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摘要：本文研究目的是对HVDC系统中交流侧谐波进行抑制。研究了有源滤波器的原理；分析了的ip-iq谐波检测法；提出可以用于高压、大容量系统的混合注入式有源滤波器，并分析了其拓扑结构和运行原理；并使用Matlab完成相应的仿真对比，验证了分析结果：采用混合注入式有源滤波器比只采用PF时滤波效果有明显改善。本文的研究成果在为混合注入式有源滤波器在HVDC工程中的设计与应用提供相应帮助，还可对电能质量的提高，尤其是改善谐波畸变率方面，对电力生产部门有一定的参考价值。
关键词：高压直流输电；谐波；电力滤波器；混合注入式有源电力滤波器
0 引言
HVDC系统相对交流输电系统的诸多优点，使得其在国内外应用越来越多。换流器在过程中产生的电压、电流波形不是理想的正弦波，而是脉动形，所以会产生大量谐波。由于HVDC系统送电容量大，产生的谐波含量多，所以谐波问题是HVDC系统中的重要技术问题，HVDC工程中所采用谐波抑制技术及其解决方案是否有效，直接决定了高压直流输电工程的应用。
1 HVDC中的谐波及其抑制方法
HVDC系统相对交流输电系统的诸多优点，使得其在国内外应用越来越多。换流器在过程中产生的电压、电流波形不是理想的正弦波，而是脉动形，所以会产生大量谐波。由于HVDC系统送电容量大，产生的谐波含量多，所以谐波问题是HVDC系统中的重要技术问题，HVDC工程中所采用谐波抑制技术及其解决方案是否有效，直接决定了高压直流输电工程的应用。
当前，对谐波抑制主要从两个角度考虑：在电网中建立针对谐波呈现低阻抗、对基波呈现高阻抗的通道，将谐波引出电网；向电网中注入与谐波电流幅值相等、极性相反的电流，通过两种电流的抵消，达到抑制的目的，即采用有源滤波器的方式。
交流侧无源滤波装置是HVDC系统的重要组成部分之一，当前常用的接入方法就是在换流变压器的交流侧母线上并联多组无源滤波器（PF），在相应的频率附近表现出低阻特性，构成短路通路，迫使相应频率的谐波电流流入滤波器组，从而减少流入交流系统的电流谐波。无源滤波器组除了进行谐波抑制，还有一个功能就是补偿换流器所吸收的无功功率。
2 有源滤波器原理
有源滤波器（APF）从理论到实际应用阶段，是在基于瞬时无功理论的谐波检测方法被提出之后，而且其应用的发展极为迅速。伴随着大容量高电压高频率的电力电子器件的出现，APF也在高压电力系统中开展了广泛的应用。
2.1有源滤波器原理
从APF的结构上来说，分为检测、控制、主电路三部分：指令运算电路中的检测出电流中的谐波，经过计算得出补偿信号，将其发送给电流跟踪控制电路，再经过一系列的比较、调整，产生控制主电路的控制脉冲，最后由主电路产生补偿电流，注入电网，与谐波电流相抵消，达到抑制谐波的目的，其原理的基本过程如图1所示。
混合注入式有源滤波器分为无源部分、注入支路及有源部分三部分组成。无源部分使用的是双调谐滤波器，调谐在HVDC工程的特征谐波频率上，一般为12±1、24±1次等频率上，还可以配备高通滤波器，用以滤除高次非特征谐波。注入支路及有源部分采用串联谐振支路与APF组合，通过电感与电容组合构成单调谐回路，调谐在某次谐波的频率上，对电网中某次谐波形成低阻抗通路，用以滤除此次谐波；其电容由两组电容串联而成，下端电容C1与电感L1调谐在基波频率上，由此构成的单调谐回路对基波形成低阻抗通路，对其他次电流波形呈现高阻抗，所以强迫其流入电网，加在其上的基波电压就不会太高，而由上部电容C2承担几乎全部的基波电压，将APF与下部单调谐回路并联，再与上部电容串联，与电网并联接入。上部电容C2还可以对电网的无功进行补偿。在APF出口处串联有由电感L0、电容C0组成的高通滤波器，以滤除高频毛刺；逆变器采用使用PMW技术的IGBT元件，其直流侧有大电容C，并由整流电路向其提供所需直流侧电压；为了方便实现APF检修退出运行时，不会大幅削弱滤波器的性能，采用耦合变压器来实现有源部分与无源部分的电气隔离。
系统注入支路中，由于C1和L1构成基波谐振支路，加载在有源部分的基波电压几乎为零，这使得装置有源部分主回路中电力电子器件的耐压水平及输出容量可设计得较小。一般滤波器可以通过交流侧与电网交换基波有功功率来维持直流侧的电容电压，但在HAPFIC中，由于基波谐振支路的存在，就不能与从电网中得到有功功率来维持电容电压，所以常常采用单独的不可控整流电路，向电容充电，即加载一个固定的直流电压，来保证电容电压的稳定。
3.2 工作原理
假设仅存在基波电压作用，即iLh=USh=0，由图1可得如图4所示的其在基波时的单相等效电路。图4中，iSf表示电网支路中的基波电流、iPf表示并联无源支路中的基波电流、iRf表示基波串联谐振支路中的基波电流、iGf表示注入电容支路中的基波电流，ZSf、ZPf、ZGf、ZRf分别为其基波阻抗。
仅投入无源滤波器时，谐波畸变率还不能达到国标对220kV以上电压等级电网中对总谐波畸变率小于2%的要求，但投入混合滤波器后，则满足了其要求。从分析结果看出为投入任何滤波装置时，电流波形畸变严重；投入无源滤波器大大改善了电流谐波畸变，而待有源部分投入后，则进一步提高谐波抑制的效果。
5 结束语
混合电力滤波器中无源滤波器部分是很重要的，虽然PF的性能不能达到理想，但是在现实阶段，目前国内绝大部分换流站均采用双调谐无源滤波器组，它仍HVDC工程中对特征谐波进行抑制、进行无功补偿的重要设备。为了贴合实际不大量改动工程的结构的情况下，进一步的改善滤波和补偿效果，本文选择设计了注入式有源滤波器与PF结合，并联接入电网，共同组成HAPFIC，实现了谐波抑制效果的进一步提高。
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[5]梁继云.高压直流输电中的谐波分析[D].成都：西南交通大学，2012
作者简介：
张钧介（1983.12—），男（汉族），陕西大荔，单位：国网江苏省电力公司检修分公司，职称：工程师；研究方向：直流换流站运行。
阎乃臣（1985.04-），男(汉族)，山东郓城，单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，职称：工程师；研究方向：特高压交直流运维检修管理。
论文作者:张钧介1,阎乃臣2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/9
标签：谐波论文; 滤波器论文; 基波论文; 无源论文; 电流论文; 电网论文; 电容论文; 《电力设备》2017年第29期论文;