高压直流输电中的谐波分析

高压直流输电(HVDC)技术从1954年的工业化发展至今经历了近60年的发展历程,在技术上越趋成熟,但随着电网规模的扩大和新的电子和计算机技术的引进将会带来更加复杂多变的问题,谐波问题就是其中一个重要的方面。从我国的自身情况出发,我国的HVDC系统的发展趋势是建成复杂的大规模混合输电系统,其交直流系统间的配合及之间的谐波相互作用也将变得异常复杂,所以对于高压直流输电中的谐波问题的分析非常重要。本文以调制理论为基础,对直流输电中的谐波间谐波问题做了探讨,主要包括以下几方面。 首先,分析了直流输电系统中的谐波产生机理及原因,利用调制理论对交直流侧的谐波传递过程进行了说明,归纳其规律,并以三相6脉冲整流器为例,来仿真交流侧叠加谐波时直流侧的非特征谐波随换相角变换的规律。文中推导了无需迭代直接计算HVDC系统的电压电流谐波的数学算法,以一个12脉冲的两端直流输电系统为例计算其交流侧和直流侧的电流谐波,并用MATLAB/SIMULINK仿真软件的仿真结果对计算结果进行对比,验证了算法的准确性。此法既可作为谐波估算的直接算法,也可作为迭代过程中的一个步骤。 其次,分析了在HVDC系统中间谐波在交直流侧的产生机理和组成成分,以直流侧的互调产物的谐波成分为分析点,得出整流、逆变侧的交流间谐波成分。该方法可以解决间谐波分析中谐波源多,产生机理不清晰的难点。然后通过相应的仿真例子对上述理论进行验证,得出理论与实际统一的结论,其中包括在非理想情况时的系统不平衡和存在背景谐波两种情况的谐波产生原理和组成成分仿真。 最后,研究谐波不稳定问题,对分析此问题的两种方法进行比较,并用开关函数法推导交直流系统的等值阻抗,给出CIGRE逆变侧的等值直流阻抗的频率特性曲线。此方法可以用同一电路等效交流和直流阻抗,方便分析阻抗的频率特性。通过仿真对这一现象进行还原,进一步说明直流系统对交流系统谐振阻抗的影响,总结了谐波不稳定问题的抑制策略。 本文对HVDC系统的谐波分析和计算方法可以推广到多源谐波的分析中去,寻找一种简单、有效的分析方法分析谐波,研究交直流混合输电中的谐波产生机理和相互作用过程对于电力系统稳定控制和后期的谐波抑制都有重要意义