波初相位次谐波初相位：74.1 高压直流输电谐波的基本问题傅立叶级数的极坐标表达式其高压直流输电谐波的基本问题傅立叶级数的极坐标表达式其chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2 换流器特征谐波换流器特征谐波 特征特征谐波：波：在假在假设条件下，条件下，换流器交流流器交流侧的各相的各相电流和直流和直流流侧的整流的整流电压中所包含的中所包含的谐波。波。换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波双极HVDC原理图，84.2 换流器特征谐波换流器特征谐波 特征谐波：特征谐波：换流器交流侧特征谐换流器交流侧特征谐chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2 换流器特征谐波换流器特征谐波 特征特征谐波分析的假波分析的假设条件条件 1)交流交流电源源为对称的正弦波；称的正弦波；2)交流交流输电系系统及及换流流变压器阻抗器阻抗对称；称；3)不不计交流系交流系统中各元件的中各元件的电阻及阻及换流流变压器器的激磁的激磁导纳；4)平波平波电抗器的抗器的电感感为无无穷大；大；5)晶晶闸管具有理想的开关特性；管具有理想的开关特性；6)等等间隔触隔触发94.2 换流器特征谐波换流器特征谐波 特征谐波分析的假设条件特征谐波分析的假设条件9chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 12脉脉动换流器相流器相电流波形流波形104.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 12脉动换流器相电流波形脉动换流器相电流波形1chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波n特征特征谐波次数波次数式中式中脉动数脉动数双极HVDC原理图，电流波形6脉动换流器脉动换流器:即即12脉动换流器脉动换流器:即即114.2.1 换流器交流侧特征谐波特征谐波次数式中脉动数双极换流器交流侧特征谐波特征谐波次数式中脉动数双极Hchap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 换流流变阀侧谐波波电流有效流有效值空载时基波电流有效值：空载时基波电流有效值：双极HVDC原理图，电流波形124.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 换流变阀侧谐波电流有效值空换流变阀侧谐波电流有效值空chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 其中，其中，谐波波电流系数：流系数：134.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 其中，谐波电流系数：其中，谐波电流系数：13chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 影响影响谐波波电流数流数值的因素的因素换相角相角 ：随着随着 的增加，每次的增加，每次谐波有多个极波有多个极值点，但点，但总趋势为下降。下降。触触发角角：增加增加，各次，各次谐波数波数值减小，但影减小，但影响小。响小。谐波次数波次数h：h 增加增加，各次，各次谐波数波数值减小减小5次电流，11次电流，25次电流144.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 影响谐波电流数值的因素影响谐波电流数值的因素5次次chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 换流器流器变压器网器网侧的的以下特征以下特征谐波波双极HVDC原理图，电流波形，电流谐波谐波次数 （）在换流变绕组中在换流变绕组中环流环流，不进入交流系统不进入交流系统。154.2.1 换流器交流侧特征谐波换流器交流侧特征谐波 换流器变压器网侧的以下特征换流器变压器网侧的以下特征chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 12脉脉动换流器整流流器整流电压波形波形164.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 12脉动换流器整流电压波形脉动换流器整流电压波形chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 特征特征谐波次数波次数式中式中脉动数脉动数12脉动换流器脉动换流器:即即双极HVDC原理图，电压波形6脉动换流器脉动换流器:即即174.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 特征谐波次数式中脉动数特征谐波次数式中脉动数12chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 6脉脉动换流器流器谐波波电压有效有效值其中其中理想空载直流电压：理想空载直流电压：当当 =0时时184.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 6脉动换流器谐波电压有效值脉动换流器谐波电压有效值chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 影响影响谐波波电压数数值的因素的因素换相角相角 ：随着随着 的增加，每次的增加，每次谐波有多个极波有多个极值点，但点，但总趋势为上升。上升。触触发角角：增加增加，各次，各次谐波数波数值增大。增大。谐波次数波次数h：h 增加增加，各次，各次谐波数波数值减小减小6次电压，24次电压194.2.2 换流器直流侧特征谐波换流器直流侧特征谐波 影响谐波电压数值的因素影响谐波电压数值的因素6次次chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.3 换流器非特征谐波换流器非特征谐波 非特征非特征谐波波 换流器交、直流流器交、直流侧的的电流和流和电压中，除特征中，除特征谐波之外的波之外的谐波分量。波分量。出出现的原因的原因：假：假设条件不完全条件不完全满足足.如如:换流母流母线电压畸畸变、不、不对称；称；换流流变压器阻抗不器阻抗不对称；称；换流流变压器器杂散散电容的影响；容的影响；不等不等间隔触隔触发双极HVDC原理图，假设条件204.3 换流器非特征谐波换流器非特征谐波 非特征谐波非特征谐波 双极双极HVDC原理原理chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.3 换流器非特征谐波换流器非特征谐波 常常见的非特征的非特征谐波波换流器交流流器交流侧换流器直流流器直流侧双极HVDC原理图214.3 换流器非特征谐波换流器非特征谐波 常见的非特征谐波双极常见的非特征谐波双极HVDC原理图原理图chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.4 换流站谐波抑制措施换流站谐波抑制措施 常用措施：常用措施：增加换流器的脉动（波）数增加换流器的脉动（波）数装设滤波器装设滤波器双极HVDC原理图224.4 换流站谐波抑制措施换流站谐波抑制措施 常用措施：增加换流器的脉动（波常用措施：增加换流器的脉动（波chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.5 交流滤波器设计交流滤波器设计 滤波器波器抑制抑制换流器流器产生的注入交、直流系生的注入交、直流系统谐波的波的设备。类型型 交流交流滤波器、直流波器、直流滤波器波器有源有源滤波器、无源波器、无源滤波器波器无源无源滤波器：波器：双极HVDC原理图调谐型调谐型滤波器滤波器高通型高通型滤波器滤波器调谐调谐高通型高通型滤波器滤波器234.5 交流滤波器设计交流滤波器设计 滤波器双极滤波器双极HVDC原理图调谐型滤波器原理图调谐型滤波器chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.5 交流滤波器设计交流滤波器设计无源无源滤波器波器类型型(a)单调谐滤波器；单调谐滤波器；(b)双调谐滤波器；双调谐滤波器；(c)三调谐滤波器；三调谐滤波器；(d)二阶高通滤波器；二阶高通滤波器；(e)三阶高通滤波器；三阶高通滤波器；(f)C型阻尼滤波器型阻尼滤波器244.5 交流滤波器设计无源滤波器类型交流滤波器设计无源滤波器类型(a)单调谐滤波器；单调谐滤波器；(chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式1、单调谐滤波器波器（b b）阻抗）阻抗-频率特性曲线频率特性曲线（a）电路图电路图单调谐单调谐低通低通滤波滤波器器254.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式1、单调谐滤波器（、单调谐滤波器（b）阻抗）阻抗-频率特频率特chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式2、双、双调谐滤波器波器（b b）阻抗）阻抗-频率特性曲线频率特性曲线（a）电路图电路图264.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式2、双调谐滤波器（、双调谐滤波器（b）阻抗）阻抗-频率特频率特chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式双双调谐滤波器特点波器特点与与2个个单调谐滤波器比波器比较，1个双个双调谐滤波器具有波器具有如下如下优点：点：基基频下的功耗小；下的功耗小；只有一个只有一个电感器承受全部冲感器承受全部冲击电压；投投资省。省。双双调谐滤波器的主要目的波器的主要目的 滤除除换流器流器产生的某两次的、生的某两次的、较低次的特征低次的特征谐波。波。又称又称为：双：双调谐低通低通滤波器波器单调谐,双调谐274.5.1 交流滤波器型式双调谐滤波器特点单调谐交流滤波器型式双调谐滤波器特点单调谐,双调谐双调谐2chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式3、三、三调谐滤波器波器（b b）阻抗）阻抗-频率特性曲线频率特性曲线（a）电路图电路图284.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式3、三调谐滤波器（、三调谐滤波器（b）阻抗）阻抗-频率特频率特chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.5.1 交流滤波器型式交流滤波器型式三三调谐滤波器特点波器特点与与3个个单调谐滤波器比波器比较，1个三个三调谐滤波器投波器投资更省，但失更省，但失谐的几率更大。的几率更大。近来近来HVDC工程开始采用工程开始采用单调谐,双调谐,三调谐294.5.1 交流滤波器型式三调谐滤波器特点单调谐交流滤波器型式三调谐滤波器特点单调谐,双调谐双调谐,chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.5.2 交流滤波器配置交流滤波器配置配置原配置原则满足足换流站各次流站各次谐波波电流流HRI和和换流母流母线THDU的的设计规范要求；范要求；类型不宜太多，型不宜太多，23种种为宜；宜；宜采用宜采用调谐高通型高通型滤波器波器；分分组（指大（指大组）尽可能少。）尽可能少。双极HVDC原理图304.5.2 交流滤波器配置配置原则双极交流滤波器配置配置原则双极HVDC原理图原理图30chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.5.2 交流滤波器配置交流滤波器配置我国部分我国部分HVDC工程交流工程交流滤波器配置波器配置314.5.2 交流滤波器配置我国部分交流滤波器配置我国部分HVDC工程交流滤波器配置工程交流滤波器配置chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.6 直流滤波器设计直流滤波器设计直流直流滤波器波器类型型极极线直流直流滤波器波器调谐型型滤波器波器高通型高通型滤波器波器调谐高通型高通型滤波器波器中性中性线直流直流滤波器波器中性点冲中性点冲击电容器容器324.6 直流滤波器设计直流滤波器类型直流滤波器设计直流滤波器类型32chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.6 直流滤波器设计直流滤波器设计配置原配置原则满足直流足直流线路等效干路等效干扰电流的流的设计规范要求；范要求；直流直流电缆线路不装路不装滤波器；波器；直流极直流极线宜装宜装设2组滤波器；波器；一般一般为调谐型型滤波器。波器。DCF配置334.6 直流滤波器设计配置原则直流滤波器设计配置原则DCF配置配置33chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.6 直流滤波器设计直流滤波器设计我国部分我国部分HVDC工程直流工程直流滤波器配置波器配置344.6 直流滤波器设计我国部分直流滤波器设计我国部分HVDC工程直流滤波器配置工程直流滤波器配置34chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.7 换流站无功补偿换流站无功补偿 换流器吸收无功功率流器吸收无功功率30%-50%Pd(整流器）整流器）40%-60%Pd(逆逆变器器)类型型 机械投切式机械投切式无功无功补偿装置装置静止无功静止无功补偿装置（装置（SVC）同步同步调相机相机如，机械投切式并联电容器、并联电抗器、如，机械投切式并联电容器、并联电抗器、交流滤波器交流滤波器354.7 换流站无功补偿换流站无功补偿 换流器吸收无功功率如，机械投切式并联换流器吸收无功功率如，机械投切式并联chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿4.7 换流站无功补偿换流站无功补偿无功无功补偿配置原配置原则满足足换流母流母线电压偏移的要求；偏移的要求；满足足换流站与系流站与系统无功交无功交换的要求；的要求；尽量采用交流尽量采用交流滤波器波器实现无功无功补偿。364.7 换流站无功补偿无功补偿配置原则换流站无功补偿无功补偿配置原则36Chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿结束结束 文文 俊俊华北电力大学电气与电子工程学院 柔性电力技术研究所hbdl_Thank You!Chap.4 文文 俊华北电力大学俊华北电力大学chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿双极方式双极方式HVDC原理图原理图双极双桥双极双桥 葛洲坝葛洲坝南南 桥桥209kVIdId500kV500kV500kV198kV220kV38双极方式双极方式HVDC原理图双极双桥原理图双极双桥 chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿6脉动换流器电流波形脉动换流器电流波形单桥整流器和逆变器单桥整流器和逆变器（）单桥整流器单桥整流器单桥逆变器单桥逆变器396脉动换流器电流波形单桥整流器和逆变器（脉动换流器电流波形单桥整流器和逆变器（）单）单chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿5次谐波电流波形次谐波电流波形I(5)/I（1.0）%405次谐波电流波形次谐波电流波形I(5)/I（1.0）%40chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿11次谐波电流波形次谐波电流波形I(11)/I(1.0)%4111次谐波电流波形次谐波电流波形I(11)/I(1.0)%41chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿25次谐波电流波形次谐波电流波形I(25)/I(1.0)%4225次谐波电流波形次谐波电流波形I(25)/I(1.0)%42chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿6次谐波电压波形次谐波电压波形U(6)/Ud0,%436次谐波电压波形次谐波电压波形U(6)/Ud0,%43chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿24次谐波电压波形次谐波电压波形U(24)/Ud0,%4424次谐波电压波形次谐波电压波形U(24)/Ud0,%44chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿滤波器滤波器45滤波器滤波器45chap.4 高压直流输电的谐波抑制与无功补偿高压直流输电的谐波抑制与无功补偿无功补偿装置无功补偿装置46无功补偿装置无功补偿装置46