[发明专利]一种计及双侧影响的谐波不稳定分析方法

说明书

本发明公开一种计及双侧影响的谐波不稳定分析方法，在12脉动换流器系统中，计算换流变压器网侧的交流电流幅值和直流侧的直流电压，再计算考虑换流变压器铁芯饱和激发的直流偏磁效应的整流侧和逆变侧两端换流变压器网侧二次谐波电流；计算在整流侧和逆变侧的交流二次谐波电流分别作用于各自交流系统二次谐波阻抗上时产生的交流正序二次谐波电压，进而计算直流基频电压及直流基频谐波电流，最后比较调制前后直流基频电流的幅值，得到直流输电系统谐波不稳定风险的评估方法。本发明基于开关函数调制理论，根据铁芯饱和谐波不稳定机理，综合考虑两端换流器及交直流系统间的谐波等值阻抗和换相过程的影响，能有效地判定系统是否发生谐波不稳定。

技术领域

本发明涉及谐波分析技术领域，具体为一种计及双侧影响的谐波不稳定分析方法。

背景技术

高压直流(high voltage direct current，HVDC)输电系统由于输送容量大、距离远、损耗低等优点而被广泛投入使用，形成了交直流互联的复杂输电系统。由于换流器是非线性元件，在运行过程中相当于谐波源，会产生大量特征谐波与非特征谐波。而谐波通过换流器在交直流系统间相互调制后，可能会导致谐波放大，严重会造成系统崩溃。即直流输电系统的谐波不稳定主要是因为换流器对交/直流电压、电流非线性调制，形成正反馈使谐振放大。因此有必要深入研究HVDC输电系统的谐波传递特性，提出谐波不稳定评估方法以预防系统谐波不稳定发生。

近年来，谐波不稳定现象已多次被发现。Nelson River HVDC系统因为在直流侧发生基频谐振而引发谐波不稳定；Chateauguay背靠背直流系统是因为在纽约交流系统发生二次谐波谐振而引发谐波不稳定。直流电流分量的存在，通过换流器的调制流过换流变压器时容易激发变压器铁心饱和产生直流偏磁效应，进而产生各次谐波并注入交流电网中，增加系统谐波电压或电流畸变率，进而引发谐波不稳定问题。

以往直流输电系统谐波不稳定风险的评估方法，都只考虑了送端交直流输电系统间的交互影响。但若简单地将逆变侧用理想电压源或电流源代替，就忽略了其阻抗频率特性对整个系统谐波不稳定的影响。实际应用中的直流输电系统通常同时包含送端和受端，且采用12脉动换流器，所以在研究直流输电系统谐波不稳定风险评估方法时必须考虑送、受端多桥换流器对系统谐波不稳定带来的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种考虑两侧影响的直流输电系统谐波不稳定风险评估方法，其特点是基于开关函数调制理论，根据铁芯饱和谐波不稳定机理，综合考虑两端换流器及交直流系统间的谐波等值阻抗和换相过程的影响，提出判定高压直流输电系统是否会导致系统发生谐波不稳定。技术方案如下：

一种计及双侧影响的谐波不稳定分析方法，包括以下步骤：

步骤1：在12脉动换流器系统中，换流变压器网侧的交流电流幅值和直流侧的直流电压为：

式中：|I_d(n-1)|、|I_d(n+1)|分别为直流(n-1)次和(n+1)次谐波电流幅值；为直流电流调制而得的a相交流n次正、负序谐波电流幅值；|U_d1n|、|U_d2n|分别为交流正、负序电压调制得到的直流n次谐波电压幅值；分别为交流a相正序(n+1)次和负序(n-1)次谐波电压幅值；μ为换相角；N为换流变压器网侧与阀侧的变比；Y和Δ分别为换流变压器Y/Y和Y/Δ连接方式。

步骤2：由式(1)所示电流调制关系，即n＝2时，假设在t时刻直流系统存在一个基频谐波电流分量，设换流变压器铁芯饱和造成的直流偏磁效应所产生的二次谐波电流分量与直流基频谐波分量通过换流器调制到交流侧的直流谐波电流分量之比为k，k1，则考虑换流变压器铁芯饱和激发的直流偏磁效应的整流侧和逆变侧两端换流变压器网侧二次谐波电流表示为：