[发明专利]特高压直流输电系统中谐波电流抑制装置

说明书

技术领域

本发明属于特高压直流输电领域，尤其是移相变压器在特高压直流输电系统中谐波电流的抑制装置。

背景技术

特高压直流输电系统以其功率调节的快速灵活、不增加系统短路容量、可协助系统的暂态稳定性、损耗低和占地省等特性，近年来在远距离大容量输电、异步联网、海底电缆输电等方面获得了广泛的应用。由于直流输电系统中换流器的非线性特征，交流系统和直流系统中都不可避免的产生大量的谐波电压和谐波电流，对用户和电力系统本身都造成影响和危害。

因此，在特高压直流输电系统中，交流滤波器和直流滤波器是不可或缺的元件。对于交流系统的滤波，一般在换流变压器网侧母线上并联滤波器装置，兼作无功补偿设备。这种方式虽能较好的解决交流系统的谐波抑制和无功补偿问题，但并未克服通过换流变压器的无功和谐波对变压器本身所带来的影响；并且在现有的特高压直流输电工程运行中仍然大量出现交直流侧谐波超标的现象。

目前特高压直流输电系统多采用单级双12脉、双极12脉以及双极双12脉的结构，交流侧的谐波主要为11、13次（12n±1次）谐波。相较于6脉波电路，12脉波电路的谐波得到了较大的抑制，但是其谐波含量仍然较大，11、13次谐波频率较低，对于滤波器的设计来说成本较高。因此，需要在不大幅增加成本的情况下进一步抑制谐波电流的含量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供特高压直流输电系统中谐波电流抑制装置，该装置既适用于双极12脉结构的特高压直流输电系统，也适用于单级和双极的双12脉特高压直流输电系统，能够有效的消除11、13次谐波，大大降低特高压直流输电系统交流侧的谐波电流THD，并且能够同时对直流侧电压、电流谐波进行一定抑制。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

特高压直流输电系统中谐波电流抑制装置，包括：

一交流系统，

一侧交流系统的功率流向另一侧交流系统，

所述一侧交流系统连接工作在整流状态的换流站，通过换流变压器升压后与换流器相连，将交流电变换为直流电，

然后通过直流输电线路将直流电传输至换流站后，工作在逆变状态的换流站将直流电逆变为交流电，并通过换流变压器降压后与另一侧交流系统相连。

本发明的一个优选实施例中，所述换流站中的换流器采用4桥串联并分成两组，第一组的换流变压器采用普通三绕组变压器，联结组号为YYD11；第二组的换流变压器采用移相变压器，其移相角分别是-15°、-45°。

本发明的一个优选实施例中，所述三绕组变压器和移相变压器，它们的等值阻抗、电压和功率损耗相同。

本发明的一个优选实施例中，所述换流站中的两组换流变压器的原边并接到一交流系统，副边分别接到一个换流桥上。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

1．本特高压直流输电系统的谐波电流抑制方法在原有的双极12脉高压直流输电系统结构基础上，用移相变压器替换其中一极的普通三绕组变压器。通过引入移相变压器，正极和负极变压器的二次侧绕组输出电压与电网电压相角差分别为：0°、-30、-15°、-45°，这样正负极之间实际上构成了24脉波电路。由于二次侧输出电压互差了一定角度，各换流单元的输入电流折算到变压器一次侧后11、13次和35、37次等特定次数的谐波相位互差180°，它们互相叠加形成交流侧总输入电流时相互消除，从而降低了总THD。

2．本特高压直流输电系统的谐波电流抑制方法中的移相变压器采用延边三角形结构，虽然其成本较普通三绕组变压器要高，但应用移相变压器后谐波含量大幅降低，滤波装置的费用可以大幅降低，滤波器的体积也大大减小。

3．本发明具有设计合理、电路简单、性能稳定可靠的特点，在不大幅增加成本的情况下可以有效降低输入电流的谐波含量，可广泛应用于包含超过两个12脉单元结构的直流输电系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为采用移相变压器的特高压直流输电系统；

图2为直流输电系统其中一侧的电路原理图；

图3为采用移相变压器前交流侧输入电压电路波形；

图4为采用移相变压器后交流侧输入电压电流波形；

图5为采用移相变压器前交流侧输入电流的频谱分析；