直流輸電系統(tǒng)PLC噪聲濾波器的設(shè)計初探

【摘要】直流輸電系統(tǒng)中關(guān)斷或者導(dǎo)通換流閥會導(dǎo)致電壓突變過程中PLC噪聲的產(chǎn)生，論文在吸收EMI濾波器設(shè)計原理的基礎(chǔ)上設(shè)計了PLC噪聲濾波器拓撲，并對濾波器進行具體設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】直流輸電系統(tǒng)；濾波器；設(shè)計

直流輸電系統(tǒng)在進行電網(wǎng)互聯(lián)以及電能的遠距離輸送方面具有經(jīng)濟上以及技術(shù)上的優(yōu)勢，在我國“西電東送”以及電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的背景下，直流輸電系統(tǒng)得到了良好的推廣與運行，國內(nèi)高壓直流（HVDC）輸電系統(tǒng)的建設(shè)前景廣闊，其中，直流換電站PLC（電力線載波）濾聲器技術(shù)的設(shè)計應(yīng)用也越來越被關(guān)注。

1.關(guān)于PLC電線載波噪聲濾波器

1.1 PLC電線載波噪聲概念

在直流輸電系統(tǒng)換流閥進行關(guān)斷以及導(dǎo)通過程中會產(chǎn)生電壓突變，換流器會產(chǎn)生高頻以及低頻分量的諧波，所謂PLC電線載波噪聲即是大于20k赫茲的高頻分量諧波。PLC高頻噪聲沿著直流電路，或者沿著換流變壓器的直流電網(wǎng)實現(xiàn)噪聲的傳導(dǎo)，在一定的載波波頻范圍內(nèi)對通訊造成干擾[1]。

1.2 PLC載波噪聲濾波器工作原理

直流輸電系統(tǒng)中，若換流器的PLC噪聲較大，可考慮安裝噪聲濾波器降低噪聲干擾。PLC噪聲濾波器主要是降低無線電相關(guān)頻段以及對載波通訊波頻噪聲進行過濾降低噪聲。PLC濾波器的使用結(jié)果受到2種干擾因素的影響：其一為該濾波器分壓的結(jié)果，其二是換流變壓器在濾波器中負載的阻抗能力。

PLC噪聲濾波器包含了交流出線、諧波濾波器、交流開關(guān)等多種負載阻抗，阻抗會對濾波效果產(chǎn)生重要影響，如在高頻情況下，電感器以及諧波濾波器會在線圈繞組的條件下呈現(xiàn)容性或者感性。

直流輸電系統(tǒng)中的PLC濾波器構(gòu)成元素包括多種高、低阻抗的串臂以及并臂構(gòu)件，并臂電容只包含了串聯(lián)裝置，串臂結(jié)構(gòu)則含有并聯(lián)裝置，不同的構(gòu)件共同形成了電壓分壓器。在進行PLC噪聲濾波器時，由于輸入電壓高于輸出電壓，因此在設(shè)計過程中須確保PLC濾波器的輸出電壓不要過大[2]。而由于直流輸電系統(tǒng)的串臂阻波器中存在電阻，因此應(yīng)用PLC噪聲濾波器不可避免要出現(xiàn)部分設(shè)備損耗，在進行噪聲器的實際過程中，要保證濾波效果與設(shè)備器材損耗的均衡性。

2.PLC噪聲濾波器設(shè)計探析

2.1 PLC噪聲濾波器拓撲設(shè)計

EMI濾波器有著與PLC濾波器相似的特點，二者都是為處理高頻型號而產(chǎn)生的，EMI主要是0.15m至30m赫茲頻段，PLC為30至500k赫茲。實際上，PLC噪聲濾波器為LC無源網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計PLC濾波器時可以應(yīng)用EMI濾波器阻抗原理。在匹配PLC濾波器拓撲時需選擇適合的函數(shù)傳遞以及使用環(huán)境。在確定濾波器電路結(jié)構(gòu)時，主要基于的原則包括：電容器與源阻抗或者較高的負載阻抗實現(xiàn)并聯(lián)，電抗器與負載阻抗或較低的源阻抗串聯(lián)，保證在濾波器的LC電路在保證諧振濾波上的特性，對負載阻抗一個像濾波器特性方面進行足夠程度的削弱或者補充[3]。

2.2 設(shè)計PLC噪聲濾波器的相關(guān)步驟

從PLC噪聲濾波器工作原理以及具有特征出發(fā)，制定了PLC噪聲濾波器的流程及步驟圖（圖一）。

關(guān)于PLC噪聲濾波器衰減值。PLC噪聲濾波器衰減值能夠用一個等式進行確定，這一等式表示為La=Lm—Ll，其中，Ll表示的是測試點位置的噪音值，Lm表示的是在測試過程中回路位置的高頻噪聲。直流輸電功率按照規(guī)定須保持在0.1至1.1取值范圍中，而噪聲限值則不能超過相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

直流輸電系統(tǒng)可以在實際測試的條件下在，在耦合位置處獲取高頻噪聲，而在擬建的直流輸電系統(tǒng)中無法進行實際測試時，可以通過多種途徑獲得PLC噪聲頻譜。

可以利用EMTDC或者PSCAD多種仿真手段構(gòu)建換流站，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行情況下分解電壓波形獲得高頻噪聲參數(shù)；另外，也可以在換流閥的脈動電流換流橋位置，利用相關(guān)的修正公式對噪聲源的強度進行計算。

確定PLC噪聲濾波器調(diào)諧參數(shù)以及主參數(shù)對于濾波器的設(shè)計至關(guān)重要。確定單級LC濾波器主參數(shù)，如果負載阻抗以及噪聲源組的阻抗是電阻形式，各個數(shù)值保持一致，在匹配阻抗的條件下可以借用f0=1/2π√LC公式進行確定。在PLC噪聲濾波系統(tǒng)中，單級LC濾波器為40dB/10倍的衰減頻。

在調(diào)諧裝置的設(shè)計中，PLC噪聲濾波器調(diào)諧裝置中并臂以及串臂的設(shè)計十分重要。并臂調(diào)諧裝置對濾波器高頻段的頻率點特點產(chǎn)生影響；調(diào)諧串臂對高頻段的整體特性產(chǎn)生影響。串臂設(shè)計如下圖三。在設(shè)計中可以發(fā)現(xiàn)，濾波器如果帶阻，則具有阻抗相關(guān)特性。在該設(shè)計中，串臂的主回路主要由構(gòu)件C1以及L共同構(gòu)成，C1組成調(diào)諧支路；L代表的是串臂結(jié)構(gòu)中的主電感；串臂結(jié)構(gòu)的調(diào)諧回路，即副回路，主要由LS、RS以及CS共同構(gòu)成。

完成串臂調(diào)諧結(jié)構(gòu)之后，一旦PLC噪聲濾波器達到了一定的噪聲限值，由于并臂結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致事故的產(chǎn)生，可以不再安裝并臂調(diào)諧結(jié)構(gòu)，如，曾經(jīng)廣州天廣直流輸電系統(tǒng)換流站由于并臂結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過自燃事故。而串臂結(jié)構(gòu)安裝完成后仍然出現(xiàn)諧振點噪聲超出標(biāo)準(zhǔn)情況，則可安裝并臂裝置改善這一情況。

3.結(jié)語

直流輸電系統(tǒng)中PLC噪聲濾波器具有重要作用，當(dāng)前取得較為廣泛的應(yīng)用，在對噪聲濾波器進行設(shè)計時須充分對濾波器特色進行考慮，利用PLC的多個功能靈活設(shè)計，全面改善直流輸電系統(tǒng)PLC高頻噪音干擾現(xiàn)狀。