Page 20 - 电力与能源2023年第五期

442 赵雯浩，等：高压直流输电系统接地短路故障下的谐波电流分析与仿真研究

下的电过压特性进行了仿真分析及研究，中国南 两相接地故障时的谐波特性进行仿真分析，并分
瑞电气有限公司则针对串联混合直流输电系统 析导致谐波特性发生变化的原因，得出有关短路
（LCC-MMC）的电磁暂态模型研究了其过电压特 故障下直流电流、网侧电流的谐波特性相关的重
［5］
性 。文献［6］从直流偏置情况下自耦变压器铁 要结论。
心饱和现象出发，分析了该现象产生对变压器谐
1 高压直流输电的相关原理分析
波、畸变和无功功率波动等不利影响。对于高压
直流输电，由于换流器的存在，必定会产生谐波而 1.1 高压直流输电概述及模型相关原理
高压直流输电是一个交流-直流-交流形式的
影响电网运行，而谐波的产生原因也各有不同。
系统，适合远距离、大容量传输。瑞典 1954 年建
文献［7］针对直流线路入口端谐波阻抗、谐振特性
成投运的哥特兰岛工程是世界上第一个高压直流
进行了建模分析研究。此后，文献［8］实现了对直
输电工程。
流谐波阻抗进行定向定量的调整和设计。而直流
经过近 70 年的发展，目前全世界已投运的高
系统与受电网端谐波的传递特性的影响因素，在
压直流输电工程约有 130 个。在所有直流输电工
构建考虑电缆线路占比的受电端的谐波电压传递
程中，背靠背工程的数量占比约为 1/4，其余 3/4
［9］
特性模型后得到验证 。文献［10］对高压直流输
为长距离直流输电工程。近些年来，全世界所建
电系统的正常运行工况以及不同接地故障情况进
立的一些较为有名的高压直流输电工程的详细参
行了仿真分析，对所提出的抑制换相失败的方法
数如表 1 所示。
进行了验证。
本文以模型较为简单的单极型直流输电系统
目前，对短路故障下高压直流输电的研究集
为主构建 HVDC 仿真模型。目前工程上绝大部
中在其过压特性、谐波产生原因以及谐波阻抗的
分直流输电的线路换流器（LCC）由半控型的晶闸
分析计算。相关文献对于谐波分析研究侧重于
管器件组成，也就是传统的高压直流输电。电压
直流线路入口端，且为线路正常运行情况时；对 源换流器（VSC）属于柔性直流输电方式，采用绝
于造成谐波产生的故障情况设定也多为换流阀 缘栅双极型晶体管（IGBT）全控型器件作为基本
故障。 元件，相比较来说其产生的谐波较少，但造价昂
以上文献对于交流电源发生不对称接地故障 贵。考虑经济性和可实行性，本文采用同样可以
的分析研究略为欠缺，同时对网侧、阀侧的电流谐 用 来 研 究 谐 波 特 性 的 性 价 比 较 高 的 LCC 输 电
波特性的仿真分析也有待进一步详细探究。另 方式。

外，单相接地故障和两相接地故障均为常见的不 传统高压直流输电主要设备包括换流变压
对称型接地故障，对其造成的谐波特性进行研究 器、平波电抗器、无功补偿装置、滤波器、直流输电
极为重要。 线路及接地系统。基于此，高压直流输电系统的
对 此 ，本 文 将 通 过 电 磁 暂 态 仿 真 软 件 模型如图 1 所示。
（PSCAD）对高压直流输电系统单相接地故障与 为了减少换流器对系统谐波的注入从而减少

表 1 典型高压直流输电工程参数
项目名称 位置 额定容量/MW 额定电压/kV 输送距离/km 年份
英国—荷兰 英国、荷兰 1 000 ±400 260 2011
里约热内卢—马德拉 巴西 800 100 背靠背工程 2012
蒙德拉—哈里亚纳邦 印度 2 500 ±500 960 2012
溪洛渡—广东 中国 6 400 ±500 1 251 2013
糯扎渡—广东 中国 5 000 ±800 1 451 2013
比斯瓦纳斯—阿格拉 印度 6 000 ±800 1 728 2014
哈密南部—郑州 中国 8 000 ±800 2 200 2014
灵绍工程 中国 8 000 ±800 1 720 2016
上山工程 中国 10 000 ±800 1 220 2019