帶有并聯電阻的雙調諧濾波器參數特性分析

摘要：高壓直流輸電系統中，雙調諧濾波器使用廣泛。將電阻并聯在雙調諧濾波器上可使雙調諧濾波器獲得較好的高通濾波的性能，并減小濾波器之間及與系統之間發生諧振的可能性，但同時加大兩個串聯諧振附近的阻抗，也增加了整個濾波器的諧波有功損耗。通過分析雙調諧濾波器和帶有并聯電阻的雙調諧濾波器的元件參數特新，比較兩種濾波器的元件參數對諧振頻率靈敏度影響，確定了帶有并聯電阻的雙調諧濾波器元件參數變化對系統影響明顯優于普通雙調諧濾波器。

關鍵詞：雙調諧濾波器；直流輸電；串聯諧振；參數誤差

中圖分類號：TN3 文獻標識碼: A 文章編號：1674-098X(2011)12(c)-0000-00

Primary Research on HVDC WAN Grounding Electrode

Wang jianwu1 Bai Guyue1、2

（1. Guangdong Electric power Design Institute， GuangZhou， 510663， China；

2. East China Jiaotong University CEEE， NanChang， 330013， China）

ABSTRACT: The double-tuned filter is widely used in HVDC system . Double-tuned filter can get a better capability of high-pass and reduce the possibility of resonance between filters and other filters， the system by which making resistance parallel with it， but the method may increase the impedanced between the two series resonance and the harmonic meritorious loss of the whole filter. Through the analysis of the double-tuned filter and the double tuned with parallel resistance of the filter's new device parameters， comparing the two filter device parameters on resonance frequency sensitivity effect， determine the double with parallel resistance device parameters tuned filter impact on the system change significantly better than ordinary double-tuned filter.

KEYWORDS：Double-tuned filter; HVDC; Series resonance; Parameter-error

引言

在高壓直流輸電系統中，換流站交流側的諧波電流進入交流系統后，所產生大量的諧波電壓和諧波電流會對用電系統和用電設備造成不良的影響甚至嚴重的危害[1]。對系統產生的諧波最有效的抑制方法是采用濾波裝置。在換流站的直流側，平波電抗器本身可以起到抑制諧波的作用，但單靠平波電抗器不足以滿足抑制諧波的要求，因此需要在交流側，將濾波器并聯裝設在換流變壓器交流側的母線上。交流濾波器有常規無源濾波器、有源濾波器和連續可調交流濾波器三種形式。現在已經投運或者在建的高壓直流輸電工程交流側濾波器大多使用常規無源濾波器。無源濾波器具有可靠性高，成本低的優點。

常規的無源濾波器包括：單調諧濾波器、雙調諧濾波器和高通濾波器。近年來，雙調諧濾波器得到了廣泛的應用，雙調諧濾波器可以同時消除兩個不同頻率的諧波，與兩個單調諧濾波器的功能相同，體現出其具有投資及經濟性好的特點，而且其中一個諧振回路承受電壓強度相對較低。

雙調諧濾波器與但單調諧濾波器相比優點突出，缺點也明顯。所有無源濾波器的性能都依賴于其阻頻特性，雙調諧濾波器可以減少支路數目節省投資，但是其參數之間影響變大，調諧相對困難，也增加了濾波器與濾波器之間以及濾波器及系統之間諧振的可能性。帶有并聯電阻的雙調諧濾波器（具有高通性能的雙調諧濾波器）可以使雙調諧濾波器獲得較好的高通濾波器的性能，并減小濾波器之間及與系統之間發生諧振的可能性。

本文分析了帶有并聯電阻的雙調諧濾波器元件參數以及對諧振頻率的靈敏度，比較雙調諧和帶有并聯電阻的雙調諧兩種濾波器的頻率偏差，保證其能夠在系統諧振的頻率點附近工作，以葛洲壩——上海直流輸電工程中葛洲壩換流站側11/12.94，23.8/36.2雙調諧參數為計算和實驗仿真參數基準。

1帶有并聯電阻的雙調諧濾波器的系統結構

普通雙調諧濾波器結構如圖1所示，從圖中可見，雙調諧濾波器有兩個諧振回路，有兩個諧振頻率，同時吸收兩個頻率的諧波，功能等效于兩個單調諧濾波器。且其基波功率損耗較小，串聯回路中的電感L1幾乎承受了全部的沖擊電壓，并聯回路中的電容C2容量較小，只通過諧波無功分量[2]。

圖2所示為帶有并聯電阻的雙調諧濾波器，加入并聯電阻R后，使雙調諧濾波器帶有了較好的高通性能，且并聯電阻可以起到防止過電壓、降低并聯諧振幅值的作用。

2帶有并聯電阻的雙調諧濾波器的系統阻抗及元件參數

2.1系統等值阻抗

在忽略電容和電感的原件內阻及線路阻抗條件下，并聯電阻的雙調諧濾波器的等值阻抗可表示為：

(1)

2.2確定并聯電阻R值

當電路發生串聯諧振時，并聯電阻的雙調諧濾波器阻抗等于零：

(2)

由式（2）可以推出雙調諧濾波器的諧振頻率，如圖3。同理也可根據（2）（3）式，通過濾波器裝設處母線電壓U及每組濾波器的基波無功功率Qs1補充容量來計算出濾波器的原件參數。

（3）

其中h0為濾波器的并聯諧振頻次（濾波器調諧頻率ω0=h0ω1），ω1為電力系統基波頻率所對應的角頻率。

2.3阻頻特性

通過濾波器的元件參數，可得到帶有并聯電阻的雙調諧濾波器的阻頻特性曲線，圖4所示。實驗計算數據對比采用葛洲壩上海直流輸電工程一組濾波頻率為23.8/36.2的雙調諧濾波器。

對兩種濾波器阻頻特性曲線觀察發現，并聯電阻后，雙調諧濾波器加大了兩個串聯諧振附近的阻抗，也增大了整個濾波器的諧波有功損耗。使用11/12.94次諧波計算時發現并聯電阻的阻值相對較高，使諧波損耗更高，故帶并聯電阻的雙調諧濾波器對低次諧波濾波有所影響。

3兩種濾波器元件參數對諧振頻率影響靈敏度對比

在實際工程中，電感、電容和電阻等器件有自身的元件參數誤差和熱不穩定性，由此會導致參數微變，引起濾波器諧振頻率等值偏差，并且電網頻率也會偏移。所以必須對濾波器進行容差分析，保證在濾波器設計時選著合適的容差范圍[3]。

以23.8/36.2次諧波為例，確定帶有并聯電阻的雙調諧濾波器試驗用參數。在進行實驗計算時，每一個元件的參數變化±10%，對應的兩種雙調諧濾波器的第一、第二可濾除諧波頻率變化如表1和表2所示。可以看出，電抗器L1對諧振系統頻率影響最大，選擇元件時必須注意；其他各個元件的變化范圍在10%內就完全滿足電力系統正常頻率偏差；并聯電阻的雙調諧濾波器對元件參數偏差造成串聯諧振頻率偏差要明顯小于普通的雙調諧濾波器。

4結論

通過計算確定帶有并聯電阻的雙調諧濾波器的電阻大小，并分析了由并聯電阻造成的諧波有功損耗問題。對比帶有和不帶并聯電阻的兩種雙調諧濾波器元件參數對諧振頻率影響的靈敏度，可以看出濾波器元件參數變化對諧振頻率影響的具體偏差值，特別是電抗器L1的參數值對濾波電路影響最大，在實際工程中必須注意其元件參數誤差和溫度漂移，為實際工程設計提供了依據。

參考文獻

[1]趙東元，于方杰，金春蓮等.高壓直流輸電系統中的濾波裝置[J].國際電力，2002，6(2)：38-40.

[3]康明才，黃錦安，陳建業，王贊基.高壓直流輸電系統雙調諧濾波器元件參數分析[J].華北電力大學學報，2005，32(12)：91-93.

[2]韓民曉，文俊，徐永海.高壓直流輸電原理與運行[D].機械工業出版社，2008，4:113-117.