关于高压直流输电中的谐波抑制

王苏娅，任雪鸿（西安铁路职业技术学院，西安 710014）

关于高压直流输电中的谐波抑制

王苏娅，任雪鸿
（西安铁路职业技术学院，西安 710014）

随着高压直流输电技术的日益成熟，其运用的范围逐渐扩大。现阶段除了用于海底电缆输电外，还经常被运用在非同步运行的交流系统中，实现对其进行联络的功能。早在1954年，瑞典诞生了全球首条高压直流输电的线路，并且发展到至今经历了近60年的历程，是电力电子技术中的一个重要应用领域。之所以远距离输电中运用高压直流输电较为常见，其主要的原因是考虑到经济方面的因素。但是需注意的是，在运用高压直流输电的过程中，很容易出现谐波电压与电流的情况，而此现象很可能对于用户或者系统本身产生一定的影响，所以谐波及其抑制是高压直流输电中的重要技术问题之一。

高压直流输电;谐波分析;调制理论

1 引言

随着经济与技术水平的不断提升，促使高电压以及大容量晶闸管的水平日益提升的背景下，其直流输电技术也上升到了一个新的高度。随着该领域的日益成熟，现已将该技术运用到海底电缆输电、远距离输电以及大功率输电等多种情况。并且与交流输电相比较来看，直流输电所具有的优势日益明显。与其相关的技术，如电力电子、微电子、计算机控制、绝缘新材料、光纤、超导、仿真以及电力系统运行、控制和规划等技术的发展，能够看出在未来阶段直流输电发展的过程中，具有较为广阔的市场前景。

对此，本文主要阐述了直流输电系统的相关内容后，在此基础上分析了直流输电过程中，产生谐波电压与电流的原因，并讨论如何抑制的相关策略。

2 直流输电系统的构成

2.1 系统构成

从系统构成的层面来分析直流输电，主要是将电能从电厂发出，并且在发出的过程中需要通过三相交流电来进行导出后，将电流转换为直流的模式。进而借助于电缆或者架空线的方式将其传输到接受点，也可理解为受电端，直流在受电端用逆变器转化成交流后，再进入接收方的交流电网，即交流整流直流逆变交流。

高压直流输电系统：主要由换流装置（即整流器和逆变器）、直流输电线路、用于抑制谐波的电力滤波器、无功补偿装置、换流变压器、直流电抗器以及相应的过流过压保护装置、控制装置等构成。

2.2 高压直流输电的分类

直流输电按输电的极数种类较多，可以将其分为单极、双极、多端直流输电等多种类型。而通过对当前的直流输电技术的实际情况来分析，能够看出只有很少的运用了多端直流输电，但也只限于放射式。而当前主流的的线路为双极，在双极线路中包含正与负两根导线。在正常运行的情况下，该线路中的电流处于相等的情况，并且正极与负极之间并不相互影响。

单极高压直流输电又分为一线一地和单极两线的方式，一线一地是采用一根负极性的导线，而由大地或水提供回路。出于对造价的考虑，常采用这类系统。在大地电路率过高、或者不允许对地下金属结构产生干扰的情况下，便可用单极金属回线方式代替大地回线。

直流多回输电分为线路多回输电方式和换流器并联方式的多回线输电。线路并联多回输电方式每极线都采用多回输电线路，可提高输电的容量、输电的可靠性及可用率。

多端直流输电分为并联多端直流输电方式和串联多端直流输电方式。

3 直流高压输电中的谐波

3.1 谐波产生

关于谐波，主要是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。在换流站当中，在对整流与逆变的过程进行分析后，能够看出其直流在传输时的波形并不是一直不变的，仔细研究能够看出是脉动电流。除此之外，在直流高压输电的过程中进行换相的操作并不能达到理想的预期目标，导致输出电流出现一定的变化，而以上原因便是产生谐波的主要因素。

由电力电子器件组成，具有将交流电变为直流电或将直流电变为交流电的设备统称为换流装置，或称为换流器。其中，在发电端，换流器完成交流到直流的电能变换过程，工作于整流状态，称为整流器；在受电端，换流器完成直流到交流的电能变换过程时，处于逆变状态，此时的换流器又称为逆变器。

现阶段较为主流的基本换流单元主要包含6脉动与12脉动两种类型的换流单元。

而从换流器的层面来分析，主要是借助于三相桥式全控换流电路作为最基本单元由于该电路的直流侧整流电压在一个工频周期中具有6个波头，所以三相桥式全控换流电路又称为6脉动换流器。其中交流侧产生6K±1次的特性谐波，而直流侧所产生的是6K次特征胁逼。对此，需要在不同的交流侧与直流侧当中，需要配备不同类型的滤波器。而在有两个6脉动换流器串联的方式下，那么其交流侧与直流侧分别对应的是12K±1次和12K次的特征谐波，因此需要根据直流与交流的方式来配备不同的滤波器。采用串联的方式，不但能够对滤波器装置进行简化，并且在成本与占地面积方面都具有一定的优势。

在直流高压输电系统当中，能够看出换流器在工作的过程中，其直流侧采用的是谐波电压源，而交流侧则采用的是谐波电流源。因此很容易出现电压畸变的情况，最终对于谐波产生较大的影响。并且在换流站交流母线电压出现严重畸变的情况下，必然会干扰到邻近通信线路。

3.2 谐波的抑制

为了避免直流高压输电过程中所出现的谐波电流或电压产生的负面影响，那么就需要制定相关对策来对其进行解决。

可通过对对换流装置当中的脉动数进行增加，进而能够实现对谐波组成成分的降低，最终实现对最低次特征谐波的次数进行有效的提升，以达到降低特征谐波含量的目标。现阶段主流方式有借助于两组6脉动换流器串联的方式，来构成滤波装置。并且绝大多数情况下，滤波装置与换流变压器交流侧想并联，意味着仅有少数能够与换流变压器的第三绕组进行连接。所有滤波器在工频频率下呈容性阻抗，还可兼作无功补偿之用。

[1]王建辉,顾树生.自动控制原理[J].北京:清华大学出版社，2005.

[2]戴熙杰主编.直流输电基础[M].北京:水利电力出版社,1990.

[3]韩明晓,文俊,徐永海.高压直流输电原理与运行[J].北京:机械工业出版社.

王苏娅（1980-），陕西咸阳人，女，硕士，助教，主要从机电一体化教学工作。