换流站电力电容器单元噪声试验电路研究

针对常规高压直流输电工程中电力电容器装置噪声突出,需要从源头进行控制的情况,给出了可按照电容器单元实际运行工况进行噪声测试的试验电路,包括可同时加载工频和多个谐波电流的桥式电路以及同时加载直流电压和多个谐波电流的试验电路,并提出了试验电路中关键设备——谐频电源的技术方案,结合仿真波形证明了试验电路可行性。基于所提出的试验电路,建立了电力电容器噪声试验平台,开展了换流站多台电容器单元的噪声试验。试验结果与理论值的对比分析验证了试验电路可满足直流工程中电力电容器单元的噪声测试要求。     

基于级联H桥电路的电力电容器噪声试验系统研究

本文结合高压直流输电用电容器产品实际参数,提出了基于级联H桥电路的电容器噪声试验电流注入方法,设计了一套可同时满足交流滤波电容器、高压并联电容器和直流滤波电容器等不同类型电容器产品噪声测试要求的试验系统。噪声试验电源采用基于IGBT可关断器件的单相电压源发生器,能够单独输出基波电流或2~50次谐波中1~12种频率谐波的任意谐波电流的组合,也能同时输出基波电流和2~50次谐波中最多12种频率谐波的任意组合。通过PSCAD软件仿真和70%试验系统满容量串、并联模式下电容器产品噪声试验,验证了试验系统设计的正确性和可靠性,等效模拟了高压直流换流站中电容器单元可听噪声,试验结果完全符合GB/T 32524—2016中的相关规定,为衡量高压直流输电工程用电容器噪声水平提供了一种新的测试手段,具有较强的工程指导意义。     

不同谐波电流注入条件对电容器噪声影响的试验研究

为了准确测量电容器噪声并在保证测量准确度的前提下降低对试验电源等设备的要求,本文以昌吉-古泉±1100 kV特高压直流输电工程电容器设备的噪声试验为依托,针对4种型号的电容器产品采用桥式电路加载昌吉—古泉特高压工程规定的全谐波电流、前3种主要电流及等比例降低的全谐波电流完成了噪声试验,得出电容器在相应条件下的声压级和声功率级。试验结果显示当全谐波电流中高次谐波幅值与主要3种电流幅值存在数量级差异时,只用主要3种电流作为注入条件进行试验,测得的声功率级与全谐波电流注入条件下的测量值相差0.4dB以内;当全谐波电流中的高次谐波电流幅值与其他电流幅值不存在数量级上的差距时,采用注入等比例降低的全谐波电流进行试验,然后根据公式推算出100%全谐波下的电容器噪声声压级和声功率级。试验数据显示公式在降低的电流为额定电流40%及以上时仍有较高推算精度,最大声功率级误差仅为0.1dB。     

换流站滤波电容器可听噪声的测试与特性研究

滤波电容器是直流换流站中主要噪声源之一,从复杂的换流站相干声场中分离识别出滤波电容器正常工作时噪声的量值及其频率成分,对于电容器单元噪声测试的模拟加载和换流站滤波场噪声预测与控制具有十分重要的意义。研究表明,采用声—振相干分离法可以排除其他噪声源对电容器噪声成分的干扰,从而分离出电容器的现场工作噪声;测试和分离的结果显示,某换流站现电容器的噪声具有明显的指向性,距电容器单元套管侧面1 m处的噪声声压级约为55.6 dB(A);电容器的工作噪声主要分布在100 Hz到2 400 Hz频率范围内,且都是以100 Hz为基频的高次谐波成分,在600 Hz左右的高次谐波噪声成份较大。研究还发现,当多个频率的电流同时注入电容器时,电容器辐射噪声会突然增大,即呈现出"多频噪声跳变"现象。     

基于PLC的电力电容器噪声测试用谐波电源监控系统设计

电力电容器对于改善功率因数、提高电压质量以及提高电力线路输送容量和稳定性等方面发挥着重要作用,同时电力电容器也是高压直流换流站的重要设备,因此对电力电容器进行测试尤为重要。桥式全谐波电流注入方式是电力电容器测试研究中最值得关注的一种方法,本文设计了基于PLC和触摸屏的可编程谐波电源监控系统,用于监控桥式全谐波电流注入法中的谐波电源。实验表明,该系统操作比较简单,实用性强,可以有效地实现数据监控。     

滤波电容器振动与噪声多倍频现象及其产生机理模型

一般认为,在高压直流输电系统中滤波电容器的振动与噪声频谱为谐波电流各频率之间的差频、和频及每个谐波的二倍频。但某些电力电容器在测试中噪声频谱与目前电容器振动噪声机理所预测的并不一致。为此对该现象进行了研究,旨在完善滤波电容器振动与噪声的产生机理。试验结果表明,在加载单频谐波电流时,电容器噪声呈现出2种频率特性:1)噪声频谱为谐波电流频的整数倍;2)噪声频谱为谐波电流的偶数倍。这种电容器噪声特性称为多倍频现象。基于Lagrange力学原理,构建双极板电容器振动的动力学方程。将电容器极板间的电势能作为一种非定常外势能作用,并近似到极板间距的二阶项来反映电场与振动间的耦合作用。通过求解动力学方程,得到与试验结果一致的振动频谱。研究发现,引起电容器出现多倍频现象的原因是电场力与极板振动间存在耦合作用。当加载电流频率或其2倍频与电容器本身固有频率很接近时,多倍频现象更加显著。     

直流滤波电容器噪声特性试验研究

直流滤波电容器在运行中会受到谐波电压和电流作用,也存在着噪声问题。目前国内对交流滤波电容器噪声进行了相关研究,而在直流滤波电容器的噪声研究并不充分。交流滤波电容器的噪声频率是由各个频率交流电压的差频、和频与倍频项组成的。而直流滤波电容器中,除上述3项外,还存在谐波电压本身频率的振动与噪声。本文通过直流滤波电容器噪声试验,分析了不同加载条件对电容器噪声的影响。试验结果表明,直流电压主要影响噪声的大小,而交流谐波电压则决定了噪声的频率,并且直流电容器噪声的声功率级与所加载直流电压的对数呈正比关系。     

谐波相位角对电容器噪声影响问题的探讨

本文对高压直流输电工程交流滤波器用电容器单元噪声测试中基波电流相位与谐波电流相位同步与否对噪声值的影响,以及引起噪声值波动原因等问题进行了测试研究和分析,同时也对加载的电流大小与噪声值的关系和噪声测试采样时间对测试结果的影响进行了试验对比。研究结果对交流滤波电容器单元噪声测试有一定的指导和参考意义。     

电力电容器噪声等效电流测试方法研究

通过对近年来电力电容器振动和噪声的研究总结可知,内部电场力是电力电容器振动与噪声的激励源。本文提出了测量电容器单元噪声声功率的等效电流测试法。首先对多谐波组合电流作用下的电力电容器单元内部的电场力按频率进行分解,而分解出的任一频率电场力分量可以等效为一个相应的单频率电流作用下的电场力。在试验中,单独施加上述的各个等效单频电流,测得一组电容器单元声功率级,再将这组声功率级进行能量叠加,最终得到叠加后的电容器单元声功率级。通过试验对比发现,同时施加多谐波组合电流作用下电力电容器的声功率级与此组合电流的各个等效单频电流分别作用下的声功率级叠加和近似相等,偏差小于1.5dB(A)。可以看出,该声功率测试法具有很好的等效性,并且仅要求电流源可提供单次谐波电流即可。此外,本文提出了等比例电流测试法,可通过等比例减小多谐波组合电流的幅值进行试验,再用等比例声级计算公式计算出电力电容器在原组合电流下的声功率,该测试法可降低对可编程多谐波电源容量的要求,并具有良好的等效性。     

并联电容器用串联电抗器的技术性能要求

并联电容器用串联电抗器是一种特殊使用的电抗器。该电抗器与电容器相串联,不仅承受电网工频电压,流过相应的工频电流,而且在电网高次谐波电源的作用下,还有较大的高次谐波电流含量,其合成电流将大于工频电流,并且经常大于额定电流,其过载运行是其正常工况。电抗器的高次谐波电流含量与电网谐波源状况、阻抗参数和电容器装置回路阻抗参     

HVDC用低噪声电容器研制

从高压直流输电(HVDC)电容器噪声产生的基本规律出发,从声学原理的角度分析,提出了抑制电容器噪声的方法,取得了一些实际的经验,其中振动消能装置、隔音腔等单元降噪方法已经应用于工程实际并获得了国家专利。本文首先对弹簧减振器和共振吸声器进行了理论分析,得到共振型降噪措施的降噪效果不好的结论。噪声测试表明,在电容器单元底盖两端增加隔音腔是目前电容器噪声治理的最有效办法。     

直流单极运行时谐波对并联电容器的影响

电力系统中实际运行情况表明,谐波问题是并联电容器安全运行的主要威胁。特别在直流单极运行时,交流变压器因为直流偏磁而使各次谐波电流剧增,这些谐波电流进入运行中的并联电容器并被放大,会导致电容器谐波过载,损坏电容器。某500 kV变电站的35 kV无功补偿电容器组就因为三-广直流单极运行而曾发生多次电容器爆炸事故。文中阐述了直流单极运行时各次谐波电流是如何产生的,然后分析了谐波被放大的原理、谐波对电容器组的危害,并详细分析了该500 kV变电站的无功补偿电容器组在三-广直流单极运行时发生爆炸的原因,最后提出几点抑制谐波电流放大的措施。     

混合型MMC降低子模块电容电压波动的优化策略

模块化多电平换流器（multilevel modular converter，MMC）在高压直流输电（high voltage direct current，HVDC）领域得到了广泛的应用。由半桥以及全桥子模块构成的MMC因具备主动使换流器直流侧输出极间零电压以适应短路故障条件的能力，引起了国内外学者的广泛关注。首先，从混合型MMC的开关函数角度出发，对理想情况下混合型MMC进行建模，建立了子模块电容电压基频、二倍频波动数学模型，并提出单位降容比的概念，研究了调制比对子模块电容电压波动的影响。其次，提出提高调制比的抑制子模块电容电压波动配合策略，有效降低子模块电容电压波动。在此基础上，提出基于三次谐波注入的新增半桥子模块数目优化方法，减少半桥子模块的新增数目，解决了单纯提高变比带来的全桥电容电压降落的副作用。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建双端±160 kV混合型MMC的仿真模型，验证了所提降容策略的正确性和有效性。     

具有谐波抑制及功率因数校正的并联补偿电路

介绍在交流侧并联补偿电源的方法消除整流二极管加电容滤波电源电路中的电流谐波,提高电源交流侧的功率因数。文中用电压提升电路作为补偿电源,在补偿电源中用脉宽调制(PWM)和电流闭环的方法实现电流跟踪,使流入补偿电源的电流按给定的波形变化,从而使流入组合电源的总电流恢复成正弦波形,同时也使电源的功率因数近似为1。     

双环控制整流桥直流侧串联型有源电力滤波器及实验研究

针对广泛应用的整流负荷,提出一种直流侧串联型有源电力滤波器(active power filter,APF)。这种DC侧APF串联在整流桥与负载之间,通过产生谐波电压达到补偿谐波源的目的,使电源电流成为与电源电压同频同相的正弦波。与传统的交流侧有源电力滤波器相比,有源开关的数量减少了一半,简化了电路结构,降低成本。串联型DC侧APF采用双环控制,电流控制跟踪电源电压变化,电压控制调整APF的能量流向,通过改变APF储能电容电压极性,实现对电感电流的连续可控,从而实现谐波治理。这种控制方法具有结构简单、控制效果好等优点。实验结果验证了文中所得结论。     

中频电源间谐波发射特性机理研究

针对中频电源间谐波严重危害电力设备的安全稳定运行问题,基于中频电源的电路拓扑结构,深入分析了此设备间谐波的产生机理。首先分别对中频电源中整流器和半桥逆变器的谐波发生特性进行了数学建模;然后结合两者的谐波传递规律推导出中频电源间谐波发射机理的数学模型;最后以十二脉中频电源为例,分别对其进行了仿真设计和实测数据分析。仿真结果和实测数据结果表明,该间谐波数学模型准确描述了中频电源间谐波的发射特性,其模型准确度可满足工程应用的要求。     

基于超级电容的智能电能表长寿命后备电源设计

智能电能表的进一步发展要求在外部供电电源中断后具有一定时间的远程通信能力,以便电能表数据的备份与停电等重要事件上报。作为常规后备电源的电池与电解电容都存在弊端,前者使用寿命较低,后者容量太小。文章首先用超级电容寿命估计理论论述了满足新一代电能表16年设计寿命的可行性,给出了满足寿命要求的超级电容备用电源充电电路设计,并解决了储能电容的待机能力,最后针对微功耗电路难以用常规仪器测量的现实,使用Spice模拟电路仿真工具分析了电路功能,并进行了实际电路试验,验证了电路方案的可行性。文章对市电供电的智能互联仪表设备的备用电源设计具有一定的借鉴意义。     

基于磁控电抗器的动态无功补偿装置

基于磁控电抗器(MCR)中自励磁式MCR励磁稳定性不高,铁心的直流励磁电流在电网电压波动时易受影响的弊端,提出了一种外励磁式MCR,对其工作原理和结构进行了介绍。外励磁式MCR装置包括MCR本体和励磁控制系统;设计了以单片机为主控芯片的动态无功补偿装置,该装置由外励磁式MCR装置、固定电容器(FC)滤波器和无功补偿控制单元3部分组成。其无功补偿控制单元可分为信号取样、信号处理、信号输出、显示等模块,对控制单元的软件流程作了介绍。通过试验电路对装置的补偿效果进行了验证,结果表明该装置能够根据系统无功功率的情况进行补偿,功率因数能始终保持在0.95以上。     

大容量分布式开关电源谐波问题研究

介绍了大容量分布式开关电源的应用现状及存在的谐波问题,设计了阻波器对大容量分布式开关电源零线的谐波进行抑制。阻波器由电容和电感并联,外加由小电阻和双向晶闸管构成的保护电路。对设计的阻波器进行了数值仿真,并应用于某发光二极管(LED)大屏幕的开关电源供电系统。对比阻波器投入前后的电流波形,由1个峰值大且陡的尖脉冲变成了2个平缓的尖脉冲,且电流峰值、3次谐波分量、零线电流都减小,改善了设备运行的工况,保证了继电保护动作的正确性和供电系统的安全稳定运行。