直流输电系统中的一种新型滤波措施(5)

3.2 增大换相角时

此时的电网侧电压电流波形图见图5， 谐波分析见表2。

分析上述2 个实验： 当串联电感未投入时，电网侧的电压和电流波形中含有一定的谐波，总的畸变率分别为3.29%和26.8%，电压中的谐波是电网的固有谐波或是由于调压器的三相不平衡造成的;而电流中的大量谐波是由换流器的非线性的特性产生的，其谐波含有率远远超出了电力系统的谐波限值标准[17-21]。当投入串联电感、增大换流器的换相角时，电网侧电压的谐波含有率基本不变，但是电流畸变率减小为3.34%，满足了小于5%的谐波标准。

可以看出，通过增大换相角来进行谐波抑制的方法是切实可行的，而且效果非常明显。但是这种方法也有个不足之处：当投入串联电感后，电网侧的电流会在这个电感上产生1 个压降，使电网的电压有1 个较大的电压损失。在上述实验中，电网通过1 个调压器给换流器供电， 如果将调压器调至124 V (线电压)， 但是换流器得到的电压只有57 V(线电压)，这时电网消耗在串联电感上的电压过大，这显然是一种不经济的运行方式，也不能满足未来智能电网高效节能的要求[22-23]，所以需要对这种滤波方法进行改进。

3.3 改进的滤波实验电路

在前面的实验中，用示波器对串联电感上的电压进行谐波分析， 此时电感上的电压为60.8 V，其总的电压波形畸变率为15.2%，由此可知，电感上的压降由电流基波和谐波共同产生，谐波产生的压降为60.8×15.2%≈9.2 V，这就说明电感上的大部分压降是基波电流产生的，而这部分的压降可以通过串联电容进行补偿，从而达到既能滤波又无过大电压损失的目的。改进的滤波实验电路图见图6。

改进后的实验电路中，在串联电感Lr与换流器之间再传入1 组电容器Cr，这组电容主要起补偿Lr上压降的作用。在实际操作中，Cr是可调电容，通过调节其大小，使Cr上的电压接近于Lr上的电压，当二者的电压值相当时， 总的电压损失就会大大减小，满足工程中的要求。

下面来验证这种方法的正确性：为与前面的实验做比较， 仍然保持换流器交流侧线电压57 V 不变，并记录此时电网侧的电压电流波形，观察串联补偿电容Cr后是否会对电网波形产生影响。实验现象分析：串联Cr后，保持换流器交流侧线电压57 V 不变， 此时电网只需输入70.7 V 的线电压， 与未串联Cr需输入124 V 相比大大减小，这说明串入电容后，Lr上的压降得到补偿。通过图7还可以看出，串入Cr对电网侧的电压电流波形并无影响。

图6 所示的电路原理图就是这种新型滤波方法的最终形式， 这种方法不仅仅在整流侧可行，对逆变侧同样适用。工程中的直流输电系统一般为12脉动的换流器，只需串联2 组即6 个电感、6 个电容即可。

4 结论

1)通过增大换流器的换相角进行谐波抑制，实验验证这种方法具有良好的滤波效果，其滤波机制在于延长1 个周期内换流器阀臂的导通时间，使换流器由非线性过渡为线性。

2)这种新型的滤波方式利用了串联的形式实现了无源滤波，对所有频率谐波均有抑制效果，有效的克服了传统无源滤波器只能滤去固定频率谐波的缺陷，而且结构简单。

3)这种滤波方式设计过程简单，滤波效果稳定，不会产生传统无源滤波的失谐现象，受电网阻抗和运行状态的影响较小，运行维护方便。

4)工程中，对滤波和无功补偿设备总投资进行综合评估比较后，在成本低廉的情况下，可选择装设该滤波装置。

参考文献：

[1] 夏道止，沈赞埙.高压直流输电系统的谐波分析及滤波[M].北京：水利水电出版社，1994.

[2] 李兴源.高压直流输电系统[M]. 北京：科学出版社，2010.

[3] 赵勇，韩春立，李建华，等.兼顾降低网损和抑制谐波要求的配网系统优化运行[J]. 中国电机工程学报，2003，23(1)：6-10.ZHAO Yong，HAN Chun-li，LI Jian-hua，et al.Distributionnetwork optimal operation for loss reduction and harmonicmitigation[J]. Proceedings of the CSEE，2003，23(1)：6-10.

[4] 浙江大学发电教研组直流输电科研组.直流输电[M]. 北京：水利水电出版社，1985.

[5] 李凤祥，赵不贿.谐波抑制和无功功率补偿技术的研究与应用[J]. 电力系统及其自动化学报，2001，13(5)：26-28.LI Feng-xiang，ZHAO Bu-hui.The study and apply oftechnology about harmonic restraining and var offsetting[J].Proceedings of the EPSA，2001，13(5)：26-28.

[6] VARRICCHIO S，GOMES S，MARTINS N.Modal analysisof industrial system harmonics using the s-domainapproach[J]. IEEE Trans. on Power Delivery，2004，19(3)：1232-1237.

[7] NELSON J.A better understanding of harmonic distortionin the petrochemical industry[J]. IEEE Trans. on IndustryApplications，2004，40(1)：220-231.

[8] 乌尔曼E[瑞典].直流输电[M]. 北京：科学出版社，1983.

[9] 曾祥君，陈博，唐欣，等.三调谐电力滤波器的研究[J].中国电机工程学报，2007，27(19)：104-109.ZENG Xiang-jun，CHEN Bo，TANG Xin，et al.A novelthree filter for power system[J]. Proceedings of the CSEE，2007，27(19)：104-109.

[10] 汤赐，罗安，范瑞祥，等.新型注入式混合有源滤波器应用中的问题[J]. 中国电机工程学报，2008，28(18)：47-53.TANG Ci，LUO An，FAN Rui-xiang，et al.Problems inapplication of new injection type hybrid active power filter[J].Proceedings of the CSEE，2008，28(18)：47-53.

[11] 罗隆福，李勇，刘福生，等.基于新型换流变压器的直流输电系统滤波装置[J]. 电工技术学报，2006，21(12)：108-112.LUO Long-fu，LI Yong，LIU Fu-sheng，et al.Design ofHVDC filter device based on new-type convertertransformer[J]. Transactions of China ElectrotechnicalSociety，2006，21(12)：108-112.

[12] 李圣清，朱英洁，周有庆，等.基于交互式多目标遗传算法的无源滤波器优化设计[J]. 电工技术学报2003，18(6)：1-6.LI Sheng-qing，ZHU Ying-jie，ZHOU You-qing，et al.Optimal design of passive power filters based oninteraction multi- modal genetic algorithm[J]. Transactionsof China Electrotechnical Society，2003，18(6)：1-6.

[13] 任震，曾艳，戴保明.高压直流输电系统中C 型阻尼滤波器的优化模型及其算法[J]. 中国电机工程学报，2002，22(12)：123-126.REN Zhen，ZENG Yan，DAI Bao-ming.Optimization modeland algorithm of type-C damped filter in high voltage directcurrent transmission system[J]. Proceedings of the CSEE，2002，22(12)：123-126.

[14] 同向前，薛钧义.电力协调滤波器的最佳偏调设计[J]. 电工技术学报，2005，20(4)：98-101.TONG Xiang-qian，XUE Jun-yi.Tuned power filter withoptimal tuned frequency[J]. Transactions of ChinaElectrotechnical Society，2005，20(4)：98-101.

[15] 刘兵，耿喜军，赵东元.基于近似逆系统设计方法的直流有源滤波器[J]. 电力电容器，2006，27(5)：28-33.LIU Bing，GENG Xi-jun，ZHAO Dong-yuan.The activeDC filter based on approximate inverse system control[J].Power Capacitor，2006，27(5)：28-33.

[16] 赵曙光，焦李成，王军宁，等.混合滤波系统中无源滤波器的自适应进化设计方案[J].电力系统自动化，2004，28(2)：54-57.ZHAO Shu-guang，JIAO Li-cheng，WANG Jun-ning，et al.Adaptive evolutionary design of passive power filters inhybrid power filter systems[J]. Automation of Electric PowerSystem，2004，28(2)：54-57.

[17] 周林，蒋建文，周雒维.基于单周控制的三相四线制有源滤波器[J]. 中国电机工程学报，2003，23(3)：85-88.ZHOU Lin，JIANG Jian-wen，ZHOU Luo-wei.Three-phasefour-wire active power filter with one-cycle control[J].Proceedings of the CSEE，2003，23(3)：85-88.

[18] 赵勇，沈红，李建华，等.谐波源及其与非谐波源的识别及其与分谐波源的分离方法[J]. 中国电机工程学报，2002，22(5)，84-87.ZHAO Yong，SHEN Hong，LI Jian-hua，et al.Approach ofidentification and separation of harmonic sources[J].Proceedings of the CSEE，2002，22(5)：84-87.

[19] 范瑞祥，涂春鸣，罗安.基于配网的无功和谐波综合补偿装置的设计仿真和应用研究[J]. 高压电器，2009，45(1)：84-88.FAN Rui-xiang，TU Chun-ming，LUO An.Design simulationand application of combined system with reactive powerand harmonic compensation[J]. High Voltage Apparatus，2009，45(1)：84-88.

[20] IEC 61000-3-6：2007.Assessment of emission limits fordistorting loads in MV and HV powersystem[S].

[21] 许加柱，罗隆福，刘福生，等.新型换流变压器的谐波电流分析与计算[J]. 高压电器，2007，43(1)：45-48.XU Jia-zhu，LUO Long-fu，LIU Fu-sheng，et al. Analysisand calculation of harmonic currents in the novelconverter transformer [J]. High Voltage Apparatus，2007，43(1)：45-48.

[22] 余贻鑫，栾文鹏.智能电网述评[J]. 中国电机工程学报，2009，29(34)：1-8.YU Yi-xin，LUAN Wen-peng.Smart grid and itsimplementations[J]. Proceedings of the CSEE，2009，29(34)：1-8.

[23] 余贻鑫.智能电网的技术组成和实现顺序[J]. 南方电网技术，2009，3(2)：1-6.YU Yi-xin.Technical composition of smart grid and itsimplementation sequence[J]. Southern Power SystemTechnology，2009，3(2)：1-6.