一种抑制谐波的特高压直流输电系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及特高压直流输电领域，尤其是涉及一种抑制谐波的特高压直流输电系统。


背景技术：

[0002]
典型高压直流输电所用换流器由晶闸管组成，为12脉动换流器结构，采用通断工作方式，因此12脉动换流器为典型非线性设备，必然产生谐波。而高压直流输电的电压等级高、输送功率大，因此所产生的注入交直流系统的谐波也很大；而如果进入交直流系统的谐波分量过大，就会对换流器本身和直流输电系统的运行等产生不良影响，如造成旋转电机和电容器的发热、干扰通信设备以及换流器控制不稳定等。
[0003]
现有特高压直流输电系统大多仅设置平波电抗器和直流滤波器，谐波抑制效果仍不明显，增加的基波阻波器滤除低频谐波，提高了系统复杂度和造价。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种抑制谐波的特高压直流输电系统。
[0005]
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]
一种抑制谐波的特高压直流输电系统，包括交流电网、电流总线、交流滤波器、变压器组、12脉动换流器、平波电抗器和直流滤波器，所述交流电网接入所述电流总线，所述交流滤波器的一端连接所述电流总线，另一端接地，所述变压器组分别连接所述电流总线和所述12脉动换流器，所述12脉动换流器的一端直接用于接入负载，另一端连接所述平波电抗器，该平波电抗器连接有第一支路和第二支路，所述第一支路用于接入负载，所述第二支路连接所述直流滤波器后接地；
[0007]
所述直流滤波器包括相互并联的第一滤波器支路和第二滤波器支路，所述第一滤波器支路的调谐频率为2次，所述第二滤波器支路的调谐频率为12次；
[0008]
所述特高压直流输电系统还包括主控制器和低压限流控制器，所述主控制器依次连接所述低压限流控制器和所述12脉动换流器，所述主控制器和低压限流控制器均连接所述负载，所述主控制器用于接收功率控制指令，输出控制极电流。
[0009]
进一步地，所述第一滤波器支路连接有第一开关，所述第一滤波器支路和第一开关的两端分别连接所述特高压直流输电系统的输电线路的直流极线和中性母线。
[0010]
进一步地，所述第二滤波器支路连接有第二开关，所述第二滤波器支路和第二开关的两端分别连接所述特高压直流输电系统的输电线路的直流极线和中性母线。
[0011]
进一步地，所述平波电抗器为干式空心型平波电抗器。
[0012]
进一步地，所述特高压直流输电系统的输电线路的直流极线和中性母线均配置有所述平波电抗器。
[0013]
进一步地，所述交流滤波器还连接有无功补偿设备。
[0014]
进一步地，所述低压限流控制器依次通过电流控制放大器和换流器触发控制器，连接所述12脉动换流器。
[0015]
进一步地，所述负载的接入线路中还设有电流测量装置，所述低压限流控制器和所述电流控制放大器的连接线路中还设有加法器，所述电流测量装置接入所述加法器。
[0016]
进一步地，所述主控制器还设有直流调制信号接口，用于接收调制信号实现直流的功率调制。
[0017]
进一步地，所述负载的接入线路中还设有逆变器，该逆变器为基于amax控制的逆变器。
[0018]
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0019]
(1)本实用新型抑制谐波的特高压直流输电系统通过在交流侧增设交流滤波器，在直流侧增设直流滤波器，通过滤波器对特高压直流输电系统的谐波进行抑制，方案经济可行，在直流侧和交流侧均设置滤波器，更加全面可靠；直流侧还增设平波电抗器，进一步地进行谐波抑制；
[0020]
另外，根据特高压直流输电系统中，随着谐波次数的增加，各次特征谐波的数值减小的特点，判断出谐波危害最大的是低次的谐波；本实用新型直流滤波器由调谐频率为2/12次的滤波器支路并联组成，12次调谐频率为了抑制换流器产生的特征谐波，降低极线的谐波电压水平，2次调谐频率为了抑制直流侧的2次谐振，能大幅降低谐波危害。
[0021]
(2)本实用新型交流滤波器附带无功补偿设备，能有效配合交流滤波器满足直流输电系统与换流器的无功交换需求。
[0022]
(3)本实用新型与12脉动换流器连接的两个换流变压器，一个为星形接线，另一个为三角形接线，从而使两个6脉动换流器的交流侧得到相位相差30
°
的换相电压，实现在30
°
的重复周期中，换流阀的交替轮流导通，安全可靠，且满足换流需求。
[0023]
(4)本实用新型控制子系统包括主控制器、低压限流控制器、电流控制放大器和换流器触发控制器，满足对直流输电系统的稳定控制需求，在负载的接入线路中增加电流测量装置，可监测负载电流变化，实现实时调整，维持系统稳定运行。
附图说明
[0024]
图1为本实用新型抑制谐波的特高压直流输电系统的结构示意图；
[0025]
图2为6脉动换流器的结构示意图；
[0026]
图3为本实用新型控制子系统的结构示意图；
[0027]
图中，1、交流电网，2、电流总线，3、第一换流变压器，4、第二换流变压器，5、第一6脉动换流器，6、第二6脉动换流器，7、交流滤波器，8、平波电抗器，9、直流滤波器，10、主控制器，11、低压限流控制器，12、加法器，13、电流控制放大器，14、换流器触发控制器，15、电流测量装置，16、逆变器。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0029]
实施例1
[0030]
本实施例提供一种抑制谐波的特高压直流输电系统，包括交流电网1、电流总线2、交流滤波器7、第一换流变压器3、第二换流变压器4、12脉动换流器、平波电抗器8和直流滤波器9，12脉动换流器包括第一6脉动换流器5和第二6脉动换流器6，交流电网1接入电流总线2，交流滤波器7的一端连接电流总线2，另一端接地，第一换流变压器3分别连接电流总线2和第一6脉动换流器5，第二换流变压器4分别连接电流总线2和第二6脉动换流器6，第一6脉动换流器5的一端连接第二6脉动换流器6，另一端连接平波电抗器8，平波电抗器8和第二6脉动换流器6分别用于连接负载的两端，直流滤波器9的一端连接平波电抗器8，另一端接地。
[0031]
特高压直流输电系统还包括控制子系统，用于对直流输电系统进行功率调制，降低谐波干扰，增强直流输电系统的稳定性。
[0032]
如图3所示，控制子系统包括依次连接的主控制器10、低压限流控制器11、电流控制放大器13和换流器触发控制器14，换流器触发控制器14连接12脉动换流器，负载的接入线路中还设有电流测量装置15，低压限流控制器11和电流控制放大器13的连接线路中还设有加法器13，电流测量装置15接入加法器13。负载的接入线路中还设有逆变器16，该逆变器16为基于amax控制的逆变器。主控制器10和低压限流控制器11均连接负载，主控制器10用于接收功率控制指令，输出控制极电流。
[0033]
在具体实施中直流输电系统主回路的主要元件有交流滤波器、无功补偿装置、换流变压器、换流阀、直流滤波器、平波电抗、直流输电线路、接地极，以及断路器、开关刀闸、避雷器。
[0034]
下面对本实施例特高压直流输电系统各部分进行详细描述。
[0035]
1、直流滤波器
[0036]
直流滤波器9包括相互并联的第一滤波器支路和第二滤波器支路，第一滤波器支路的调谐频率为2次，第二滤波器支路的调谐频率为12次。
[0037]
第一滤波器支路连接有第一开关，第一滤波器支路和第一开关的两端分别连接特高压直流输电系统的输电线路的直流极线和中性母线。
[0038]
第二滤波器支路连接有第二开关，第二滤波器支路和第二开关的两端分别连接特高压直流输电系统的输电线路的直流极线和中性母线。
[0039]
在具体实施中，直流滤波器采用了简化滤波器，由调谐频率为2/12次的滤波器支路(hp2/hp12)并联组成。组合滤波器分别通过一个开关与极线和中性母线相联。在直流滤波器中增加2次调谐频率主要是为了抑制直流侧的2次谐振，12次调谐频率主要抑制换流器产生的特征谐波，降低极线的谐波电压水平。
[0040]
2、平波电抗器
[0041]
平波电抗器8为干式空心型平波电抗器。
[0042]
特高压直流输电系统的输电线路的直流极线和中性母线均配置有平波电抗器8。
[0043]
本实施例中，干式空心型平波电抗器的电感都为300mh，采用极线和中性线的对称布置。结合换流站布置需要，每极极线和中性线侧各配置2
×
75mh。
[0044]
3、交流滤波器
[0045]
交流滤波器除了提供滤波功能外，通常在基波下还向系统提供无功功率，本实施
例交流滤波器7还连接有无功补偿设备。
[0046]
4、控制子系统
[0047]
主控制器10(mc)主要负责系统的功率控制，接收远方控制中心功率指令，计算输出给各极的极电流。在mc系统中，功率控制部分也称为ppc。除了正常运行时的功率控制，还负责直流的启动、停运、闭锁、重启动等控制功能。此外，在ppc中留有直流调制信号的接口，可接收上层的调制信号实现直流的功率调制，发挥其增强系统稳定性的作用。
[0048]
低压限流控制器11(vdcol)低压限流控制，是指某些条件下直流电压低于某一值时，自动降低电流调节器指令值，直至直流电压恢复，是直流极控系统中必不可少的关键模块，其主要作用是：
[0049]
1)降低直流功率的同时减小对交流系统的无功需求，帮助维持交流电压；
[0050]
2)避免交流系统扰动期间和扰动后功率的不稳定；
[0051]
3)帮助直流系统在交直流故障清除后进行快速且可控的恢复；
[0052]
4)避免连续换相失败引起的阀应力过大，降低对阀的危害
[0053]
5)减小阀恢复期间发生连续换相失败的可能性。
[0054]
电流控制放大器13(cca)根据直流电流指令值，实现直流输电系统的定电流控制，输出换流阀触发角。
[0055]
换流器触发控制器14(cfc)属于换流器控制级，根据不同的运行工况对cca输出的触发角进行调整和限值并计算触发脉冲时间，维持系统稳定运行。
[0056]
逆变器16定γ控制时，直流电压将正比于直流电流减小。这意味着逆变器的作用相当于负电阻。如果交流电网较弱，这个负电阻将引起稳定问题。如果逆变器能够在定α方式下运行，逆变器的电压将正比于直流电流增加。此刻的动态电阻变为正性的，电流控制的稳定性将显著改善。因此为了增加系统的稳定性，在逆变器的特性曲线中人为增加一段正斜率线段，为amax控制，再加入vdcol功能。
[0057]
4、其它部件
[0058]
第一换流变压器3的两个阀侧绕组均为星形接线。第二换流变压器4的两个阀侧绕组分别为星形接线和三角形接线。第一6脉动换流器5和第二6脉动换流器6均为三相桥式电路。第一6脉动换流器5和第二6脉动换流器6均为包括六个换流阀，换流阀包括多个晶闸管。
[0059]
如图2所示，在具体实施中，每个6脉动换流器(6p)为三相桥式电路，图2中vt1～vt6代表6个换流阀，数字1～6代表换流阀的导通顺序。每一个换流阀由一百只左右的晶闸管串联组成。u
a
、u
b
、u
c
为交流系统等值基波相电压；l
r
为每相的等值换相电感，由换流变压器漏感和交流系统等值电感组成；l
d
为平波电抗器的电感值；m和n分别为6脉动整流器的共阴极点和共阳极点；n为交流系统参考电位。
[0060]
12脉动换流器由两个6脉动换流器在直流侧串联组成，其交流侧通过换流变压器实现并联。换流变压器的阀侧绕组一个为星形接线，另一个为三角形接线，从而使两个6脉动换流器的交流侧得到相位相差30
°
的换相电压。12脉动整流器的正常运行方式，即在30
°
的重复周期中，4个换流阀和5个换流阀交替轮流导通。
[0061]
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实
验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。