±800kV特高压直流输电工程交流滤波器优化设计

程波

摘要

在现代生活中，电力供应发挥着重要的作用。特高压直流输电工程作为一种新型的电力输送网络，更为人们所关注。随着特高压直流输电工程实际应用工作的展开，其暴露出一定的问题和不足。交流滤波器作为特高压直流输电工程中的重要组成部分，其相关研究发展受到了人们的广泛重视。在本文中，我们通过分析±800kV特高压直流输电工程的工作特点和其中交流滤波器的发展现状，对交流滤波器的设计因素进行了研究。同时，我们结合技术特点，对特高压直流输电工程交流滤波器的设备设计和技术优化设计进行了研究探讨。这些研究对特高壓直流输电工程的建设发展和交流滤波器的设计应用有着重要的意义，有很好的现实价值。

【关键词】特高压 直流输电 交流滤波器

1 特高压直流输电工程交流滤波器发展现状

目前，已经有部分特高压直流输电工程投入了实际使用中，并获得了相关的实践经验。通过分析现有资料，我们可以对特高压直流输电工程中的交流滤波器发展现状进行总结探讨。

1.1 特高压直流输电工程简介

特高压直流电输电是指电压在±800KV或±750KV及以上电压等级的直流输电及相关技术。在电力应用的初期阶段，直流电一直是人们输送和使用的主体。随着电力设备的推广，人们对于建设大范围电力供应网络的需求越来越高。直流电由于电压提升困难，很难实现长距离的低消耗传输，逐渐被交流电所取代。一直到特高压直流电相关技术发展成熟后，建设直流输电系统的工作才重新开展。

与交流电输电网络相比，特高压直流输电系统输送容量大，输电距离远，电压高。同时，特高压直流输电系统可用于电力系统的非同步联网，进一步拓展了其应用灵活性。另外，直流输电所需要的耗材等也相比直流电有了很大的降低。因此，特高压直流输电系统更加适用于超远距离的电力传输。

在应用中，特高压直流输电工程在与交流电网联网的过程中，其换流器会向电网中注入大量的谐波。如果不对这些谐波进行抑制，会严重影响到整个供电网络的安全稳定。特高压直流输电工程中一般都建设有交流滤波器，用于抑制电网中的谐波。因此，交流滤波器的性能对于特高压直流输电工程的工作状况会产生很严重的影响。

1.2 特高压直流输电工程中的交流滤波器

特高压直流输电工程要实现与电网的非同步联网，需要换流站的支持。换流站是高压直流输电的一种特殊方式，将高压直流输电的整流站和逆变站合并在一个换流站内，在同一处完成将换流站交流变直流，再由直流变交流的换流过程，其整流和逆变的结构、交流侧的设施与高压直流输电完全一样，具有常规高压直流输电的最基本的优点，可实现异步联网，较好地实现不同交流电压的电网互联。

交流滤波器是现代高压换流站的重要组成部分。在工作过程中，交流滤波器的作用主要有两点：

（1）对直流换流器消耗的无功功率进行补偿;

（2）滤除或者减少在换流的过程中产生的谐波。

经过多年的发展，交流滤波器的设计应用已经比较成熟。交流滤波器主要分为无源滤波器、有源滤波器和连续调谐滤波器三种。目前广泛使用的滤波器是无源滤波器，主要分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和两阶高通滤波器三类。其中，双调谐滤波器正在成为应用的主流。

有源滤波器的工作方式相比无源滤波器略显复杂，其中包括磁通补偿、谐波注入等多种工作方式。因此，有源滤波器的应用尚待进一步的开发。

连续调谐滤波器是在无源滤波器的工作基础上设计的，利用控制信号对电抗器的电感量进行连续的调节，从而使滤波器处于理想的调谐状态。

2 特高压直流输电工程交流滤波器设计因素分析

交流滤波器对于特高压直流输电工程的非同步联网有着重要的意义。因此，要实现特高压直流输电工程的安全稳定工作，需要对现有的交流滤波器进行重新优化设计。在此之前，我们需要先对交流滤波器的设计因素进行分析。

2.1 交流滤波器设计环境因素分析

交流滤波器的设计因素主要可以分为设计环境因素和设计技术因素两部分。其中，设计环境因素主要包括交流滤波器的工作条件和交流滤波器交流电网的工作现状等。工作条件因素主要是指工作地点的温度、湿度等。考虑到电磁场也会对电器工作产生比较大的影响，该类因素在设计的过程中也不容忽略。

交流电网的工作现状也是交流滤波器设计要考虑的一项重要因素。在工作过程中，交流电网会产生一定量的电压偏差、频率偏差等，会对交流滤波器的稳定工作产生比较大的影响。同时，交流电网中的系统谐波阻抗、负序电压等也会影响到交流滤波器的工作性能，在设计过程中也需要被认真考虑分析。

2.2 交流滤波器设计技术因素分析

交流滤波器的设计技术因素主要包括滤波器的容量、谐波限制水平和控制方法三种。在实际应用中，交流滤波器一般采用了多组共同工作的方式。因此，滤波器的容量要同时考虑到单组的容量和滤波器总体的容量。容量值的确定则由换流站的工作性能决定，包括换流站的无功平衡能力、换流母线电压允许的偏移量等。

谐波限制水平是决定交流滤波器工作性能的重要指标。根据相关技术资料分析，谐波限值水平的指标可以被分为换流母线处的总谐波畸变率、单次谐波电流含有率等。

控制方式是指交流滤波器及相关组件采用的工作模式信息。在具体应用中，交流滤波器一般通过电压的控制来实现对谐波的抑制。因此，定直流电压控制以及相关的无功功率调节等被认为是重要的研究内容。

3 特高压直流输电工程交流滤波器设备设计

在完成了对交流滤波器的设计因素的分析后，我们即可根据实际情况，对交流滤波器进行优化设计工作。设计工作主要包括交流滤波器的设备设计和技术设计两部分。而设备设计则主要是从优化设计思路方面进行交流滤波器的型式选择。

3.1 交流滤波器的优化设计思路

特高压直流输电工程的优化设计思路主要包括四个步骤：

（1）根据交流滤波器的工作地点等因素共同决定，合理选择交流滤波器的型式等，从而为后续设计打下基础;

（2）通过仿真实验以及测量等，确定交流滤波器的工作性能。如果发现性能不符合技术要求，则重新选择滤波器的型式;

（3）对滤波器的建设使用成本等进行计算，并根据滤波器的实际工作性能，判断设计是否达到优化的目标;

（4）根据最终的设计方案确定滤波器的元件暂态额定值，并展开实际建设和测试工作。

3.2 交流滤波器的选择

目前，交流滤波器的发展已经比较全面，可以满足人们在多种情况下的需求。在直流输电工程中，交流滤波器最主要的工作是实现对谐波的消除。因此，人们一般选择调谐高通型滤波器作为直流输电工程交流滤波器的主体，如图1所示。

调谐高通型滤波器又可以分为单调谐、双调谐和三调谐三类。每一类的工作性能特点各有不同。具体的选择方案则要根据换流站的实际需求和当地的工作条件共同决定。而目前来说，绝大部分的特高压直流输电工程都采用了双调谐高通型滤波器。

4 特高压直流输电工程交流滤波器技术设计

交流滤波器的技术设计主要包括交流滤波器容量的设计确定和约束条件两部分内容。本文通过分析资料，对两方面内容进行了总结。

4.1 交流滤波器容量的设计确定

交流滤波器的容量设计确定是实现其功能优化的重要基础。根据现有资料分析，在总体容量确定的情况下，如果采用单组容量比较大的交流滤波器，可以有效减少交流滤波器的建设使用成本。但在换流母线的电压偏差控制方面的效果也会越差。同时，也会对直流输电工程的无功平衡产生比较大的影响。因此，交流滤波器容量的设计确定要合理选择滤波器的单组容量和总体容量。

4.2 交流滤波器约束条件分析

交流滤波器的约束条件主要包括谐波限制水平约束条件和高压电容约束条件，是实现交流滤波器优化设计的重要步骤。在谐波限制水平约束条件中，一般要综合考虑谐波限制水平的众多技术指标，例如换流母线处的谐波电压畸变率等，使其能够满足技术方面的需求。

高压电容是交流滤波器建设使用中的成本大头，对于滤波器的优化设计有很大的影响。通过前文分析，我们认为高压电容器的容量选择要根据實际情况进行合理判断，不宜选择过大容量的电容器，以免增加使用成本。

5 结束语

特高压直流输电工程将在未来生活中扮演重要的角色。为了推动特高压直流输电工程的发展，本文通过分析该工程的技术特点和发展状况，对其中的交流滤波器的优化设计工作进行了深入的研究探讨。这些研究对特高压直流输电工程的应用发展有很好的帮助。

参考文献

[1]舒印彪，刘泽洪，高理迎等，±800kV6400MW特高压直流输电工程设计[J].电网技术，2006.

[2]殷威扬，杨志栋.特高压直流无功平衡和补偿策略[J].高电压技术，2006.

[3]赵碗君，谢国恩，曾南超等.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.