交直流并联输电系统中谐波的分析和治理方法研究

摘要

大力开发西部水电、火电资源，实行西电东送，加强南北电网的联系是我国电力工业发展的基本战略，以实现全国范围的资源优化配置和能源优化供给。天广、三广和贵广直流工程的相继投入运行，使南方电网的交直流并联输电系统逐步得到发展和完善，也标志着我国的电力系统和超高压输电技术进入了一个新的发展阶段。　　众所周知，直流输电系统的换流站在交流侧和直流侧均产生谐波，并且向两端传递，通过常规的谐波数学模型和计算方法可以很好地分析单个直流输电系统的谐波特性。但是，在交直流混合输电系统中，并联交流线路把换流站的交流侧联接起来，使得各个换流站以及交流负荷产生的谐波可以相互渗透和影响，这给传统分析方法带来了困难。　　本文应用调制理论和迭代谐波分析法，建立了混合输电系统中交流网络和直流网络的谐波模型以及谐波的迭代计算方法。该模型把换流站看作电力系统中的“调制解调器”，用线性模型模拟出换流站的非线性特性，解决了交直流网络的接口问题；迭代计算则考虑了谐波相互渗透和干扰的问题，并能提供较快的运算速度。针对混合系统加深了谐波污染的情况，本文提出了改进的谐波检测方法，既简化了运算模块，又提高了检测的精度和速度；并且提出了在换流站的交流侧使用混合滤波的方案，建立了混合滤波器的参数优化模型。　　基于以上的原理，本文在VisualC++.NET环境下编制了谐波计算和滤波器参数优化程序，对某个典型的交流和直流并联输电系统进行了谐波分析，对交流系统的频率阻抗特性、各处的谐波电压和电流特性进行了计算和深入探讨；同时还使用SIMULINK在单相系统和三相系统验证了本文的谐波检测法，证明该方法不仅能用于检测直流线路的谐波，而且能在三相不对称的交流系统中实现经济的谐波检测；根据换流站交流侧的谐波特性，基于混合滤波方案进行了的滤波器的参数优化计算，分析了无源滤波器的频率阻抗特性，得到令人满意的结果。从而证明了本文所用原理和程序的可靠性和正确性，达到把谐波分析和谐波治理紧密结合的目的。　　本课题来源于国家自然科学基金重点项目(50337010)。

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第一章绪论

1.1 高压直流输电技术的发展状况

1.2 高压直流输电工程的谐波问题

1.3 交直流并联输电系统的谐波分析治理状况

1.4本文的研究工作

第二章交直流并联输电系统的数学模型

2.1引言

2.2电力系统的谐波特性

2.2.1谐波的相序性

2.2.2谐波的对称性

2.2.3换流站的谐波特性

2.3交流网络的数学模型

2.3.1发电机模型

2.3.2交流变压器模型

2.3.3负荷模型

2.3.4交流线路模型

2.3.5交流网络的结构和模型

2.4直流网络的数学模型

2.4.1换流器的阻抗模型

2.4.2基于调制理论的交直流接口模型

2.5交直流系统的谐波迭代计算方法

2.6本章小结

第三章谐波计算与分析程序的实现

3.1引言

3.2 Matlab与C++结合的有效途径：Matrix〈LIB〉

3.2.1仿真技术及Matlab的发展历程

3.2.2计算机仿真软件的局限性

3.2.3 Matrix〈lib〉：Matlab与C++的结合

3.3计算机程序模块

3.3.1换流器的电压、电流调制函数描述

3.3.2离散傅立叶变换

3.3.3系统元件的谐波阻抗

3.3.4计算机程序的流程图

3.4算例计算与分析

3.4.1系统配置

3.4.2系统的控制方式

3.4.3直流侧的谐波电压和谐波电流

3.4.4系统侧的谐波电压和谐波电流

3.4.5交流线路上的谐波电流

3.5本章小结

第四章直流输电系统的实时谐波检测

4.1引言

4.2目前谐波检测法的分析

4.2.1快速傅立叶变换(FFT)法

4.2.2用于不平衡三相系统的同步检测法

4.2.3采用模拟带通(或带阻)滤波器检测高次谐波

4.2.4基于Akagi瞬时无功功率理论的检测法

4.3本文的单相谐波检测法原理

4.4 Matlab数字仿真

4.4.1电流为对称正弦形

4.4.2电流为不对称正弦形

4.4.3结果分析

4.5本章小结

第五章基于遗传算法的混合滤波器优化设计

5.1引言

5.2混合滤波器设计方案

5.2.1滤波器的系统配置

5.2.2混合滤波器优化模型

5.3优化算法

5.3.1算法的选择

5.3.2遗传算法原理

5.3.3应用遗传算法的滤波器优化设计

5.4实例计算

5.4.1基本参数

5.4.2优化程序计算框图

5.4.3计算结果

5.5本章小结

结论

参考文献

附录电流调制函数的推导过程

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢