特高压直流换流站交流滤波器组对电网谐波的影响分析

特高压直流换流站配置的交流滤波器兼具特征谐波滤除和无功补偿功能,但其易与电网背景谐波阻抗相互作用导致低次谐波放大现象。交流电网谐波阻抗的获取是交直流系统谐波特性分析及交流滤波器设计配置的基础。文中根据电网谐波阻抗特性较为复杂,难以建模计算的特点,提出了一种基于换流站不同运行工况的500 kV交流电网背景谐波阻抗实用估算方法;定义了交流滤波器组谐波增益指标,通过该指标分析了特高压直流换流站交流滤波器组对电网低次谐波的放大机理;研究了交流滤波器参数与放大作用间的关系,提出了2种交流滤波器的改造方案。最后,以绍兴换流站测试数据为例,结合电网背景谐波阻抗估算结果,对其5次谐波放大问题进行了理论分析,并对交流滤波器改造方案进行了探讨。     

基于复数滤波器和非特征次谐波注入的电网阻抗估算方法

在微电网系统中,通过对电网阻抗的辨识可改善微电网变流器的控制性能,并可用于判断电网并离网状态。为此,基于非特征次谐波注入的电网阻抗估算方法,采用复数滤波器提取电压和电流信号中非特征次谐波进行电网阻抗估算。详述了复数滤波器的设计方法,并从非特征次谐波提取精度和动态性能等方面对复数滤波器的参数设计进行了分析。仿真和实验结果验证了所提电网阻抗估算方法的可行性。     

基于APF的电网背景谐波抑制方法研究

针对无源滤波器在抑制电网背景谐波时易发生调谐频率偏移、易与电网产生谐波放大或谐振等问题,此处对基于有源滤波器(APF)的电网背景谐波抑制方法进行了研究。首先,从无源滤波器的背景谐波抑制原理出发,提出一种用于APF的谐波阻抗控制策略,通过调节APF支路特定频率下的阻抗来抑制电网背景谐波电压。然后,提出各电压等级应用场景下适用于谐波阻抗控制原理的APF结构。最后,通过PSCAD/EMTDC平台仿真结果和闽粤联网工程实测数据表明,该控制策略能够有效抑制电网背景谐波,具有较好的实用性。     

不平衡及谐波电网下基于多模块复数滤波器的电网阻抗检测方法

为保证电网不平衡及电网背景谐波情况下快速获取准确的电网阻抗信息,提出了一种基于多模块复数滤波器MCCF(multiple complex coefficient filters)和非特征次谐波注入的电网阻抗检测方法。所提电网阻抗检测方法使用MCCF实现对公共耦合点电压非特征次谐波分量和电流非特征次谐波分量的准确提取,从而计算得出电网阻抗的阻性分量和感性分量。研究了在电网不平衡及电网背景谐波情况下MCCF提取非特征次谐波的基本原理及设计方法,并从提取精度和动态性能等方面对MCCF的参数进行了优化设计,最后仿真验证了所提电网阻抗检测方法的可行性和有效性。     

基于CCF参数优化的高频注入电网阻抗检测方法

电网阻抗检测是研究弱电网和逆变器之间动态交互作用的关键技术。为快速获取准确的电网阻抗信息,提出一种基于高频非特征次谐波注入和采用复数滤波器(CCF)进行谐波提取的电网阻抗检测方法。分析了基于CCF进行谐波提取的电网阻抗检测方法基本原理,并结合CCF传递函数的幅频特性曲线和根轨迹对其截止频率进行了优化设计。仿真和实验验证了所提电网阻抗检测方法以及所选取截止频率的有效性。     

注入式混合型有源滤波器研究

提供了一种大容量、低成本的注入式混合型有源滤波器以适用于高压系统同时进行谐波抑制和无功补偿,其中,利用大容量无源滤波器实现谐波抑制和无功补偿;采用有源滤波器改善系统滤波效果并阻尼无源滤波器与系统阻抗之间的串、并联谐振。讨论了采用检测电网电流的控制策略时,注入式混合型有源滤波器的工作原理,其基本思想是通过对有源部分进行适当控制来等效增大电网支路的谐波阻抗。从抑制电网阻抗与无源滤波器之间的串、并联谐振,改善无源滤波器的滤波效果以及提高整个系统的鲁棒性3个方面详尽分析了注入式混合型有源滤波器的稳态补偿特性。相关仿真结果及工程应用效果均证明了该混合型有源滤波器对于同时进行谐波抑制和无功补偿的可行性。     

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。     

考虑电气化铁路谐波特性的无源滤波器设计

为避免牵引供电系统的谐波传递到上级系统变电站,对公用电网电能质量造成不利影响,提出一种安装在牵引站的无源滤波器设计方案,治理牵引供电系统的谐波向系统变电站的传递问题。基于系统变电站实测数据,设计单调谐滤波器用以滤除低次谐波兼具无功补偿功能,设计过程中考虑了滤波器参数偏差以及系统阻抗变化等因素的影响;设计阻波高通滤波器用以抑制高次特征谐波和谐波谐振,设计过程中考虑了系统频率偏差以及电容器偏差、故障下对阻波高通滤波器阻抗特性的影响。基于PSCAD车网源联合仿真模型,模拟牵引供电系统的特征谐波和谐波谐振以及牵引站的谐波治理过程,仿真结果表明,所设计的无源滤波器能有效抑制特征谐波和谐波谐振。     

直驱风电场中SVG电压前馈阻抗重构抑制次/超同步振荡方法

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控制方法。通过在风电场中的SVG控制系统内加入带通滤波器的电压前馈控制进行阻抗重构,提高风电场并网稳定性。利用谐波线性化方法,建立含所提阻抗重构控制SVG的直驱风电场序阻抗模型。基于所建立的阻抗模型和所提出的阻抗稳定性判据,对比分析未采用SVG阻抗重构控制和所提控制方法的直驱风电场的稳定性。结果表明当采用所提控制方法时,风电场在40~100 Hz频段内呈现正阻值特性,且降低了系统的容性特性,抑制了风电场次/超同步振荡,同时可以改善风电场中因并网风电机组数量增加所带来的振荡问题。最后,通过仿真验证了所提方法对抑制风电场次/超同步振荡的有效性与正确性。     

中频电炉谐波治理的新方法

中频电炉负载在电网中会产生较大的谐波电流,能严重影响电网的安全运行。单调谐滤波器为容性,而中频电炉工作一般功率因数较高,因此对中频电炉的谐波治理,应兼顾滤波与无功功率补偿。     

基于单周控制的基波磁通补偿串联混合型有源电力滤波器

介绍了基于变压器基波磁通补偿的串联混合型有源电力滤波器,将一变压器的一次侧串联在电网与谐波源之间,当串联变压器二次侧注入的基波电流与电网电流的基波分量满足补偿条件时,串联变压器可以实现对基波呈低阻抗,而对谐波呈很高的励磁阻抗,实现谐波与电网的隔离。将单周控制代替传统的滞环控制来获得补偿电流的跟踪,使得开关频率恒定,从而可以精确地设计高频滤波电容,提高系统的补偿性能和鲁棒性。推导了采用单周控制时系统的控制方程,分析了系统的工作过程。利用MATLAB对采用单周控制时系统的补偿性能进行仿真,结果表明系统具有较好的动稳态补偿性能。通过实验进一步证明了采用单周控制的可行性。     

LCL型有源电力滤波器的强鲁棒性控制器优化设计

LCL型有源电力滤波器能有效补偿电网谐波,但LCL型滤波器存在谐振问题,电容电流比例反馈有源阻尼是抑制LCL谐振的主要方式。然而,在数字控制下,谐振频率会随电网阻抗变化,导致反馈系数选取困难。针对该问题,研究了适应电网阻抗宽范围变化的反馈系数选取方法,推导不同反馈系数和谐振频率下的系统稳定条件,优化设计适应电网阻抗变化的反馈系数。此外,随着电网阻抗增加,LCL谐振频率减小,系统带宽变窄,有源电力滤波器采用传统准PR控制补偿高次谐波时,系统相频曲线在控制器谐振点容易穿越-180o线,导致系统不稳定。提出加入相位补偿环节以提升控制器增益处相角,并给出详细设计方法。理论分析表明,所提强鲁棒性控制器优化设计方法,可使有源电力滤波器在保证良好谐波补偿能力的同时具有更宽的稳定运行范围。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

谐振阻抗混合型有源电力滤波器的建模与补偿特性分析

针对谐振阻抗混合型有源电力滤波器的结构特点,建立了谐振阻抗混合型有源电力滤波器的数学模型。在该数学模型基础上,分析了基于检测电网侧谐波电流和负载侧谐波电流的复合控制策略下电流放大倍数变化、电网阻抗变化、无源滤波器失谐和基波串联谐振电路失谐对有源电力滤波器滤波特性的影响。仿真结果表明,该混合型有源电力滤波器具有良好的滤波特性,所得结果可为实际应用提供有效的参考。     

±800kV向家坝——上海特高压直流输电工程谐波阻抗等值研究

谐波阻抗等值在很大程度上决定了换流站交流滤波器的配置方案，直接影响换流站的平面布置、占地、投资等技术经济指标。在完善发电机、变压器、滤波器、线路等电气元件阻抗频率模型的基础上，采用NIMSCAN阻抗频率扫描程序对向家坝-上海±800kV特高压直流输电工程进行了谐波阻抗等值计算。对两端电网典型运行方式及开断方式进行了优化，等值中考虑的最严重运行方式为N-2方式，并对3、5、7次及高次特征谐波进行分区统计处理。采用详细的元件阻抗频率模型和分区统计可显著减小各次谐波阻抗、进而优化滤波器设计并简化滤波器配置方案。     

一种实用的串并联混合有源电力滤波器

设计了一种实用的串并联混合有源电力滤波器,分析了其结构、工作原理和滤波性能。在该滤波器中,串联在系统和谐波负载之间的零磁通变流器可自动对基波呈低阻抗、对谐波呈高阻抗,从而实时检测出剩余谐波电流流过变流器时产生的谐波电压降、实现滤波;逆变器可产生一个与检测到的谐波电压成正比的电压。通过将耦合变压器与无源电力滤波器串联后并入电网,减少了流入系统的谐波电流。实验结果验证了该滤波器设计原理的正确性,表明其能有效降低滤波器有源部分的容量,具有良好的滤波性能。     

耦合可控双调谐滤波器仿真研究

随着社会的发展,对电能质量的要求越来越高。目前,抑制谐波最常用的方法是装设无源滤波器。无源滤波器具有容易设计的优点,但其滤波效果严重依赖于电网的系统阻抗,并容易受温度漂移、网络上谐波污染程度、滤波器电容老化及非线性负荷变化的影响,使得滤波器滤波效果变差。研究并设计了一种基于双可控电抗器的双调谐滤波器,用以滤除5次和7次谐波,分析了元件参数变化和频率偏移时,与可控电抗器调节量的关系,并通过PSCAD进行了仿真。仿真证明这种新类型的调谐滤波器具有良好的滤波效果。     

C型滤波器在混合型有源滤波器中应用及优化

为了在减小有源电力滤波器设计容量、降低成本的同时确保其谐波补偿性能,将C型无源滤波器代替通常的单调谐无源环节与有源滤波器串联,利用其在基波频率时表现出高阻抗,而在谐波频率时表现为低阻抗来承载大部分基波电压,从而可有效地减小有源滤波器的设计容量.通过分析C型滤波器的阻抗频率特性方程,给出了C型滤波器的参数算法及优化过程.仿真及试验结果表明C型滤波器在低于截止频率时表现为电容特性,而在高频段表现出纯电阻特性,90%的电压由C型滤波器承担,系统的总谐波含量THD低于5%,5次和7次谐波基本消除.     

中压变频装置高次谐波并联谐振问题研究及解决

为解决某钢铁厂中压变频传动装置引起35 k V供电系统高次谐波电压和总电压畸变率超标的问题,通过理论计算和建模仿真,发现电缆充电电容与系统阻抗发生并联谐振是引起高次谐波超标的主要原因。最终通过设置高通滤波器,消除了系统谐振点,改善了电网电能质量,并得出了在中压变频传动装置供电系统中设置高通滤波器,可有效改善系统阻抗特性,减小高次谐波影响的结论。     

耦合可控双调谐滤波器仿真研究

随着社会的发展,对电能质量的要求越来越高。目前,抑制谐波最常用的方法是装设无源滤波器。无源滤波器具有容易设计的优点,但其滤波效果严重依赖于电网的系统阻抗,并容易受温度漂移、网络上谐波污染程度、滤波器电容老化及非线性负荷变化的影响,使得滤波器滤波效果变差。研究并设计了一种基于双可控电抗器的双调谐滤波器,用以滤除5次和7次谐波,分析了元件参数变化和频率偏移时,与可控电抗器调节量的关系,并通过PSCAD进行了仿真。仿真证明这种新类型的调谐滤波器具有良好的滤波效果。     

±800 kV向家坝—上海特高压直流输电工程谐波阻抗等值研究

谐波阻抗等值在很大程度上决定了换流站交流滤波器的配置方案，直接影响换流站的平面布置、占地、投资等技术经济指标。在完善发电机、变压器、滤波器、线路等电气元件阻抗频率模型的基础上，采用NIMSCAN阻抗频率扫描程序对向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程进行了谐波阻抗等值计算。对两端电网典型运行方式及开断方式进行了优化，等值中考虑的最严重运行方式为N&;#61485;2方式，并对3、5、7次及高次特征谐波进行分区统计处理。采用详细的元件阻抗频率模型和分区统计可显著减小各次谐波阻抗、进而优化滤波器设计并简化滤波器配置方案。