谐波对并联电容器地影响

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1、谐波对并联电容器的影响纪思（云南电网公司楚雄供电局云南）摘要：在电力系统中电容器的使用有着众所周知的好处，包括校正功率因素、提升网络中电压和增加系统有功传输的能力。但是由于电网中谐波源的增加，对电容器的影响也日益加大，其中最大的谐波源就是特高压直流输电的换流器。500kV和平变位于特高压直流输电换流站的附近，受谐波的影响也是最大。本文分析了换流器产生的谐波性质及谐波对电容器的影响，详细建立了和平变和换流站的系统模型，利用PSCAD/EMTDC仿真投入不同电容器组时谐波的变化，分析不同电容器组对各次谐波的影响。关键词：谐波；整流器；并联电容器

2、1引言并联电容器能提供无功功率从而提高系统电压。它们应用于电力系统中，最主要的优势就是成本低和投入切除方便。它最大的缺点在于无功输出与系统电压的平方成比例，因此在最需要增加电[1]压幅值的低压点，电容器的无功输出反而会降低。[1]并联电容器可以用来校正功率因素和电压控制，因此广泛应用于分布式系统中。对提高电能的质量而言，最好做到就地平衡传输损耗和电压降低。并联电容器可以应用于补偿传输系统中的XI2损失。并且由于近年来负荷的迅速增长和重负荷的趋向集中，使用并联电容器可以保证在重负荷下的安全电压水平。电容器组可以直接与高压母线相连，也可以和主变

3、的第三级绕组相连，根据系统的无功需求投切电容器组可以很方便的控制传输电压。因此在输配电系统中广泛使用并联电容器作为无功补偿设备。并联电容器的安全性及寿命主要受系统频率影响。由于电力电子设备在系统中的广泛应用，非线性负荷的大规模增加，都相当一个个的谐波源来影响系统电源质量。因此谐波对并联电容器的影响不容小觑。特高压直流输电（HVDC）近年来发展迅速，其在远距离大容量送电方面有着很大优势。但是，对于谐波而言，HVDC所使用的换流设备就是一个巨大的谐波源。500kV和平变位于±800kV楚雄换流站附近，距换流站仅13.5km，受谐波影响最大。本文

4、重点研究HVDC换流站产生的谐波对500kV和平变并联电容器的影响，建立直流换流站和交流变电站的仿真模型，利用PSCAD/EMTDC仿真模拟投入不同数量电容器组的情况。2理论分析1.1谐波的性质及传播特性谐波是指一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍。周期为T=2π/ω的非正弦[2]电压u(ωt),在满足狄里赫利条件下,可分解为如下形式的傅里叶级数：u(t)0(ncostbnsint)（1-1）n1式中,频率为nω(n=2,3…)的项即为谐波项,通常也称之为高次谐波。从上式可以看出，谐波必须是频率为基波整

5、数倍的正弦波，这与扰动等产生的波形畸变不同。均匀传输线的正弦稳态解如式（1-2）：xxUAeAe121xx（1-2）I()AeAe12Zc其中γ为线路传播系数，Zc为线路特征阻抗，A1、A2为待定系数。从上式可以得，电压波和电流波在线路的传输包括两部分，其传输过程是前行波与反行波的叠加。从距离参数来看，行波的传输是在逐渐衰减中，且频率越高衰减越快，对谐波也一致。因此离谐波源越近的储能元件受谐波影响越大。1.2直流换流站800kV极线交流母线图一换流站系统图换流站主要包括换流器，交、直流滤波器，平波电抗器，避

6、雷器等组成。换流器由两组晶闸管阀桥组成，两组串联构成12脉波的双极直流输出。在交流侧产生的谐波主要有特征谐波、非特征[2]谐波和通过穿透作用产生的谐波三种主要类型。1.2.2特征谐波所谓特征谐波，是指在换流站处于理想运行情况时发出的谐波，其换流变压器绕组电路谐波分量有如下特点:换流变压器绕组中12n士1次谐波的相位相同，相互叠加；而6×(2n-1)±1次谐波的相位现反，相互抵消。因此在与之连接的交流系统侧中仅存在12n士1次谐波。在理想条件下,可以推导出换流变压器绕组中每段电流波形的数学表达式，利用傅立叶分析可以推导出各次谐波的正弦和余弦分

7、量。换流站所安装的滤波器主要针对的就是特征谐波的滤除。1.1.3非特征谐波实际运行中，换流站是不可能处于理想状况运行的，其影响因素主要有：①直流电流中存在纹波；②交流电压中存在谐波；③交流基波电压不对称，即存在负序电压；④换流变压器阻抗相间差异；⑤触发脉冲不完全等距等等。由于上述因素所产生的谐波就称为非特征谐波。由于非特征谐波的存在，使得换流站向交流系统注入的谐波次数不确定。1.1.4其它谐波其它谐波包括换流站换流变压器或其他变压器由于饱和所产生的谐波等等，这由于换流变压器里存在直流分量，因此可能运行在饱和状态。变压器饱和产生的谐波，可能对

8、电容器等交流侧的元件产生影响。1.3交流变电站和平变为500kV交流变电站，包括500kV、220kV、35kV三个电压等级，其中500kV侧与直流换流站相连。并联电容器组与主变