混合型有源濾波器在HVDC中的應(yīng)用

劉芹 江珉 牟樹(shù)貞

【摘要】高電壓直流輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離大容量輸電的任務(wù)上擔(dān)當(dāng)了重要角色。然而其兩側(cè)換流站由于存在很多大容量換流閥，使得注入系統(tǒng)的諧波非常嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了電能質(zhì)量和運(yùn)行穩(wěn)定性。而現(xiàn)在大多使用的濾波設(shè)備都是傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器，由于其調(diào)諧頻率的限制，仍會(huì)有其他次諧波注入系統(tǒng)，而用有源濾波器（APF）則會(huì)有效改進(jìn)濾波效果。本文闡述了APF的工作原理及其適用限制，提出了使用混合型APF進(jìn)行濾波的方案。通過(guò)此方案可以在控制成本的同時(shí)，提高濾波效果。

【關(guān)鍵詞】混合有源濾波器;諧波;高壓直流輸電

1.引言

高壓直流輸電的換流站通常采用的是12脈動(dòng)換流裝置，脈動(dòng)次數(shù)越多，諧波含量越小。然而想要依靠增加脈動(dòng)數(shù)來(lái)繼續(xù)減小諧波，其控制系統(tǒng)會(huì)非常復(fù)雜，投資也會(huì)大幅增加，而濾波效果卻增加的不明顯。12脈動(dòng)換流裝置在直流側(cè)產(chǎn)生的諧波電壓、諧波電流主要是12k次，在交流側(cè)產(chǎn)生12k±1次特征諧波。諧波電流在系統(tǒng)中引起諧波電壓，降低了系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，并帶來(lái)其他危害[1]。由于靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)及傳導(dǎo)耦合，線(xiàn)路上的諧波電流還會(huì)干擾通信線(xiàn)路上的傳輸信號(hào)，其帶來(lái)的電磁污染產(chǎn)生的過(guò)高可聽(tīng)噪聲易使附近居民或工作人員感覺(jué)煩躁不安[2]。因此，為推動(dòng)我國(guó)直流輸電技術(shù)的發(fā)展，消除直流輸電線(xiàn)路對(duì)鄰近通訊線(xiàn)路的干擾，如何有效抑制HVDC中的諧波，具有重要的實(shí)際意義。然而目前廣泛采用的無(wú)源濾波器（PF）卻有自身無(wú)法克服的弊病。會(huì)產(chǎn)生諧波放大，并且即使不出現(xiàn)諧振，PF濾波效果也是有限的[3]。本文闡述了混合型APF及其控制策略，論述了其在HVDC系統(tǒng)中作為補(bǔ)償裝置的可行性。

2.混合型APF

2.1 抑制原理

用無(wú)源濾波器濾去主要的低次諧波（12次、24次），再用APF將濾去沒(méi)有濾凈的諧波，就能充分發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)，提高整體的濾波效果。

圖1 APF等效電路

US為諧波電壓源;ZS為諧波源內(nèi)阻;ZL為輸電線(xiàn)路和負(fù)載的阻抗;Zf為無(wú)源濾波器阻抗;Uf為APF等效的一個(gè)受控電壓源，其與線(xiàn)路上的諧波電流有關(guān);Ih為諧波電流。

當(dāng)，且APF不投入，即Uf=0時(shí)，諧波電流為：

（1）

當(dāng)，且投入APF時(shí)，諧波電流為：

（2）

總諧波電流為：

（3）

通過(guò)檢測(cè)Ih，可以得到APF的輸出電壓：

（4）

其中k為APF的放大系數(shù)。將（4）代入（3）中，可得：

（5）

當(dāng)k=0時(shí)，APF不起作用，線(xiàn)路上諧波電流取決于無(wú)源濾波器的濾波效果;當(dāng)k>0時(shí)，投入APF，諧波電流得到抑制;當(dāng)且時(shí)，諧波電流Ih的值將會(huì)很小，很大程度上削弱了諧波電流[4]。

2.2 控制策略

在圖2中，d軸q軸的參考相量i*ldh、i*lqh分別為：

（6）

（7）

其中，i*ldh、i*lqh。為電網(wǎng)中需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流的d軸和q軸參考值。i*ld、i*lq為新型高壓直流輸電系統(tǒng)根據(jù)自身情況或電網(wǎng)調(diào)度要求和電網(wǎng)交換的有功、無(wú)功功率電流的參考值。

為穩(wěn)定直流電壓加入的d軸參考值。

圖2 有源濾波高壓直流輸電系統(tǒng)的控制框圖

以上分析說(shuō)明，d軸參考電流i1def包括有功電流i*ld參考值、電網(wǎng)中需要補(bǔ)償?shù)膁軸諧波電流的i*ldh參考值和直流電壓外環(huán)加入的d軸參考值。q軸參考電流i1qef包括無(wú)功電流i*lq參考值、電網(wǎng)中需要補(bǔ)償?shù)膓軸諧波電流的i*lqh參考值， 采用直接電流控制，換流器交流電流完全追隨參考電流變化時(shí)，就可以完成有功功率、無(wú)功功率和諧波三者的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)在傳遞功率的同時(shí)完成有源濾波的功能[5]。

3.結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了混合型有源濾波器的消諧濾波原理，并給出了其應(yīng)用與高壓直流輸電時(shí)的控制策略。分析結(jié)論表明了混合型有源濾波器不僅可以實(shí)現(xiàn)諧波抑制，而且還有利于功率傳輸?shù)目刂?，具有一定的?shí)用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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