一种特高压直流输电系统直流偏磁引起的谐波分析方法与流程

本发明涉及直流输电系统谐波分析领域，具体涉及一种特高压直流输电系统直流偏磁引起的谐波分析方法。

背景技术：

特高压直流输电因具备超大容量和超远距离输电等优势而成为解决我国能源资源与负荷分布不均等众多问题的主要解决方法之一。但直流输电的运行方式及多落点问题也会带来换流变压器及周边变电站变压器的直流偏磁。引起换流变压器直流偏磁的原因主要有三，一是太阳风暴引起地磁感应电流，该电流在地球表面产生1～10kv的感应电动势，感应电动势会在长距离输电系统东西走向的输电线路中的接地变压器间引起大小为80～100a频率在0.01～0.1hz的地磁感应电流；二是直流输电系统采用单极大地方式运行时，接地点的直流电流注入换流变压器中性点引起的直流偏磁；三是由交流系统中存在不对称负载引起的变压器中性点直流分量，引起直流偏磁，一般小于30a。直流偏磁现象会产生诸多危害，如导致变压器铁芯达到磁饱和状态，引起变压器损耗、内部金属构件温升、噪声及振动，电流电压波形畸变等问题，严重时将威胁电网的安全稳定运行。

目前，国内外针对变压器直流偏磁的研究已经相对成熟，主要集中在直流偏磁产生机理和直流偏磁对变压器内部特性影响的研究，例如直流偏磁下变压器励磁电流特性仿真分析，基于变压器直流偏磁电路-磁路耦合模型分析铁芯材料特性和理论结合试验分析在特定直流成分下变压器运行性能的变化等等。但除了上述问题，直流偏磁还会引起系统谐波，进而降低直流输电系统的电能质量，目前尚未见相关的系统研究。

因此，有必要研究直流偏磁情况下系统交/直流侧谐波畸变的分析方法，为系统直流偏磁下的谐波治理提供参考，同时对直流偏磁治理提出了新的要求，为保证系统安全稳定运行提供依据。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种特高压直流输电系统直流偏磁引起的谐波分析方法，适用于±800kv直流输电系统中。

本发明采用如下技术方案：

一种特高压直流输电系统直流偏磁引起的谐波分析方法，包括如下步骤：

s1根据特高压直流输电系统拓扑结构及关键设备参数，在pscad/emtdc中建立特高压直流输电系统电磁暂态模型；

s2在特高压直流输电系统整流侧换流变压器中性点接入可控开关及电流源，实现不同大小直流电流的注入，仿真直流偏磁对系统谐波的影响；

s3基于特高压直流输电系统电磁暂态模型，在系统采用双极对称运行方式下，换流变压器中性点直流电流注入并引起直流偏磁时，系统交、直流侧的谐波分析，具体如下

s3.1换流变压器中性点直流电流注入并引起直流偏磁时，分别对整流侧/逆变侧交流母线电压进行谐波分析，并与交流侧谐波畸变限值标准进行对比，高于标准采取抑制措施；

s3.2换流变压器中性点直流电流注入并引起直流偏磁时，分别对整流侧/逆变侧直流母线出口进行等效干扰电流计算，并与特高压直流输电系统直流侧谐波限值标准进行比较，高于标准采取抑制措施；

s4基于特高压直流输电系统电磁暂态模型，在系统采用单极大地回线运行方式下，分别对换流变压器中性点直流电流注入并引起直流偏磁时，系统交、直流侧的谐波分析，具体如下：

s4.1换流变压器中性点直流电流注入并引起直流偏磁时，分别对整流侧/逆变侧交流母线电压进行谐波分析，并与交流侧谐波畸变限值标准进行对比，高于标准采取抑制措施；

s4.2换流变压器中性点直流电流注入并引起直流偏磁时，分别对整流侧/逆变侧直流母线出口进行等效干扰电流计算，并与特高压直流输电系统直流侧谐波限值标准进行比较，高于标准采取抑制措施；

s5根据s3、s4仿真分析结果，综合直流偏磁抑制措施效果，提出一种直流偏磁情况下的综合谐波治理方法。

所述特高压直流输电系统采用±800kv直流输电系统，具体采用双极两端中性点接地方式，两端换流站采用三相双绕组换流变压器与500kv交流系统联接，换流站采用单极两组12脉动换流单元串联，上下两组12脉动换流单元的额定电压为400kv。

所述直流输电系统关键设备包括换流阀、换流变压器、交流开关设备、交流滤波器、直流滤波器、平波电抗器、站外接地极及直流线路。

以交流侧电压谐波畸变率作为特高压直流输电系统交流侧谐波限值标准。

以直流母线出口等效干扰电流值作为特高压直流输电系统直流侧谐波限值标准，双极运行情况下规定等效干扰电流值≤2000ma，单极大地回线运行情况下等效干扰电流值≤2500ma。

本发明的有益效果：

本方法可以仿真研究不同运行方式下、不同大小的直流电流注入换流变压器中性点引起直流偏磁时对系统谐波的影响，判断交、直流侧谐波是否满足限值标准，并提出相应抑制措施及验证方法，为特高压直流输电系统谐波治理和直流偏磁治理提供参考依据。

附图说明

图1是±800kv特高压直流输电系统电磁暂态模型；

图2是直流偏磁仿真模块；

图3是注入直流电流后的变压器中性点电流波形；

图4是本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图4所示，一种特高压直流输电系统直流偏磁引起的谐波分析方法，包括，

s1根据±800kv直流输电系统拓扑结构、关键设备参数及控制保护策略等，在pscad/emtdc中建立特高压直流输电系统电磁暂态仿真模型，仿真分析各关键点的交/直流电压、电流谐波情况。

如图1为±800kv直流输电系统拓扑结构示意图。直流输电系统采用双极两端中性点接地方式，直流输电线路全长1451km，送普洱换流站地极线路长度约106km，受端江门换流站接地极线路离换流站约110km。直流输电系统额定功率为5000mw，额定直流电流3.125ka。

s2在±800kv直流输电系统yy型换流变压器一次侧绕组中性点接入可控开关及电流源，在系统达到稳态后(0.8s)控制ic开关闭合，实现整流侧所有yy型换流变压器中性点注入50a直流电流，由变压器励磁电流可知此时注入直流电流已经引起直流偏磁，仿真分析直流偏磁对系统谐波的影响。

图2为本发明中直流偏磁仿真模块，用于模拟不同大小直流电流流入换流变压器中性点引起的不同程度的直流偏磁现象。本模块由可控开关及电流源组成，在系统达到稳态后(0.8s)控制ic开关闭合，实现整流侧所有yy型换流变压器中性点注入不同大小直流电流。

图3为采用上述直流偏磁仿真模块注入30a直流电流前后的换流变压器中性点电流波形。

s3开展双极对称运行方式下，换流变压器中性点直流电流注入并引起直流偏磁时，系统交、直流侧的谐波分析。

s3.1基于±800kv直流输电系统电磁暂态仿真模型，仿真分析双极对称运行方式下、中性点直流电流注入引起直流偏磁情况下，分别对整流侧/逆变侧交流母线电压进行谐波分析，得到50次以内谐波的单次电压谐波畸变率dn及总谐波电压畸变率deff，与500kv交流系统谐波限值标准进行对比，即dn(3次谐波和5次谐波)整流侧≤1.25％，逆变侧≤1.0％；dn(其它奇次谐波)整流侧≤1.0％，逆变侧≤0.8％。dn偶次谐波≤0.5％；deff整流侧≤1.75％，逆变侧≤1.5％仿真结果表明单次谐波电压畸变、总的谐波电压畸变率均未超出限值标准。

s3.2基于±800kv直流输电系统电磁暂态仿真模型，仿真分析双极对称运行方式下、中性点直流电流注入引起直流偏磁情况下，整流侧/逆变侧±800kv直流母线出口各次谐波电流幅值，计算等效干扰电流值，并与±800kv直流输电系统直流等效干扰电流限值标准进行对比，即双极运行情况下规定等效干扰电流值≤2000ma，单极大地回线运行情况下等效干扰电流值≤2500ma。仿真表明，系统各关键位置等效干扰电流结果分别为整流侧正极2120ma，整流侧负极2123ma，逆变侧正极1307ma，逆变侧负极1309ma，系统直流母线各处等效干扰电流值均超出±800kv直流输电系统直流等效干扰电流限值标准，参考实际工程在变压器中性点接入电容隔直装置。加装直流偏磁抑制装置后对系统谐波情况进行仿真分析，仿真表明采用抑制措施后，可以将系统各关键位置等效干扰电流结果降至整流侧正极1821ma，整流侧负极1820ma，逆变侧正极767ma，逆变侧负极767ma，满足谐波限值标准。

s4开展单极大地回线运行方式下，换流变压器中性点直流电流注入并引起直流偏磁时，系统交、直流侧的谐波分析。

s4.1基于特高压直流输电系统电磁暂态仿真模型，仿真分析系统单极大地回线运行方式下，换流变压器中性点注入直流并引起直流偏磁时交流侧谐波畸变情况，即重复s3.1步骤。分别对整流侧/逆变侧交流母线电压进行谐波分析，得到50次以内谐波的单次电压谐波畸变率及总谐波电压畸变率，与500kv交流系统谐波限值标准进行对比，仿真结果表明单次谐波电压畸变、总的谐波电压畸变率均未超出限值标准。

s4.2基于特高压直流输电系统电磁暂态仿真模型，仿真分析系统单极大地回线运行方式下，换流变压器中性点注入直流并引起直流偏磁时直流侧谐波畸变情况，即重复s3.2步骤。仿真表明，系统各关键位置等效干扰电流结果分别为整流侧1674ma，逆变侧1880ma，均≤2500ma，满足±800kv直流输电系统直流等效干扰电流限值标准。

s5根据s3、s4仿真分析结果，综合直流偏磁抑制措施效果，提出一种直流偏磁情况下的综合谐波治理方法。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。