用于hvdc系統(tǒng)的多調(diào)諧濾波器設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及根據(jù)高壓直流（下文指HVDC，hi曲voltage direct current)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)多諧波濾波器（下文指MTF，multiple-tuned filter)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在HVDC系統(tǒng)中，諧波濾波器抑制了將諧波（在操作變換器轉(zhuǎn)換電力時(shí)產(chǎn)生）引入 交流（AC)系統(tǒng)，并由于無(wú)功功率消耗而用作為無(wú)功功率源。大部分電流類型的HVDC系統(tǒng) W 12脈沖操作，并且生成第（1化1)特征諧波，例如第11、第13、第23 W及第25諧波。特 別地，第11和第13諧波具有大振幅，而第11和第13濾波器用來(lái)降低第11和第13諧波。
[0003] 在電流型HVDC系統(tǒng)中，大部分變換器W 12脈沖操作。在南韓濟(jì)州島的±80kV 60MW的HVDC系統(tǒng)還包括使用兩個(gè)6脈沖群組串聯(lián)的12脈沖變換器。
[0004] 在HVDC系統(tǒng)中，單調(diào)諧濾波器（Single化ned f i 1 ter，ST巧或雙調(diào)諧濾波器 值T巧廣泛作為諧波濾波器。與濾波器的串聯(lián)或并聯(lián)阻抗有關(guān)的等式用來(lái)設(shè)計(jì)運(yùn)樣的濾波 器。 陽(yáng)0化]在濾波器設(shè)計(jì)中，由于包含在濾波器中的無(wú)源元件是基于設(shè)計(jì)的額定功率和性能 通過(guò)手動(dòng)計(jì)算確定的，因此沒有精確、有效并且標(biāo)準(zhǔn)的方法。
[0006] 另外，當(dāng)設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，不存在考慮價(jià)格的解決方案。因此，考慮到工業(yè)制造，還沒 提出一種考慮生產(chǎn)成本和性能的設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 實(shí)施例提出了一種用于根據(jù)HVDC系統(tǒng)的特征設(shè)計(jì)MTF和阻尼型MTF的方法和設(shè) 備。
[0008] 實(shí)施例還提出了一種可W減少根據(jù)由HVDC系統(tǒng)生成的諧波次數(shù)設(shè)計(jì)通用諧波濾 波器所需空間，W及考慮損耗和成本設(shè)計(jì)濾波器的算法。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)計(jì)高壓直流（HVDC)系統(tǒng)的多調(diào)諧濾波器（MT巧的方法包括： 選擇用于MTF的輸入?yún)?shù)；設(shè)置所述MTF的諧振頻率；基于所述輸入?yún)?shù)和諧振頻率，計(jì)算 作為MTF的濾波器參數(shù)的電感值（L)和電容值（C);將所述濾波器參數(shù)和阻抗值（R)組合， 并根據(jù)該組合計(jì)算價(jià)格；和當(dāng)計(jì)算的價(jià)格在預(yù)定價(jià)格范圍內(nèi)時(shí)，存儲(chǔ)R、L和C的組合值。
[0010] W下將結(jié)合一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的詳情來(lái)說(shuō)明。其他特性將根據(jù)說(shuō)明書、附圖W及 權(quán)利要求變的顯而易見。
【附圖說(shuō)明】 W11] 圖1為顯示通用高壓直流化VDC)系統(tǒng)的電路圖。
[0012] 圖2為顯示與諧波濾波器將接入的HVDC系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的諧波等效模型的電路圖。
[0013] 圖3為顯示使用等效電路方案設(shè)計(jì)多調(diào)諧濾波器（MT巧的方法的示例框圖。
[0014] 圖4為與根據(jù)實(shí)施例的設(shè)計(jì)MTF方法的流程圖。
[0015] 圖5為顯示根據(jù)實(shí)施例的價(jià)格和損耗最優(yōu)化過(guò)程的流程圖。
[0016] 圖6為顯示根據(jù)實(shí)施例的MTF的濾波器參數(shù)設(shè)置設(shè)備的框圖。
[0017] 圖7為顯示根據(jù)實(shí)施例的設(shè)計(jì)MTF方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下文中，將參考附圖詳細(xì)描述實(shí)施例。
[0019] 圖1為顯示通用HVDC系統(tǒng)的電路圖。
[0020] 參考圖1，闡述HVDC系統(tǒng)中安裝在SOkV的HVDC系統(tǒng)中的多調(diào)諧濾波器（MT巧。 SOkV的HVDC系統(tǒng)具有典型的雙極系統(tǒng)，并且具有其中兩個(gè)電極包括相同的12脈沖變換器 的特性。
[0021] HVDC變換器可W生成大于或等于預(yù)定值的諧波電流。相應(yīng)地，沒有經(jīng)過(guò)濾波的該 諧波電流會(huì)在AC電壓下失真，從而阻止該系統(tǒng)正常操作。
[0022] 諧波濾波器具有形成較小并聯(lián)線路的阻抗W允許諧波電流流經(jīng)該線路，從而可W 使得AC電壓的失真落入可接受的范圍。
[0023] 12脈沖變換器具有（12 + 1)次特征諧波。相應(yīng)地，應(yīng)當(dāng)被濾除的諧波分量為第11、 13、23和第25次諧波分量。更高階的諧波分量被高通濾波器衰減。
[0024] 在SOKv的HVDC系統(tǒng)中，使用補(bǔ)償17Mvar無(wú)功功率的MTF濾波器和補(bǔ)償17Mvar無(wú) 功功率的高通濾波器。MTF具有高壓電容器組和串聯(lián)連接的低壓空屯、（air core)電抗器， W及低壓電容器組和并聯(lián)連接的空屯、電抗器。運(yùn)里，諧波濾波器用來(lái)給60化系統(tǒng)提供無(wú)功 功率。
[0025] 圖2為顯示與諧波濾波器將接入其中的HVDC系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的諧波等效模型的電路圖。
[0026] 參考圖2,電流型HVDC變換器從AC系統(tǒng)吸收無(wú)功功率，并且通過(guò)諧波濾波器給該 變換器提供必要的無(wú)功功率。
[0027] 運(yùn)樣的HVDC變換器可W在交流（AC)階段模型化為諧波恒流源，還可W模型化為 在直流值C)階段的諧波恒壓源。由于諧波濾波器用來(lái)抑制將在HVDC變換器中生成的諧波 引入到AC系統(tǒng)，所W使用如在圖2中使用的AC恒流諧波源的諧波等效模型。
[00測(cè)運(yùn)里，In表示從HVDC變換器中生成的諧波電流，W及！化和Isn分別指流入濾波 器和AC系統(tǒng)的諧波電流。Z化和Zsn分別指在AC系統(tǒng)中的諧波阻抗，和Vsn指在AC系統(tǒng) 中的諧波電壓。
[0029] 諧波濾波器的性能取決于AC系統(tǒng)的導(dǎo)納，并且AC系統(tǒng)的導(dǎo)納根據(jù)實(shí)際電力系統(tǒng) 的狀態(tài)而隨著時(shí)間變化。因而，在給定的頻率下發(fā)現(xiàn)實(shí)際的導(dǎo)納非常困難。相應(yīng)地，當(dāng)設(shè)計(jì) 諧波濾波器時(shí)，通過(guò)在具有導(dǎo)納角度作為邊界的復(fù)雜平面上根據(jù)給定頻率劃分導(dǎo)納來(lái)確定 導(dǎo)納。
[0030] 圖3顯示了使用等效電路方法設(shè)計(jì)多調(diào)諧濾波器（MT巧的方法的示例圖。
[0031] 參考圖3,當(dāng)在HVDC系統(tǒng)中設(shè)計(jì)交流濾波器（或諧波濾波器）時(shí)，需要考慮諧波失 真、系統(tǒng)可靠性W及成本。
[0032] 諧波濾波器產(chǎn)生與一個(gè)濾波器組相對(duì)應(yīng)的成本。因而，如圖3化）和3 (C)所示使用 并聯(lián)連接的一個(gè)濾波器組的配置更加經(jīng)濟(jì)，而不是使用兩個(gè)單調(diào)諧濾波器（下文指"STF"， single化ned filter), W便移除兩個(gè)諧波，因?yàn)榍罢咝枰〉目臻gW移除相同數(shù)量的 諧波。運(yùn)是因?yàn)镸TF僅需要一個(gè)開關(guān)裝置，而不像STF。 陽(yáng)033] 另外，使用如圖3(c)所示的包括并聯(lián)連接到并聯(lián)LC諧振槽（resonance tank)的 阻尼電阻R的阻尼型MTF。
[0034] 等效電路方案為在MTF設(shè)計(jì)中相對(duì)容易的方法。
[0035] 對(duì)于MTF設(shè)計(jì)，優(yōu)先補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率的總量均勻分布到各個(gè)STF，并且選擇用于各 個(gè)STF的參數(shù)。
[0036] 在選擇用于各個(gè)STF的參數(shù)時(shí)，施加在濾波器上的電壓電平W及由濾波器補(bǔ)償?shù)?無(wú)功功率量將被優(yōu)先確定。
[0037] 在運(yùn)種情況下，由于在串聯(lián)LC濾波器結(jié)構(gòu)下電容和電感串聯(lián)連接，所W濾波器的 電抗與電容和電感的電抗之間存在差值。
[003引同時(shí)，由于整個(gè)濾波器的阻抗在將被移除的第h個(gè)諧波處為0,所W電容的電抗等 于電感的電抗乘Wh的平方。
[0039] 根據(jù)上述MTF設(shè)計(jì)方法，HVDC的變換器生成預(yù)定值或更高值的諧波電流。相應(yīng)地， 安裝諧波濾波器W生成流經(jīng)諧波濾波器的電流，從而使得交流電壓的失真落在可接受的范 圍內(nèi)。
[0040] 12脈沖變換器具有（12 + 1)個(gè)特征諧波。相應(yīng)地，應(yīng)當(dāng)被濾出的諧波分量為第11、 第13、第23和第25次諧波分量，并且更高階的諧波分量的階被高通濾波器衰減。
[0041] MTF具有串聯(lián)連接的高壓電容器組和低壓空屯、電抗器，W及并聯(lián)連接的低壓電容 器組和空屯、電抗器。另外，MTF還通過(guò)根據(jù)將要移除的諧波而連接多個(gè)并聯(lián)LC諧振槽來(lái)形 成。
[0042] 諧波濾波器用來(lái)給60化的系統(tǒng)提供無(wú)功功率。相應(yīng)地，整流器和逆變器的端子按 照變換器與AC系統(tǒng)之間交換的有功功率的比例來(lái)吸收無(wú)功功率。諧波濾波器能夠給變換 器提供必要的無(wú)功功率，因?yàn)橹C波濾波器使用電容器。當(dāng)濾波器充分補(bǔ)償了無(wú)功功率時(shí)，端 子處的AC電壓沒有充足的電平來(lái)正常操作變換器。
[00創(chuàng)同時(shí)，HVDC變換器被模型化為在DC段的諧波恒壓源，還被模型化為在AC段的諧 波恒流源。因?yàn)闉V波器作用之一是用來(lái)阻止由HVDC變換器生成的諧波引入到系統(tǒng)，因此需 要在AC段對(duì)諧波進(jìn)行模型化分析。
[0044] 運(yùn)里，濾波器和連接到濾波器的電力系統(tǒng)（例如，AC系統(tǒng)）可W用阻抗來(lái)體現(xiàn)或 模型化。
[0045] 在確定變換器生成的多少諧波電流流入系統(tǒng)，W及使用圖2的模型得到的電壓的 諧波特征后，設(shè)計(jì)濾波器。
[0046] 為了提高濾波器和連接到濾波器的電力系統(tǒng)之間的關(guān)系的可靠性，通過(guò)改變?yōu)V波 器的電阻很容易實(shí)現(xiàn)濾波器的設(shè)計(jì)。
[0047] 下文中，將參考圖4至6詳細(xì)描述根據(jù)第一實(shí)施例的MTF設(shè)計(jì)算法。 W48] 圖4為顯示根據(jù)第一實(shí)施例的設(shè)計(jì)MTF的方法的流程圖。
[0049] 參考圖4,根據(jù)實(shí)施例的MTF設(shè)計(jì)算法包括W下步驟。
[0050] 第一，設(shè)