Chap4.2 換流站交流側(cè)的特征諧波

第4章高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波及其抑制4.1引言4.2換流站交流側(cè)的特征諧波4.3換流站直流側(cè)的特征諧波4.4換流站的非特征諧波4.5諧波對電力設(shè)備的影響4.6諧波的抑制4.7濾波器的結(jié)構(gòu)及其特性4.8濾波器的設(shè)計準則2024/5/1214.2換流站交流側(cè)的特征諧波換流器AC側(cè)的相電流包含：

換流變閥側(cè)電流/單橋網(wǎng)側(cè)電流換流變網(wǎng)側(cè)電流電源側(cè)電流oO’ia1ib1ic1i’a2i’b2i’c2ABCLT113151416121M1N1c1b1a1M2N2123252426222c2b2a2T1：Y，yk=1:1T2：Y，dk=eAeBeCiAiBiCIdud1+_ia2ib2ic2iA2iB2iC2iA1iB1iC1LTO1O2LdLS2024/5/122分析諧波假設(shè)條件假設(shè)交流電壓理想換流變壓器交流側(cè)（指換流變壓器與交流系統(tǒng)或發(fā)電機相連接的一側(cè)）提供的換相電壓為三相對稱的基波正序電壓，不含任何諧波分量；換流閥：在同一換流站中，各換流閥以等時間間隔的觸發(fā)脈沖依次觸發(fā)，且觸發(fā)角保持恒定；換流變壓器：三相結(jié)構(gòu)對稱，各相參數(shù)相同直流電流：換流器直流側(cè)的電流為不含任何諧波分量的恒定直流電流。這相當于假定平波電抗器的電感量為無窮大。~2024/5/123~交流側(cè)電壓U交流側(cè)電流i直流側(cè)電壓u直流側(cè)電流i2024/5/1241、忽略換相過程影響時，線電流波形如圖所示。矩形波的寬度為2π/3，正、負脈沖間的相位差為π。1、換流變閥側(cè)電流的特征諧波電流函數(shù)表達式:對于Y-Y變壓器連接的6脈動換流器而言，交流電流波形如下：2024/5/125此電流可表示為傅里葉級數(shù):2024/5/1262024/5/1272024/5/128同理,對于Y-△變壓器連接的6脈動換流器而言，交流電流的傅里葉展開式如下：2024/5/129結(jié)論：▼三相電流中除了基波分量以外，只含n=6k±1(k=1,2,3,…)奇次諧波分量；▼各次諧波電流與基波電流有效值之比與諧波的次數(shù)成反比；▼

6k±1次諧波稱為6脈動換流器交流側(cè)的特征諧波。2024/5/121012脈波換流橋

直流電壓和交流波形

脈波數(shù)為12的換流器諧波:雙橋12脈動換流器由2臺6脈動換流器組成，并設(shè)各由一臺換流變壓器供電，其接法分別為Y-Y及△-Y；變比分別為1:1和√3:1，其波形如圖所示。2024/5/1211iA1ωtπ/34π/3o-π/32π/3π-π/23π/2ωtπ/27π/6o-π/2π/65π/6-π/63π/2iA2ωt3π/2o2π/3π-π/2iA橋2Y,dY,y橋1橋1橋2Y,yY,d雙橋換流器電流波形

脈波數(shù)為12的換流器諧波:2024/5/1212Y-Y接線，且變比為1:1時，交流側(cè)電流波形如前圖所示，其傅立葉級數(shù)展開式為：△-Y接線，且變比為√3:1時，交流側(cè)電流波形如前圖所示，其傅立葉級數(shù)展開式為：])19cos(191)17cos(171)13cos(131)11cos(111)7cos(71)5cos(51)[cos(32),(1L+--++--=tttttttIyYidAwwwwwwwp2024/5/1213交流側(cè)的總電流應(yīng)為上兩式之和的一半：由此可以看出，交流側(cè)線電流中只含有12k±1次的諧波，而第5,7,17,19,…等次諧波將在兩臺換流變壓器的交流側(cè)繞組中環(huán)流，而不進入交流電網(wǎng)。這些諧波稱為12脈動換流器交流側(cè)的特征諧波。未出現(xiàn)2和2倍次的諧波，原因是每周期有兩個大小相等、方向相反的電流脈沖未出現(xiàn)3和3的倍次諧波，原因是電流脈沖寬度是1/3周期2024/5/1214典型諧波電流幅值隨換流器直流電流的變化規(guī)律：低次諧波主要是11、13次諧波諧波電流幅值隨著隨直流電流增加而增加，最大諧波幅值出現(xiàn)在額定電流附近較高次數(shù)的諧波幅值隨直流電流變化的變化規(guī)律復(fù)雜。最大幅值一般不出現(xiàn)額定電流附近而是50%～80%額定電流之間2024/5/1215傅里葉分解：2、考慮換相過程影響的特征諧波當考慮換相電抗的影響時，換相期間的換相重疊角圓滑了線電流波形的矩形邊緣，如圖虛線，則削減了諧波分量的幅值，電流諧波分量的衰減因子為，2024/5/1216電流諧波分量的衰減因子為

其中，ih為諧波電流，iho為無疊弧的諧波電流，h為諧波次數(shù)顯然，作用于交流系統(tǒng)的諧波是運行條件的函數(shù)。隨著μ增加，諧波分量減少，并且這種減少隨著諧波次數(shù)的增加而更趨明顯2024/5/1217在典型的滿負荷條件下，μ約為20o，a約為15o,11和13次諧波是忽略了疊弧的基本方程所給出的30%~40%.但是，在故障時，a接近90o，疊弧角減少，并且對于一個給定線路電流，交流諧波將增加。實例

換相角μ和觸發(fā)延遲角α對諧波電流（交流側(cè)）的影響可歸納如下：1）換相角μ增大，諧波電流減小，諧波次數(shù)越高，諧波電流下降得越快2）在一定范圍內(nèi)，諧波電流下降的速度也隨μ角的增大而加快；3）每次諧波在μ＝360o/n附近時，諧波電流I(n)下降到最小值，然后再略有增大；4）如果μ為定值，各次諧波電流隨不同的α值的變化是微小的。2024/5/12185次諧波電流波形I(5)/I（1.0）%2024/5/1219I(7)/I（1.0）%7次諧波電流波形2024/5/122011次諧波電流波形I(11)/I(1.0)%2024/5/1221HVDC系統(tǒng)13次諧波電流波形I(13)/I(1.0)%2024/5/1222HVDC系統(tǒng)17次諧波電流波形I(17)/I(10)%2024/5/12