CN102130460A - 基于ccc的高压直流输电无功谐波控制实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于CCC的高压直流输电无功谐波控制实现方法，该方法采用自调谐式双调谐滤波器，其中其高压可变电容器由多组小数值电容串并联组成，通过短接其中的一组或多组串并联支路而实现等效电容数值的改变；高压可变电抗器为正交铁心可控电抗器，通过调节控制绕组中的电流，可实现可变电抗器等效电感数值的改变。当投入滤波器时，调节高压可变电容器和高压可变电抗器，使其数值分别取最小和最大；当满足一定条件时，调节高压可变电容器和高压可变电抗器，使其数值分别为最大和最小。本发明能够实现无功补偿和谐波抑制的协调控制，解决了基于CCC的高压直流输电由于投切滤波器而引起的换流母线电压波动过大的问题。

Description

基于CCC的高压直流输电无功谐波控制实现方法

技术领域

本发明涉及基于CCC的高压直流输电无功谐波控制实现方法。

背景技术

基于电容换相换流器(CCC)的高压直流输电一次系统主接线如图1所示，采用2个常规6脉动换流器经串联电容器和接线组别相差30°的换流变压器接入交流系统，并联自调谐滤波器以实现交流滤波和无功补偿。

目前，常规高压直流输电多采用双调谐型滤波器，如11/13、23/25，以抑制换流器产生的最大数值的低次特征谐波。交流滤波器由于由电容器等设备组成，因此在抑制谐波的同时还兼具无功补偿的作用，以满足换流器容性无功的需求。

由于基于CCC的高压直流输电在换流变压器低压侧每相中串联电容器，其产生的容性无功能够部分满足换流器容性无功的需求，因此CCC的无功总需求量远小于常规换流器，使CCC的无功补偿需求容量很小。

此外，随着直流传输功率的增加，一般而言直流电流成比例加大，常规换流器的吸收无功相应变大，需要投入更多的无功补偿装置。而CCC的串联电容器产生的无功随直流电流成比例加大，使CCC的总无功需求量随直流功率的增加仅有较小的加大。

然而，CCC产生的谐波随直流功率的加大而增加。

因此，CCC如果仍然沿用常规换流器的无功和谐波控制策略，即随着直流功率的增加，逐组投入滤波器；随着直流功率的减小，逐组退出滤波器，则势必导致谐波虽然满足要求，但是换流母线电压波动过大，且波动频繁，甚至可能危及换流母线上其他设备的安全运行和使用寿命。如果不随直流功率改变而投退滤波器，换流器产生的谐波将超标，严重时可能引起交流系统乃至直流输电系统自身的谐波不稳定，威胁交/直流系统的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CCC的高压直流输电无功谐波控制实现方法，该方法能够实现无功补偿和谐波抑制的协调控制，解决基于CCC的高压直流输电由于投退滤波器而引起的换流母线电压波动过大的问题。

本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)按照CCC的额定容量设计双调谐滤波器，其中低压电容器和低压电抗器数值固定，而高压设备则为数值可调的可变电容器和可变电抗器。

(2)高压可变电容器由多组小数值电容串并联组成，可通过短接其中的一组或多组串并联支路而实现等效电容数值的改变，如图2所示。

(3)高压可变电抗器为正交铁心可控电抗器，它由两个相同形状的U型铁心旋转90°构成，每个U型铁心上分别绕有一组绕组，见图3。通过调节其中一组绕组(称为控制绕组)中的电流，改变两个U型铁心交接处的磁饱和程度，从而实现可变电抗器等效电感数值的改变。

(4)当换流母线总谐波电压畸变率超过某一门槛值THD_{U_on}时，投入一组滤波器，此时滤波器的高压可变电容器的电容最小，而高压可变电抗器的电感最大，从而使滤波能力提高，同时无功补偿容量增加不多。

(5)当换流器从交流系统吸收的无功功率超过某一门槛值Q_{ex_on}时，调节可变电容器和可变电抗器，使其电容最大，而电感最小，从而在不改变滤波能力的同时，增大无功补偿容量。

(6)当换流器从交流系统吸收的无功功率小于某一门槛值Q_{ex_off}时，退出一组滤波器，使直流输电注入交流系统的无功减小，有利于换流母线电压的回落。

(7)通常，THD_{U_on}和Q_{ex_on}为正值，Q_{ex_off}为负值或零。

(8)当出现投入和退出滤波器的条件同时满足时(如控制系统出现故障时)，选择退出滤波器，以防止换流母线电压过高。

这样，直流功率发生变化时，控制系统动态地投切滤波器，并辅之与动态调节滤波器参数，使直流输电的谐波满足要求，同时无功保持动态平衡，因此换流母线电压不至于波动过大。

附图说明

图1为基于CCC的高压直流输电一次系统示意图。图中，C为串联电容；T1、T2为换流变压器；ATF为自调谐滤波器；6p为6脉动换流器。

图2为自调谐式双调谐滤波器原理图。其中，C1为高压可变电容器；L1为高压可变电抗器；C2、L2分别为低压电容器和低压电抗器；R为阻尼电阻器。

图3为正交铁心可控电抗器结构图。图中，N1、N2分别为两个绕组的匝数；i1、i2为两个绕组的电流；U1、U2为两个绕组的端口电压。

具体实施方式

以下根据附图对本发明作进一步说明：为了实现基于CCC的高压直流输电无功谐波控制，本发明需要包括换流母线电压及谐波的测量，换流器与交流系统无功交换的测量，以及自调谐滤波器和其高压可变电容器、高压可变电抗器的控制方法。

(1)换流母线电压及谐波的测量。采用电压互感器及数字电压测量仪测量换流母线(见图1中B)三相的1～50次电压分量有效值，其中1次电压分量即为基波电压；

(2)计算换流母线总谐波电压畸变率，计算公式见式(1)。式中，THD_U为换流母线总谐波电压畸变率；U₁、U_h分别为换流母线基波及第h次谐波电压有效值。

${\mathrm{THD}}_U=\frac{\sqrt{\underset{h=2}{\overset{50}{\mathrm{\Σ}}}{U}_h^2}}{U_1}---\left(1\right)$

(3)换流器与交流系统无功交换的测量。规定CCC从交流系统吸收无功为正方向，如图1所示。利用无功功率表测量CCC吸收的无功功率。

(4)自调谐滤波器投退控制方法，包含投入和退出一组自调谐滤波器两种情况，具体控制方法如下：

(a)根据直流输电功能规范书的要求确定换流母线总谐波电压畸变率，取该值的0.9倍作为门槛值THD_{U_on}；

(b)根据直流输电功能规范书的要求确定换流站允许吸收无功和允许送出无功(一般为负值或零)。取允许吸收无功的0.7倍作为门槛值Q_{ex_on}，同时取允许送出无功的0.7倍作为门槛值Q_{ex_off}(一般为负值或零)；

(c)投入一组自调谐滤波器控制方法：由式(1)计算的换流母线总谐波电压畸变率超过THD_{U_on}时，判断是否有未投入的滤波器，且滤波器是否处于备用投入状态，以及是否满足滤波器退出的条件(即直流输电从交流系统吸收的无功功率小于Q_{ex_off})。如果有处于备用状态的未投入滤波器，且不满足滤波器退出的条件，则投入一组滤波器；反之，不投入滤波器；

(d)退出一组自调谐滤波器控制方法：直流输电从交流系统吸收的无功功率小于Q_{ex_off}时，将最早投运的滤波器退出运行。

(5)高压可变电容器及可变电抗器的控制方法。

(a)自调谐滤波器的高压可变电容器具有两个数值，即最小值C_1min和最大值C_1max，通过短接部分小电容串并联支路而得以实现数值的改变，见图2；

(b)自调谐滤波器的高压可变电抗器同样具有最小值L_1min和最大值L_1max，通过调节正交铁心可控电抗器的控制绕组电流而实现数值的变化，如图2所示；

(c)高压可变电容器及电抗器参数满足式(2)的关系，式中f₀₁、f₀₂分别为自调谐滤波器的两个调谐频率；

$\frac{1}{\sqrt{C_{1\min }\·L_{1\max }}}=\frac{1}{\sqrt{C_{1\max }\·L_{1\min }}}=2\mathrm{\π}\sqrt{f_{01}\·f_{02}}---\left(2\right)$

(d)刚投运的自调谐滤波器，其高压可变电容器取C_1min，而高压可变电抗器为L_1max，从而实现对指定的2次特征谐波f₀₁和f₀₂进行滤除，同时增加的无功补偿容量并不多，不至引起换流母线电压过高。

(e)当CCC从交流系统吸收的无功功率超过门槛值Q_{ex_on}时，高压可变电容器取C_1max，而高压可变电抗器取L_1min，从而在不改变滤波能力的同时，增大无功补偿容量。

Claims (5)

1.一种基于CCC的高压直流输电无功谐波控制实现方法，其特征在于：滤波器为自调谐式双调谐滤波器，当投入和退出该滤波器时，同时配合改变组成滤波器的高压可变电容器和高压可变电抗器，使换流母线谐波满足要求的同时母线电压波动大为减小。

2.根据权利要求1所述的基于CCC的高压直流输电无功谐波控制实现方法，其特征是：自调谐式双调谐滤波器的高压可变电容器由多组小数值电容串并联组成，通过短接其中的一组或多组串并联支路而实现等效电容数值的改变。

3.根据权利要求1所述的基于CCC的高压直流输电无功谐波控制实现方法，其特征是：自调谐式双调谐滤波器的高压可变电抗器为正交铁心可控电抗器，通过调节控制绕组中的电流，可实现可变电抗器等效电感数值的改变。

4.根据权利要求1所述的基于CCC的高压直流输电无功谐波控制实现方法，其特征是：当换流母线总谐波电压畸变率超过设定的门槛值时，投入一组滤波器，此时滤波器的高压可变电容器的电容最小，而高压可变电抗器的电感最大。

5.根据权利要求1所述的基于CCC的高压直流输电无功谐波控制实现方法，其特征是：当换流器从交流系统吸收的无功功率超过设定的门槛值时，调节可变电容器和可变电抗器，使其电容最大，而电感最小。

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