Page 22 - 电力与能源2023年第五期

444 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

取电网侧 A 相电压为基准，可得此时的电流 特征谐波 ［11］ 。直流侧通过换流器流入交流侧的谐
i a 的表达式： 波电流，会危害交流系统的稳态性能。
π (
2 1 高压直流输电系统在实际运行中是不可能理
3 I d
i a = sin ω 1 t + 5 sin 5ω 1 t + 想的，故还会产生其他次数的非特征谐波分量，其
1 1 1 中网侧非特征谐波的来源主要有：交流系统基波
sin 7ω 1 t + sin 11ω 1 t + sin 13ω 1 t +
7 11 13 电压不对称，存在负序分量；因变压器变比不同导
1 1 )
sin 17ω 1 t + sin 19ω 1 t + . . . （2） 致 Y-Y 和 Y-D 连接的换流变相电压不同；Y-Y 与
17 19
Y-D 连接的换流变之间阻抗不平衡，触发延迟角
比较两种情况可以看出换相过程对谐波电流
不平衡等。
的幅值造成一定的影响。
由式（1）和式（2）可知，两种情况下电流谐波 2 高压直流输电系统模型的建立
分量幅值相同，将两式相加即可得到 12 脉波换流
为研究高压直流输电系统直流电流与网侧电
器交流侧的 12k±1 次特征谐波。电网侧 A 相电
流谐波的特性，本文采用国际通用的电力系统电
流的表达式以下： 磁暂态仿真程序 PSCAD/EMTDC，搭建了一个
2 π ( 1
3 I d
i A = 2 × sin ω 1 t + 11 sin 11ω 1 t + 单极高压直流输电系统模型。
该模型直流侧额定容量为 800 MW，使用 12
1 1
sin 13ω 1 t + sin 23ω 1 t + 脉波换流桥，且交流母线均配有交流滤波器与无
13 23
1 ) 功补偿装置。
sin 25ω 1 t + . . . （3）
25 单极直流输电系统参数如表 2 所示。
故当计及交流侧变压器漏抗等电感的影响 表 2 单极直流输电系统参数
时，用开关函数法分析换相过程对谐波的影响。 网侧绕组 交流电源
交流电源 基波频 短路容
将交流侧电流波形进行傅里叶分析可得特征谐波 项目 电压/kV 额定电压/ 率/Hz 容量/ 量比
kV MVA
电流的方均根值： 整流侧 213.65 319.67 50 97.6 2.5
逆变侧 234.78 289.65 50 98 2.5
I 1
I h = ×
h[ cos α - cos( α + μ ] ) 该模型整流侧采用定电流控制与定最小触
s 1 + s 2 - 2s 1 s 2 cos( 2α + μ ) （4） 发角控制，触发角 α 最小为 5°，最大为 150°。而逆
2
2
ì μ 变侧采用定电流与定熄弧角控制，熄弧角 g 最小
ï ï sin(h + 1 )
ï
ï 2 为 30° ，最 大 为 90° 。 整 流 侧 触 发 角 设 置 为 20°
ï s 1 =
ï h + 1
ï ï
í （5） ±2.5°，逆变侧熄弧角设置为 15°±1°。
ï ï sin(h - 1 ) μ 在 4 种短路故障类型中，单相接地短路故障
ï
ï
ï
ï s 2 = h - 1 2 发生的概率最高，可达 65%，其次为两相接地短
ï ï
î
由此可以看出，谐波电流与触发角 α 和换相重 路故障，占比为 20%，而两相短路与三相短路发
叠角 μ 都有一定的关系，其中换相重叠角因素影响 生的概率较低。
更大，换相重叠角增大会导致谐波电流减小更快。 因此，为更适用于实际工程的情况，选择探究
因而在本文的仿真模型中考虑了换相过程， 整流侧和逆变侧的交流电源发生单相接地短路故
以达到更精准的结果。 障与两相接地短路故障时，整流站的直流电流与
1.3 高压直流输电系统中非特征谐波理论 网侧电流、逆变站的直流电流与网侧电流的谐波
高压直流输电系统不平衡时，网侧会出现非 特性。