CN109980671A - 多端直流输电直流滤波器的设计方法 - Google Patents

多端直流输电直流滤波器的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了多端直流输电直流滤波器的设计方法，包括：根据直流线路拓扑图确定换流站的基本信息；根据基本信息计算每个换流站单独作用下的单一等效干扰电流；根据单一等效干扰电流得到最恶劣状态下的等效干扰电流；根据最恶劣状态下的等效干扰电流设计直流滤波器的最终参数。本发明通过对直流滤波器的设计可以有效的抑制LCC‑MTDC输电工程中各段直流极线中的等效干扰电流。

Description

多端直流输电直流滤波器的设计方法
技术领域
本发明涉及直流输电技术领域，尤其是涉及多端直流输电直流滤波器的设计方法。
背景技术
我国一次能源与负荷需求具有逆向分布的特点，并且随着经济发展，社会用电量不断提高。高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电技术是大容量、远距离输电的重要手段，在实现大范围能源的经济合理调配方面起了重要作用。2端直流输电能够实现点对点的直流功率传送，在2端直流输电的基础上产生了可以实现多电源供电、多落点受电的多端直流(Multi-terminal DC,MTDC)输电以及更进一步的直流电网。多端直流输电系统能够实现多个电源区域向多个负荷中心供电的输电需求，比采用多个2端HVDC系统更加经济，可充分发挥直流输电的经济性和灵活性。
目前，高压及特高压直流输电工程中主要使用基于电网换相换流器(linecommuted converter，LCC)的HVDC技术。其中2端LCC-HVDC技术已经相当成熟。基于LCC的多端直流输电(LCC-MTDC)工程应用较少，仍有许多问题值得研究。
LCC在换流过程中会在直流侧产生谐波。谐波会对直流系统设备、临近线路的通信线路产生损害，并会通过换流器渗透到交流系统。对于以上危害，尤其是对通信系统产生的危害，需要在具有架空线路的直流工程中配置直流滤波器。我国现有直流工程均以直流架空线路等效干扰电流作为直流滤波器设计中控制谐波电流的衡量指标。
现有技术中缺少对LCC-MTDC系统直流滤波器的配置方法的研究，不利于抑制直流侧的谐波影响，因此是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供多端直流输电直流滤波器的设计方法，通过对直流滤波器的设计可以有效的抑制LCC-MTDC输电工程中各段直流极线中的等效干扰电流。
第一方面，本发明实施例提供了多端直流输电直流滤波器的设计方法，包括：
根据直流线路拓扑图确定换流站的基本信息；
根据所述基本信息计算每个换流站单独作用下的单一等效干扰电流；
根据所述单一等效干扰电流得到最恶劣状态下的等效干扰电流；
根据所述最恶劣状态下的等效干扰电流设计直流滤波器的最终参数。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据所述单一等效干扰电流得到最恶劣状态下的等效干扰电流包括：
选定一组所述直流滤波器的第一参数；
根据所述第一参数计算所述直流滤波器的第二参数；
将所述第一参数和所述第二参数代入仿真计算得到所述单一等效干扰电流；
将所述单一等效干扰电流进行方均根计算得到所述最恶劣状态下的等效干扰电流。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述根据所述最恶劣状态下的等效干扰电流设计直流滤波器的最终参数包括：
判断所述最恶劣状态下的等效干扰电流是否超过直流谐波水平限制值。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：
如果超过所述限制值，则重新选定所述第一参数进行仿真测试直至所述最恶劣状态下的等效干扰电流小于所述直流谐波水平限制值。
本发明提供了多端直流输电直流滤波器的设计方法，包括：根据直流线路拓扑图确定换流站的基本信息；根据基本信息计算每个换流站单独作用下的单一等效干扰电流；根据单一等效干扰电流得到最恶劣状态下的等效干扰电流；根据最恶劣状态下的等效干扰电流设计直流滤波器的最终参数。本发明通过对直流滤波器的设计可以有效的抑制LCC-MTDC输电工程中各段直流极线中的等效干扰电流。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的多端直流输电直流滤波器的设计方法流程图；
图2为本发明实施例提供的三端直流输电系统拓扑图；
图3为本发明实施例提供的直流极线电流波形图；
图4为本发明实施例提供的逆变站2端口电压图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中缺少对LCC-MTDC系统直流滤波器的配置方法的研究，不利于抑制直流侧的谐波影响，因此是亟待解决的问题。基于此，本发明实施例提供的多端直流输电直流滤波器的设计方法，通过对直流滤波器的设计可以有效的抑制LCC-MTDC输电工程中各段直流极线中的等效干扰电流。
实施例一：
参照图1，多端直流输电直流滤波器的设计方法包括：
步骤S101，根据直流线路拓扑图确定换流站的基本信息；
步骤S102，根据基本信息计算每个换流站单独作用下的单一等效干扰电流；
步骤S103，根据单一等效干扰电流得到最恶劣状态下的等效干扰电流；
步骤S104，根据最恶劣状态下的等效干扰电流设计直流滤波器的最终参数。
根据本发明的示例性实施例，根据单一等效干扰电流得到最恶劣状态下的等效干扰电流包括：
选定一组直流滤波器的第一参数；
根据第一参数计算直流滤波器的第二参数；
将第一参数和第二参数代入仿真计算得到单一等效干扰电流；
将单一等效干扰电流进行方均根计算得到最恶劣状态下的等效干扰电流。
根据本发明的示例性实施例，根据最恶劣状态下的等效干扰电流设计直流滤波器的最终参数包括：
判断最恶劣状态下的等效干扰电流是否超过直流谐波水平限制值。
根据本发明的示例性实施例，还包括：
如果超过限制值，则重新选定第一参数进行仿真测试直至最恶劣状态下的等效干扰电流小于直流谐波水平限制值。
具体地，评价直流架空线路对通信系统的影响，直流输电工程一般把沿线各谐波电流用具有相同影响的等效800Hz干扰电流作为限制直流谐波水平的标准，即对直流架空线路上分布的最大等效干扰电流值做出限制。
首先计算每个换流站单独作用下的等效干扰电流，各等效干扰电流取方均根，得到最恶劣状态下的等效干扰电流表达式。在选择各站直流滤波器参数时，只需考虑抑制本站注入直流网络的谐波电流，即可有效抑制Ieq(x)。确定直流滤波器参数和方案是一个反复的过程。首先选定一组直流滤波器参数，然后结合仿真计算及技术、经济因素，反复调整参数，保证各种运行工况下直流架空线路的等效干扰电流均在限制值以下。
在选择各站直流滤波器参数时，只需考虑抑制本站注入直流网络的谐波电流，即可有效抑制Ieq(x)。确定直流滤波器参数和方案是一个反复的过程。首先选定一组直流滤波器参数，然后结合仿真计算及技术、经济因素，反复调整参数，保证各种运行工况下直流架空线路的等效干扰电流均在限制值以下。
实施例二：
为了验证上述直流滤波器设计的有效性，在三峡—常州HVDC工程数据的基础上进行改造得到如图2所示的3端直流输电系统，基于该测试系统，利用PSCAD/EMTDC对本实施例提出的直流滤波器设计方案进行验证。其中，整流站1和逆变站1为定电流控制，逆变站2定电压控制，直流系统额定电压500kV，各换流站单极输送额定功率1500MW，直流极线及接地极线参数如表1～表3所示(即基础信息)。
表1直流极线参数
表2接地极线参数(整流站1)
表3接地极线参数(逆变站1、2)
12脉动换流器直流侧特征谐波为12k(k＝1,2,…)次，每站选择两组双调谐滤波器，调谐次数分别为12/24和12/36次。根据滤波器参数的计算方法，选定12/24双调谐滤波器电容为C1＝2μF、C2＝9.074μF和12/36双调谐滤波器电容C1＝2μF、C2＝3.752μF，可以求得其它滤波器参数，结果如表4所示。
表4直流滤波器参数
12/24 12/36
C<sub>1</sub>/μF 2 2
L<sub>1</sub>/mL 0.01171 0.00646
C<sub>2</sub>/μF 9.047 3.752
L<sub>2</sub>/mL 0.00584 0.01135
仿真的电压电流波形如图3和图4所示，i1、i2分别为直流极线1、直流极线2的出口电流，Ud3为逆变站2的端口电压。各段线路的等效干扰电流如表5所示。结果显示不投入直流滤波器时等效干扰电流超标，投入直流滤波器后等效干扰电流被有效的抑制到了限制范围内，说明可以使用该方法设计LCC-MTDC直流滤波器。
表5等效干扰电流
直流极线1 直流极线2
不投入直流滤波器 5493mA 6220mA
投入直流滤波器 514mA 543mA
本发明提供了多端直流输电直流滤波器的设计方法，包括：根据直流线路拓扑图确定换流站的基本信息；根据基本信息计算每个换流站单独作用下的单一等效干扰电流；根据单一等效干扰电流得到最恶劣状态下的等效干扰电流；根据最恶劣状态下的等效干扰电流设计直流滤波器的最终参数。本发明通过对直流滤波器的设计可以有效的抑制LCC-MTDC输电工程中各段直流极线中的等效干扰电流。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种多端直流输电直流滤波器的设计方法，其特征在于，包括：
根据直流线路拓扑图确定换流站的基本信息；
根据所述基本信息计算每个换流站单独作用下的单一等效干扰电流；
根据所述单一等效干扰电流得到最恶劣状态下的等效干扰电流；
根据所述最恶劣状态下的等效干扰电流设计直流滤波器的最终参数。
2.根据权利要求1所述的多端直流输电直流滤波器的设计方法，其特征在于，所述根据所述单一等效干扰电流得到最恶劣状态下的等效干扰电流包括：
选定一组所述直流滤波器的第一参数；
根据所述第一参数计算所述直流滤波器的第二参数；
将所述第一参数和所述第二参数代入仿真计算得到所述单一等效干扰电流；
将所述单一等效干扰电流进行方均根计算得到所述最恶劣状态下的等效干扰电流。
3.根据权利要求2所述的多端直流输电直流滤波器的设计方法，其特征在于，所述根据所述最恶劣状态下的等效干扰电流设计直流滤波器的最终参数包括：
判断所述最恶劣状态下的等效干扰电流是否超过直流谐波水平限制值。
4.根据权利要求3所述的多端直流输电直流滤波器的设计方法，其特征在于，还包括：
如果超过所述限制值，则重新选定所述第一参数进行仿真测试直至所述最恶劣状态下的等效干扰电流小于所述直流谐波水平限制值。
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