關于高壓直流輸電中的諧波抑制

王蘇婭，任雪鴻（西安鐵路職業技術學院，西安 710014）

關于高壓直流輸電中的諧波抑制

王蘇婭，任雪鴻
（西安鐵路職業技術學院，西安 710014）

隨著高壓直流輸電技術的日益成熟，其運用的范圍逐漸擴大。現階段除了用于海底電纜輸電外，還經常被運用在非同步運行的交流系統中，實現對其進行聯絡的功能。早在1954年，瑞典誕生了全球首條高壓直流輸電的線路，并且發展到至今經歷了近60年的歷程，是電力電子技術中的一個重要應用領域。之所以遠距離輸電中運用高壓直流輸電較為常見，其主要的原因是考慮到經濟方面的因素。但是需注意的是，在運用高壓直流輸電的過程中，很容易出現諧波電壓與電流的情況，而此現象很可能對于用戶或者系統本身產生一定的影響，所以諧波及其抑制是高壓直流輸電中的重要技術問題之一。

高壓直流輸電;諧波分析;調制理論

1 引言

隨著經濟與技術水平的不斷提升，促使高電壓以及大容量晶閘管的水平日益提升的背景下，其直流輸電技術也上升到了一個新的高度。隨著該領域的日益成熟，現已將該技術運用到海底電纜輸電、遠距離輸電以及大功率輸電等多種情況。并且與交流輸電相比較來看，直流輸電所具有的優勢日益明顯。與其相關的技術，如電力電子、微電子、計算機控制、絕緣新材料、光纖、超導、仿真以及電力系統運行、控制和規劃等技術的發展，能夠看出在未來階段直流輸電發展的過程中，具有較為廣闊的市場前景。

對此，本文主要闡述了直流輸電系統的相關內容后，在此基礎上分析了直流輸電過程中，產生諧波電壓與電流的原因，并討論如何抑制的相關策略。

2 直流輸電系統的構成

2.1 系統構成

從系統構成的層面來分析直流輸電，主要是將電能從電廠發出，并且在發出的過程中需要通過三相交流電來進行導出后，將電流轉換為直流的模式。進而借助于電纜或者架空線的方式將其傳輸到接受點，也可理解為受電端，直流在受電端用逆變器轉化成交流后，再進入接收方的交流電網，即交流整流直流逆變交流。

高壓直流輸電系統：主要由換流裝置（即整流器和逆變器）、直流輸電線路、用于抑制諧波的電力濾波器、無功補償裝置、換流變壓器、直流電抗器以及相應的過流過壓保護裝置、控制裝置等構成。

2.2 高壓直流輸電的分類

直流輸電按輸電的極數種類較多，可以將其分為單極、雙極、多端直流輸電等多種類型。而通過對當前的直流輸電技術的實際情況來分析，能夠看出只有很少的運用了多端直流輸電，但也只限于放射式。而當前主流的的線路為雙極，在雙極線路中包含正與負兩根導線。在正常運行的情況下，該線路中的電流處于相等的情況，并且正極與負極之間并不相互影響。

單極高壓直流輸電又分為一線一地和單極兩線的方式，一線一地是采用一根負極性的導線，而由大地或水提供回路。出于對造價的考慮，常采用這類系統。在大地電路率過高、或者不允許對地下金屬結構產生干擾的情況下，便可用單極金屬回線方式代替大地回線。

直流多回輸電分為線路多回輸電方式和換流器并聯方式的多回線輸電。線路并聯多回輸電方式每極線都采用多回輸電線路，可提高輸電的容量、輸電的可靠性及可用率。

多端直流輸電分為并聯多端直流輸電方式和串聯多端直流輸電方式。

3 直流高壓輸電中的諧波

3.1 諧波產生

關于諧波，主要是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級分解所得到的大于基波頻率整數倍的各次分量，通常稱為高次諧波。在換流站當中，在對整流與逆變的過程進行分析后，能夠看出其直流在傳輸時的波形并不是一直不變的，仔細研究能夠看出是脈動電流。除此之外，在直流高壓輸電的過程中進行換相的操作并不能達到理想的預期目標，導致輸出電流出現一定的變化，而以上原因便是產生諧波的主要因素。

由電力電子器件組成，具有將交流電變為直流電或將直流電變為交流電的設備統稱為換流裝置，或稱為換流器。其中，在發電端，換流器完成交流到直流的電能變換過程，工作于整流狀態，稱為整流器；在受電端，換流器完成直流到交流的電能變換過程時，處于逆變狀態，此時的換流器又稱為逆變器。

現階段較為主流的基本換流單元主要包含6脈動與12脈動兩種類型的換流單元。

而從換流器的層面來分析，主要是借助于三相橋式全控換流電路作為最基本單元由于該電路的直流側整流電壓在一個工頻周期中具有6個波頭，所以三相橋式全控換流電路又稱為6脈動換流器。其中交流側產生6K±1次的特性諧波，而直流側所產生的是6K次特征脅逼。對此，需要在不同的交流側與直流側當中，需要配備不同類型的濾波器。而在有兩個6脈動換流器串聯的方式下，那么其交流側與直流側分別對應的是12K±1次和12K次的特征諧波，因此需要根據直流與交流的方式來配備不同的濾波器。采用串聯的方式，不但能夠對濾波器裝置進行簡化，并且在成本與占地面積方面都具有一定的優勢。

在直流高壓輸電系統當中，能夠看出換流器在工作的過程中，其直流側采用的是諧波電壓源，而交流側則采用的是諧波電流源。因此很容易出現電壓畸變的情況，最終對于諧波產生較大的影響。并且在換流站交流母線電壓出現嚴重畸變的情況下，必然會干擾到鄰近通信線路。

3.2 諧波的抑制

為了避免直流高壓輸電過程中所出現的諧波電流或電壓產生的負面影響，那么就需要制定相關對策來對其進行解決。

可通過對對換流裝置當中的脈動數進行增加，進而能夠實現對諧波組成成分的降低，最終實現對最低次特征諧波的次數進行有效的提升，以達到降低特征諧波含量的目標。現階段主流方式有借助于兩組6脈動換流器串聯的方式，來構成濾波裝置。并且絕大多數情況下，濾波裝置與換流變壓器交流側想并聯，意味著僅有少數能夠與換流變壓器的第三繞組進行連接。所有濾波器在工頻頻率下呈容性阻抗，還可兼作無功補償之用。

[1]王建輝,顧樹生.自動控制原理[J].北京:清華大學出版社，2005.

[2]戴熙杰主編.直流輸電基礎[M].北京:水利電力出版社,1990.

[3]韓明曉,文俊,徐永海.高壓直流輸電原理與運行[J].北京:機械工業出版社.

王蘇婭（1980-），陜西咸陽人，女，碩士，助教，主要從機電一體化教學工作。