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谐波对电力系统产生的不利影响不容忽视,由于HVDC输电容量巨大,换流站产生的谐波含量多,它们对系统会产生较大影响。HVDC系统中谐波及其抑制方法一直是对HVDC进行研究的一个重要组成部分。除了特征谐波和非特征谐波外,当高压直流输电用于连接两个不同额定频率的交流网络时,交、直流系统中还会出现与基波频率不成整数倍关系的间谐波。间谐波对电力系统的危害也较大,它会造成继电器的误操作、在变压器电抗和电容组间激励起谐振,进一步引发故障和事故。本文就高压直流输电系统中的谐波相关问题进行了深入分析和研究。
本文首先分析了高压直流输电系统中的谐波对电力设备和用户、通信线路等的危害,并以贵广二回直流输电系统为实例,研究了谐波对换流站设备——换流变压器和交流滤波器的损耗影响,说明了谐波对电力设备的危害是不容忽视的。并分析了HVDC系统交、直流侧的谐波抑制措施、特点及发展前景。
其次,本文还对国内外高压直流输电系统和多谐波源系统的谐波分析和建模方法进行了讨论和比较,如:统一基波和特征谐波潮流算法、调制理论、谐波域分析法等,总结了它们的基本原理、实现算法、应用范围和各自的特点,指出对换流器建模时需要注意的几个特殊问题。利用调制理论建立了HVDC系统的谐波和间谐波分析模型,利用该模型对间谐波特性、间谐波产生的条件和机理进入了深入研究,并利用该模型导出了间谐波特性,最后通过几个仿真实验结果的对比,验证了该谐波分析模型及所得结论的正确性。
再次,本文还就谐波不稳定现象的机理、研究方法和抑制方法进行了分析和讨论。直流输电在某些运行条件下,会发生谐波不稳定现象,即谐波振荡不易衰减甚至放大的现象,它会引起换流站交流母线电压严重畸变。直流输电系统的按相触发的控制方式、换流变压器铁芯饱和、交流侧和直流侧系统的谐振频率满足某些互补关系等原因都能引起谐波不稳定现象,对于不同机理的谐波不稳定现象讨论了其抑制措施,如以等间隔触发脉冲控制方式取代以往使用的按相触发控制方式,加装非特征谐波滤波器,直流控制电路的协调改进等,并分析了其各自的优缺点和发展前景。
本文就高压直流输电系统中谐波的危害、谐波和间谐波分析的模型建立、谐波不稳定等问题进行了深入分析和研究。通过具体的实例分析了谐波对HVDC系统电力设备的危害;利用调制理论建立了间谐波分析模型,并利用它导出了间谐波特性;还对HVDC系统的谐波不稳定现象的机理、研究方法和抑制方法进行了分析和讨论。本文所做工作对高压直流谐波领域具有重要的理论研究意义和较高的工程实际价值。本文的研究得到国家自然科学基金重点项目50337010的资助。