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摘 要

为解决我国能源分布不均衡的问题，高压直流输电成为了我国电力行业的重要技术。随着技术不断成熟，我国建设了大量高压直流输电工程。由于换流器的非线性特性会使交流侧出现大量谐波，为维护系统稳定性，对交流侧滤波器进行优化设计以抑制谐波是至关重要的。

本文通过查阅资料对高压直流输电系统模型以及控制原理进行研究，通过Matlab-simulink对系统进行模拟仿真。对未加装交流滤波器的系统电流电压进行傅里叶分析，确定需要滤除的特征次谐波。根据滤波需要和工程经验设计了不同形式的滤波器设计方案，并对设计后的滤波器方案进行了优化设计。通过对处理后的波形进行分析，证明了设计的有效性和实用性。

关键词：高压直流输电 交流滤波器 傅里叶分析 谐波

Optimization design of AC side filter for HVDC transmission system

Abstract

In order to solve the problem of uneven energy distribution in China, HVDC transmission has become an important technology in China's power industry. As the technology continues to mature, China has built a large number of high-voltage direct current transmission projects. Due to the nonlinear characteristics of the converter, a large number of harmonics appear on the AC side. To maintain system stability, it is important to optimize the design of the AC side filter to suppress harmonics.

In this paper, the model and control principle of HVDC transmission system are studied by consulting data, and the system is simulated by Matlab-simulink. Perform Fourier analysis of the system current and voltage without an AC filter to determine the characteristic subharmonics that need to be filtered out. According to the filtering needs and engineering experience, different forms of filter design schemes are designed, and the designed filter schemes are optimized. The validity and practicability of the design are proved by analyzing the processed waveform.

Keywords: high voltage direct current transmission; alternating current filter;Fourier analysis; harmonic

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1课程背景与研究意义 1

1.2研究现状 1

1.2.1高压直流输电系统 1

1.2.2高压直流输电系统中谐波特点及抑制 5

1.2.3滤波器发展 5

第二章 高压直流输电工程概况 7

2.1交流系统参数 7

2.1.1交流系统电压 7

2.1.2交流系统短路电流 7

2.1.3频率特性 7

2.2直流系统参数 8

2.2.1换流站直流主接线 8

2.2.2换流站电压等级 8

2.2.3控制参数 9

第三章 高压直流输电系统控制方式 10

3.1高压直流输电分层结构 10

3.2高压直流输电控制系统 11

3.2.1换流器触发控制 12

3.2.2换流变压器分接头控制 13

第四章 交流滤波器研究设计 14

4.1交流滤波器设计原理 14

4.2交流滤波器设计技术参数 15

4.2.1电压畸变参数 15

4.2.2电压谐波标准 15

4.2.3交流滤波器设计的谐波检验标准 15

4.3交流滤波器形式选择 15

4.3.1交流滤波器分类 15

4.3.2无源滤波器类型与特性 16

第五章 高压直流输电系统仿真与交流侧滤波器优化 19

5.1高压直流输电系统建模仿真 19

5.1.1系统参数 19

5.1.2建模仿真 19

5.1.3谐波特性分析 20

5.2交流侧滤波器设计分析 21

5.2.1方案一 21

5.2.2方案二 23

5.3交流滤波器优化 25

5.4交流滤波器设计结果 27

第六章 结论 28

6.1工作总结 28

6.2工作展望 28

参考文献 30

致谢 31

第一章 绪论

• 1. 课题背景与研究意义

由于人口以及经济因素，我国电力事业一直是能源产业中的主导行业之一。2018年总用电量为6.84万亿千瓦时,发电机总容量189967亿千瓦时、同比增长6.5%。直到2017年底，全部电网220千伏及以上输电线路建设完成68.8万公里，较上年同期增长6.5%。我国能源与负荷具有逆向分布特点,远距离输送能源需求较高。直流输电具有便于控制、送电容量大、送电损耗较低等特点, 适用于电力系统与大容量水电站之间的远距离输电、火电基地送电等,因此直流输电技术对于我国的电力事业发展具有重要的实际意义。

由于换流器的非线性特质，将会使谐波电流对交直流输电系统造成影响，换流站交流侧谐波电流经由换流变进入交流系统，在网侧形成大规模影响，对系统稳定运行造成危害。因此，谐波电流的滤除至关重要。高压直流输电系统中谐波的危害主要表现在以下几方面:

（1）使旋转电动机额外产生大量附加谐波损耗，增加设备温升。由于肌肤效应，导致磁滞损耗与涡流损耗增大,最终使设备运行温度升高；

（2）谐波谐振过电压的产生会对使元件的绝缘性能降低，缩短元件的使用寿命，造成安全隐患和生产成本的增加；

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