±800kV特高壓直流輸電工程交流濾波器優化設計

程波

摘要

在現代生活中，電力供應發揮著重要的作用。特高壓直流輸電工程作為一種新型的電力輸送網絡，更為人們所關注。隨著特高壓直流輸電工程實際應用工作的展開，其暴露出一定的問題和不足。交流濾波器作為特高壓直流輸電工程中的重要組成部分，其相關研究發展受到了人們的廣泛重視。在本文中，我們通過分析±800kV特高壓直流輸電工程的工作特點和其中交流濾波器的發展現狀，對交流濾波器的設計因素進行了研究。同時，我們結合技術特點，對特高壓直流輸電工程交流濾波器的設備設計和技術優化設計進行了研究探討。這些研究對特高壓直流輸電工程的建設發展和交流濾波器的設計應用有著重要的意義，有很好的現實價值。

【關鍵詞】特高壓 直流輸電 交流濾波器

1 特高壓直流輸電工程交流濾波器發展現狀

目前，已經有部分特高壓直流輸電工程投入了實際使用中，并獲得了相關的實踐經驗。通過分析現有資料，我們可以對特高壓直流輸電工程中的交流濾波器發展現狀進行總結探討。

1.1 特高壓直流輸電工程簡介

特高壓直流電輸電是指電壓在±800KV或±750KV及以上電壓等級的直流輸電及相關技術。在電力應用的初期階段，直流電一直是人們輸送和使用的主體。隨著電力設備的推廣，人們對于建設大范圍電力供應網絡的需求越來越高。直流電由于電壓提升困難，很難實現長距離的低消耗傳輸，逐漸被交流電所取代。一直到特高壓直流電相關技術發展成熟后，建設直流輸電系統的工作才重新開展。

與交流電輸電網絡相比，特高壓直流輸電系統輸送容量大，輸電距離遠，電壓高。同時，特高壓直流輸電系統可用于電力系統的非同步聯網，進一步拓展了其應用靈活性。另外，直流輸電所需要的耗材等也相比直流電有了很大的降低。因此，特高壓直流輸電系統更加適用于超遠距離的電力傳輸。

在應用中，特高壓直流輸電工程在與交流電網聯網的過程中，其換流器會向電網中注入大量的諧波。如果不對這些諧波進行抑制，會嚴重影響到整個供電網絡的安全穩定。特高壓直流輸電工程中一般都建設有交流濾波器，用于抑制電網中的諧波。因此，交流濾波器的性能對于特高壓直流輸電工程的工作狀況會產生很嚴重的影響。

1.2 特高壓直流輸電工程中的交流濾波器

特高壓直流輸電工程要實現與電網的非同步聯網，需要換流站的支持。換流站是高壓直流輸電的一種特殊方式，將高壓直流輸電的整流站和逆變站合并在一個換流站內，在同一處完成將換流站交流變直流，再由直流變交流的換流過程，其整流和逆變的結構、交流側的設施與高壓直流輸電完全一樣，具有常規高壓直流輸電的最基本的優點，可實現異步聯網，較好地實現不同交流電壓的電網互聯。

交流濾波器是現代高壓換流站的重要組成部分。在工作過程中，交流濾波器的作用主要有兩點：

（1）對直流換流器消耗的無功功率進行補償;

（2）濾除或者減少在換流的過程中產生的諧波。

經過多年的發展，交流濾波器的設計應用已經比較成熟。交流濾波器主要分為無源濾波器、有源濾波器和連續調諧濾波器三種。目前廣泛使用的濾波器是無源濾波器，主要分為單調諧濾波器、雙調諧濾波器和兩階高通濾波器三類。其中，雙調諧濾波器正在成為應用的主流。

有源濾波器的工作方式相比無源濾波器略顯復雜，其中包括磁通補償、諧波注入等多種工作方式。因此，有源濾波器的應用尚待進一步的開發。

連續調諧濾波器是在無源濾波器的工作基礎上設計的，利用控制信號對電抗器的電感量進行連續的調節，從而使濾波器處于理想的調諧狀態。

2 特高壓直流輸電工程交流濾波器設計因素分析

交流濾波器對于特高壓直流輸電工程的非同步聯網有著重要的意義。因此，要實現特高壓直流輸電工程的安全穩定工作，需要對現有的交流濾波器進行重新優化設計。在此之前，我們需要先對交流濾波器的設計因素進行分析。

2.1 交流濾波器設計環境因素分析

交流濾波器的設計因素主要可以分為設計環境因素和設計技術因素兩部分。其中，設計環境因素主要包括交流濾波器的工作條件和交流濾波器交流電網的工作現狀等。工作條件因素主要是指工作地點的溫度、濕度等。考慮到電磁場也會對電器工作產生比較大的影響，該類因素在設計的過程中也不容忽略。

交流電網的工作現狀也是交流濾波器設計要考慮的一項重要因素。在工作過程中，交流電網會產生一定量的電壓偏差、頻率偏差等，會對交流濾波器的穩定工作產生比較大的影響。同時，交流電網中的系統諧波阻抗、負序電壓等也會影響到交流濾波器的工作性能，在設計過程中也需要被認真考慮分析。

2.2 交流濾波器設計技術因素分析

交流濾波器的設計技術因素主要包括濾波器的容量、諧波限制水平和控制方法三種。在實際應用中，交流濾波器一般采用了多組共同工作的方式。因此，濾波器的容量要同時考慮到單組的容量和濾波器總體的容量。容量值的確定則由換流站的工作性能決定，包括換流站的無功平衡能力、換流母線電壓允許的偏移量等。

諧波限制水平是決定交流濾波器工作性能的重要指標。根據相關技術資料分析，諧波限值水平的指標可以被分為換流母線處的總諧波畸變率、單次諧波電流含有率等。

控制方式是指交流濾波器及相關組件采用的工作模式信息。在具體應用中，交流濾波器一般通過電壓的控制來實現對諧波的抑制。因此，定直流電壓控制以及相關的無功功率調節等被認為是重要的研究內容。

3 特高壓直流輸電工程交流濾波器設備設計

在完成了對交流濾波器的設計因素的分析后，我們即可根據實際情況，對交流濾波器進行優化設計工作。設計工作主要包括交流濾波器的設備設計和技術設計兩部分。而設備設計則主要是從優化設計思路方面進行交流濾波器的型式選擇。

3.1 交流濾波器的優化設計思路

特高壓直流輸電工程的優化設計思路主要包括四個步驟：

（1）根據交流濾波器的工作地點等因素共同決定，合理選擇交流濾波器的型式等，從而為后續設計打下基礎;

（2）通過仿真實驗以及測量等，確定交流濾波器的工作性能。如果發現性能不符合技術要求，則重新選擇濾波器的型式;

（3）對濾波器的建設使用成本等進行計算，并根據濾波器的實際工作性能，判斷設計是否達到優化的目標;

（4）根據最終的設計方案確定濾波器的元件暫態額定值，并展開實際建設和測試工作。

3.2 交流濾波器的選擇

目前，交流濾波器的發展已經比較全面，可以滿足人們在多種情況下的需求。在直流輸電工程中，交流濾波器最主要的工作是實現對諧波的消除。因此，人們一般選擇調諧高通型濾波器作為直流輸電工程交流濾波器的主體，如圖1所示。

調諧高通型濾波器又可以分為單調諧、雙調諧和三調諧三類。每一類的工作性能特點各有不同。具體的選擇方案則要根據換流站的實際需求和當地的工作條件共同決定。而目前來說，絕大部分的特高壓直流輸電工程都采用了雙調諧高通型濾波器。

4 特高壓直流輸電工程交流濾波器技術設計

交流濾波器的技術設計主要包括交流濾波器容量的設計確定和約束條件兩部分內容。本文通過分析資料，對兩方面內容進行了總結。

4.1 交流濾波器容量的設計確定

交流濾波器的容量設計確定是實現其功能優化的重要基礎。根據現有資料分析，在總體容量確定的情況下，如果采用單組容量比較大的交流濾波器，可以有效減少交流濾波器的建設使用成本。但在換流母線的電壓偏差控制方面的效果也會越差。同時，也會對直流輸電工程的無功平衡產生比較大的影響。因此，交流濾波器容量的設計確定要合理選擇濾波器的單組容量和總體容量。

4.2 交流濾波器約束條件分析

交流濾波器的約束條件主要包括諧波限制水平約束條件和高壓電容約束條件，是實現交流濾波器優化設計的重要步驟。在諧波限制水平約束條件中，一般要綜合考慮諧波限制水平的眾多技術指標，例如換流母線處的諧波電壓畸變率等，使其能夠滿足技術方面的需求。

高壓電容是交流濾波器建設使用中的成本大頭，對于濾波器的優化設計有很大的影響。通過前文分析，我們認為高壓電容器的容量選擇要根據實際情況進行合理判斷，不宜選擇過大容量的電容器，以免增加使用成本。

5 結束語

特高壓直流輸電工程將在未來生活中扮演重要的角色。為了推動特高壓直流輸電工程的發展，本文通過分析該工程的技術特點和發展狀況，對其中的交流濾波器的優化設計工作進行了深入的研究探討。這些研究對特高壓直流輸電工程的應用發展有很好的幫助。

參考文獻

[1]舒印彪，劉澤洪，高理迎等，±800kV6400MW特高壓直流輸電工程設計[J].電網技術，2006.

[2]殷威揚，楊志棟.特高壓直流無功平衡和補償策略[J].高電壓技術，2006.

[3]趙碗君，謝國恩，曾南超等.高壓直流輸電工程技術[M].北京：中國電力出版社，2004.