LCC-HVDC换流站交流侧非特征次谐波产生机理与抑制方法研究

±800 kV 特高压直流输电换流站通常采用双 12 脉动换流的方式,理想运行工况下交流侧只含有 12k±1 次特征次谐波,但是近年来通过对特高压换流站的电能质量测试发现实际运行中交流侧非特征次谐波含量也较为明显。文章以宜宾—金华特高压直流输电金华换流站为例,采用分段时域法分析了换流变阻抗不平衡、晶闸管触发角偏差等因素...     

特高压换流站三柱四绕组结构换流变压器谐波抑制研究

换流变压器是特高压直流输电系统换流站的重要组成部分,是承担交直流转换的核心设备之一。考虑到换流变易受由阀侧导通引起的谐波电流和无功缺额的影响而产生绕组故障和铁心震动等问题,提出一种新的适用于特高压直流输电系统的空间棱柱结构三柱四绕组式换流变压器模型。基于统一磁等值电路理论,给出了该模型的电磁耦合电路,通过附加绕组等值负磁通来实现谐波滤除功能。利用电磁耦合电路等效电路,依据附加绕组对谐波的分流作用,削弱阀侧谐波电流向网侧传递的影响。在PSCAD/EMTDC中搭建特高压直流输电系统与三柱四绕组式换流变模型,通过仿真计算,验证了所提出换流变电磁耦合模型的正确性。仿真结果表明,依据该电磁耦合模型设计的等效电路能在不影响原有系统正常换流的前提下有效提升换流变网侧电压电流波形质量。     

逆变侧换流变压器网侧接地故障对差动保护影响分析

特高压直流输电系统逆变侧换流变网侧单相接地故障后,网侧电压跌落可能会引发直流系统换相失败,有直流分量流入换流变压器绕组,使变压器铁芯磁通发生偏移,引起换流变饱和,产生故障性涌流,进而影响其安全稳定运行。针对逆变侧换流变网侧单相接地故障产生的故障性涌流问题,通过开关函数理论讨论了换流阀正常换相以及换相失败两种情况下网侧故障电流特征,分析了逆变侧网侧单相接地故障后换流变磁通的变化情况。在此基础上,研究了电流互感器饱和对换流变差动保护的影响。结果表明,换流变网侧区内故障情况下,网侧电流互感器饱和,使得换流变差动电流二次谐波含量超过门槛值,导致差动保护误闭锁。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了分析的正确性。     

特高压换流变压器网侧绕组电流检测系统设计及谐波特性分析

为分析特高压换流变压器绕组电流谐波对变压器损耗、内部温升及振动噪声等问题造成的影响,基于现场换流变压器绕组电流信号的检测要求和换流站内谐波电流产生机理,研究了换流变网侧绕组谐波电流检测方案。将电流信号提取、信号同步采集、光纤传输、谐波群集频率算法等技术相结合,构建了一套换流变压器网侧绕组谐波电流检测系统。在双极平衡定功率稳态运行工况下,通过对某特高压换流站内换流变网侧绕组电流的现场检测及对其谐波特性的分析,验证了所提谐波检测系统的准确性。在此基础上,对直流输送功率上升过程中的换流变网侧绕组谐波电流进行了检测分析,结果表明,随着直流输送功率的增大,11、17、19、23、29、31、35、37、41、43、47、49次特征谐波畸变率有较明显的下降趋势,且总谐波畸变率也逐渐降低。     

直流输电系统交流侧谐波电流计算的改进时域分段法

谐波电流计算是直流输电系统滤波器设计的首要环节。提出一种基于时域分段法的改进快速算法,可以统一求解交流侧特征和非特征谐波电流。根据直流输电系统的特点假设直流输电线路入口处的谐波电压为零,使整流侧和逆变侧的谐波电流计算相互解耦,避免计算过程中对直流线路的建模。精确计算对非特征谐波有重要影响的换相角,保证换相区间和非换相区间的精确划分。计算过程中充分考虑了交流侧负序基波电压、背景谐波电压、触发角不对称、换流变压器三相参数不对称等各种非理想因素的影响,同时计及了直流侧纹波对交流侧谐波电流的影响。通过与PSCAD/EMTDC时域仿真结果对比,证明所提算法速度快、精度高,满足直流工程滤波器设计对谐波电流计算的要求。     

适用于不对称情况的线换相换流器动态相量模型

为满足大规模交直流输电系统快速精确仿真的需求,采用动态相量法对不对称情况下的线换相换流器进行建模。首先分析不对称情况下换流器的实际触发及换相原理,提出计及换流器交流侧3次谐波、直流侧2次谐波时的触发角和换相角计算方法,改进传统的换流器开关函数,在此基础上,通过忽略不必要次项建立适用于不对称运行情况的计及低次非特征谐波的换流器动态相量模型,以简化模型的计算过程。将其应用于Cigre-Benchmark标准直流系统,与PSCAD仿真结果对比,结果表明模型准确有效。基于改进开关函数模型,进一步判断换相失败与否,结果表明计及交流侧3次谐波以及直流侧2次谐波能更准确有效地判断换相失败。     

高压直流输电系统直流偏磁下的谐波不稳定判据研究

针对交直流互联输电系统的谐波不稳定问题,推导出判断直流系统是否发生铁芯饱和谐波不稳定的工程判据。该判据从直流输电谐波不稳定机理出发,计及直流偏磁铁芯饱和的影响,利用换流变直流偏磁产生的正序二次谐波幅度高于其他各次谐波的特点,整体考虑二次谐波通过换流器在交流系统和直流系统之间来回传递的全过程。算例分析建立了电磁暂态模型,通过PSCAD/EMTDC进行仿真,所得电磁暂态故障仿真的结果与基于新判据的频率扫描结果一致,验证了工程判据的正确性与适用性。     

±500kV直流输电线路非特征谐波电流的影响因素

给出了葛洲坝──上海直流输电线路葛侧直流谐波电流实测数据,并以此阐述了交流背景谐波对直流侧偶数次非特征谐波的影响以及直流非特征谐波电流随触发角α的大小而变化的情况。     

特高压输电线路直流融冰变流系统设计

随着特高压的推广,特高压输电线路的抗冰融冰正成为研究的热点。特高压输电线路由于线径粗、线路长,所需融冰电流与装置容量大,其电流融冰是一个研究的难点。针对特高压输电线路的特点提出了分段直流融冰方法,其将特高压输电线路分成若干段,选取重覆冰区的线路段设置直流融冰点与融冰短路点,可以有效减小融冰装置容量。针对特高压输电线路融冰所需直流融冰装置容量大特点,为了减小融冰装置网侧电流的谐波畸变率,采用24脉波整流变压器+多台整流器并联方式,可以有效减小直流融冰装置对网侧电源的干扰,并可减小输出直流电压纹波因数。最后对所设计的特高压输电线路直流融冰装置进行了仿真研究,采用24脉波整流变压器+多台整流器并联方式后,可以有效消除整流器引起的输入侧电流中5次和7次谐波电流,整流变压器输入侧电流低次谐波总畸变率仅为0.51%,输出直流电压脉波数为24,电压纹波因数仅为0.616。仿真结果证明了所设计特高压直流融冰装置的可行性与正确性。     

基于调制理论的高压直流输电系统混合谐振型谐波不稳定判据

高压直流输电系统中交流侧二次谐波分量和直流侧基波分量经换流器调制后形成混合谐振,会诱发谐波不稳定。为快速判断混合谐振型谐波不稳定是否发生,在等间隔脉冲触发方式下,将换流器视为二端口网络,并通过开关函数的调制原理推导出了描述换流器的H矩阵。H矩阵可将换流器连接的交直流系统等效为1个RLC电路,从而计算出系统的谐振衰减因子。通过计算得到了谐振衰减因子与换流器的触发角和换相角、换流变的变比和漏抗、交流侧二次谐波阻抗、直流侧基波阻抗之间的关系,给出了判断混合谐振型谐波不稳定的可靠判据。最后在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型验证了该谐波不稳定判据的有效性,并验证了可以通过修改相关系统元件参数来避免谐波不稳定现象的发生。     

换流站非特征谐波电流时域分段蒙特卡洛算法

笔者提出了交流侧非特征谐波电流时域分段蒙特卡洛算法,该算法可以同时考虑交流母线电压不对称、换流变三相短路电抗不对称及触发脉冲时间间隔不均匀等因素,通过分段考虑换相和非换相期间,能够充分计及直流侧纹波对交流侧谐波电流的影响,除此之外,能够利用设备偏差和不对称的统计特性进行蒙特卡洛模拟,得到注入交流系统的非特征谐波电流。以一个实际HVDC工程为例,进行了PSCAD/EMTDC仿真,并与该方法的一次蒙特卡洛计算结果进行比较,证实了其准确性。     

新型交直流输电系统谐波抑制的机理

为降低换流器产生的谐波对交流系统的影响,提出了一种可有效抑制谐波于阀侧且可降低滤波器设计难度的新型换流变压器和新的谐波抑制方案。介绍了新型换流变压器的绕组接线方式、电压偏移角的计算、绕组匝数比的确定后分析了谐波抑制的机理和有效谐波抑制对绕组谐波阻抗的要求。为验证该谐波抑制方案的可行性和正确性,建立了基于新型换流变压器和传统换流变压器的交直流输电系统的仿真模型,两个模型的阀侧和网侧电流的对比分析证明,新型换流变压器的交直流输电系统谐波抑制效果良好。     

特高压直流对交流系统背景谐波的影响分析

以哈密-郑州特高压直流系统工程郑州换流站的背景谐波计算为背景,以分析特高压直流系统对交流系统背景谐波放大特性的影响为目的,利用开关函数法推导了正常运行模式下双十二脉动串联特高压直流系统在交直流混联系统中背景谐波的计算阻抗模型,可以分析直流系统接入交流系统后对原系统中背景谐波放大特性的影响。在计算过程中,由于对侧哈密换流站会对直流线路阻抗产生影响,本文使用一种平均阻抗的方法推导了其对直流线路阻抗影响的计算公式。最后利用哈密-郑州特高压直流系统设计参数以及河南电网典型系统短路阻抗在PSCAD中搭建仿真模型,验证了上述方法的正确性。     

直流输电谐波不稳定抑制新方法

针对传统直流输电系统中谐波不稳定现象,研究了一种新型换流变压器及其滤波系统。其阀侧绕组采用延边三角形接线,为3倍数次谐波电流提供通路;通过匝比配合,实现12脉波换流;延边绕组与公共绕组构成自耦变压器接线,在公共绕组上连接滤波支路,并调至谐振点,配之以变压器零阻抗设计,在阀侧实现谐波抑制兼无功补偿功能。对拟建立的直流输电开发研究平台在设计参数的基础上,进行了计算机仿真研究,仿真结果表明:新型换流变压器及其滤波系统可大幅降低交流网侧中2、3次非特征谐波与11、13次特征谐波电流含量,很好地抑制直流输电系统的谐波不稳定,同时新系统中的滤波器阻抗在基频下呈容性,其对换流器可进行无功功率补偿,改善了系统的动态稳定性。     

含滤波器的多换流站谐波阻抗模型与谐波交互影响研究

当多个换流站位于相邻交流电网时,换流站之间电气距离较小,一些特定的交流滤波器组合投切方式可能会引发换流站之间谐波电流的交互影响。基于谐波阻抗方法定义了换流站谐波电流影响系数,用于计算换流站之间谐波电流的交互影响程度。以银川东站与灵州站构成的多换流站系统为例,搭建含有交流滤波器的谐波阻抗模型,针对特征谐波,计算谐波电流影响系数,分析了交流滤波器组合投切对银川东站、灵州站谐波电流交互作用的影响。结果显示11、13次谐波电流的交互影响较小,23、25次谐波电流的交互影响较大,且特定滤波器的投切会造成各换流站交流母线谐波电流的明显变化。最后,建立PSCAD电磁暂态仿真模型,对上述分析结果进行了验证。     

交直流线路同塔输电对换流变直流偏磁的影响

华东地区输电线路走廊资源紧缺,为了充分利用架空线路走廊,将出现特高压直流线路与交流线路同塔架设的情况.根据规划的宁东-绍兴±800kV特高压直流主回路参数和华东地区交直流同塔线路数据,采用EMTDC建立了交直流输电系统的仿真模型.计算了交流线路输送功率、直流系统运行工况以及同塔段位置对直流线路工频感应分量的影响,给出了工频感应分量沿直流线路的分布规律.研究结果表明,由于直流线路上的工频感应分量与直流额定电压和电流相比很小,故对直流滤波器、平波电抗器和换流阀的参数选择影响不大,而工频感应分量所引起的换流变压器(简称换流变)阀侧直流偏磁电流则会对换流变正常运行产生一定程度的不利影响.最后,根据换流变可承受直流偏磁电流的能力,给出了可能的同塔架设的长度,并提出了限制直流偏磁电流的措施.     

不平衡工况下CLLC型交直流母线接口变换器控制策略

针对交流微电网电压不平衡工况下直流微电网母线电压二倍频脉动问题,提出一种适用于CLLC直流变压器的两级式双向隔离AC/DC母线接口变换器控制策略。首先,对不平衡工况下交直流母线接口变换器功率传输特性进行分析,并设计抑制交流侧负序电流的控制策略。其次,建立CLLC直流变压器的基波等效模型,并分析其电压增益和输入阻抗特性。在此基础上,考虑不平衡工况下CLLC直流变压器输入电压脉动特点,对CLLC直流变压器进行了参数优化设计并提出了基于脉动电压前馈的控制策略以抑制直流母线电压脉动。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,采用所提控制策略,在交流母线电压平衡及不平衡工况下均能保证三相电流平衡的同时抑制直流母线电压脉动。     

交直流系统互补谐振谐波不稳定的抑制措施

针对LCC-HVDC输电系统谐波不稳定问题,特别是由互补谐振引发的谐波不稳定现象,基于换流器开关函数调制理论,建立了交流系统阻抗、交流侧滤波器、换流变压器的谐波阻抗模型,分析了交流侧发电机台数和滤波器组数对系统谐振点的影响,进一步提出通过改变系统运行方式来破坏谐振点的谐波不稳定抑制措施。在EMTDC仿真平台上以CIGRE标准第一直流模型为例,对所提出的抑制措施进行仿真验证,仿真结果验证了所提措施的正确性和有效性。     

特高压交流线路对平行架设特高压直流线路的工频电磁感应影响

特高压交流/直流输电线路平行架设可以提高走廊利用率。同时,特高压交流线路通过电磁耦合会在特高压直流线路上感应出工频交流分量。在直流线路上感应产生的工频电流分量,经过换流器后会产生直流分量。此直流分量流经换流变压器,导致换流变压器偏磁。采用EMTDC程序建立了特高压交/直流输电系统仿真模型,对交流输电线路对平行架设直流输电线路产生的电磁感应影响进行仿真研究,分析了特高压交/直流线路平行架设长度、接近距离、线路换位以及单相接地故障等因素对工频电磁感应的影响。另外,对比分析了特高压单、双回线路与特高压直流线路平行架设,特、超高压交流线路与特高压直流线路平行架设下特高压直流线路上的工频感应电压、电流和直流偏磁电流。     

直流输电换流站交流滤波器稳态额定值研究

根据交流滤波器定值模型 ,计算滤波器各个组成元件在滤波器阻抗与一定范围内系统谐波阻抗并联谐振时的电压和电流。计算采用阻抗圆的方法来模拟系统阻抗 ,且考虑换流器产生的谐波电流和背景谐波共同的影响。计算表明 ,12、2 4次特征谐波及 3次非特征谐波在谐波电流中占主要成分 ,且背景谐波对选取滤波器元件参数影响很大。