【正文】 生故障時(shí)，能抑制電流的上升速度。從作用來看，它的電感量越大越好。但是過大，當(dāng)電流迅速變化時(shí)在直流電抗器上產(chǎn)生的過電壓就越大；另外作為一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)，過大對直流電流的自動調(diào)節(jié)不利。所 以滿足上述三項(xiàng)要求的前提下，直流電抗器的電感 Ld應(yīng)盡量小。 故選取直流電抗器電感值的具體方法是： ① 按減少直流側(cè)的交流脈動分量的情況確定電感值； ② 以小電流時(shí)保持電流的連續(xù)性和直流送電回路發(fā)生故障時(shí)能抑制電流上 升速度的情況進(jìn)行驗(yàn)算。 4. 濾波器： （ 1） 濾波原理： 高阻抗串聯(lián)分壓隔離（如平波電抗器，濾除諧波電壓），低阻抗并聯(lián)支路分流（如 LC 濾波器，濾除諧波電流）；工作頻率低于諧振頻率時(shí)，濾波器呈容性，工作頻率高于諧振頻率時(shí)呈感性。 （ 2） 交流濾波器的種類及其阻抗特性： a) 單調(diào)諧濾波器（只有一個(gè)諧振頻率）： 圖 6 4 單調(diào)諧濾波器 圖 6 5 單調(diào)諧濾波器阻抗特性 b) 雙調(diào)諧濾波器（有兩個(gè)諧振頻率）： 圖 6 6 雙調(diào)諧濾波器 圖 6 7 雙調(diào)諧濾波器阻抗特性 c) 高通濾波器： 圖 6 8 高通濾波器 圖 6 9 高通濾波器阻抗特性 （ 3） 交流側(cè)濾波器設(shè)計(jì)原則：濾除諧波的同時(shí)考慮無功補(bǔ)償，兼顧經(jīng)濟(jì)性。 （ 4） 交流側(cè)濾波器設(shè)計(jì)步驟：首先根據(jù)無功需求確定 C，再根據(jù)諧振要求確定 L，最后根據(jù)品質(zhì)因數(shù)確定 R。 （ 5） 電容器的經(jīng)濟(jì)容量和安裝容量： 電容器的工作電流包括諧波電流和基波電流，其容量是諧波容量和基波容量兩者之和，稱之為安裝容量。 只考慮濾波而不考慮無功補(bǔ)償，求得的最小安裝容量即經(jīng)濟(jì)容量；令“基波容量 /安裝容量”比值最大，即安裝容量的最大利用。 （ 6） 濾波器的特征電 抗、品質(zhì)因數(shù)： 諧振頻率下的感抗值或容抗值即特征電抗；，即品質(zhì)因數(shù)。 品質(zhì)因數(shù) Q 越大，諧振時(shí)的支路阻抗越小，濾波效果也越好，但考慮到與交流電網(wǎng)發(fā)生諧振時(shí)為防止通過濾波器（電容器和電抗器）的電流過大，人為增加串聯(lián)電阻阻值以降低 Q，起限制電流過大的作用。一般 Q 取值范圍為 50～ 100，為了節(jié)能目的，有時(shí)會取更高值（電阻值更?。?。 （ 7） 并聯(lián)濾波器與串聯(lián)濾波器相比有什么優(yōu)點(diǎn) : a) 濾波效果好； b) 串聯(lián)濾波器必須通過主電路的全部電流，并對地采用全絕緣，而并聯(lián)濾波器的一端接地，通過的電流只是由它所濾除的諧波電流和一個(gè)比主電路小得多 的基波電流，絕緣要求也低。 5. 直流斷路器 : （ 1） 直流沒有過零點(diǎn)，難以熄?。? （ 2） 熄弧技術(shù)： a) 并聯(lián) LC 支路，利用 LC 振蕩產(chǎn)生反向電流以抵消線路電流，使之實(shí)現(xiàn)過零滅??；開關(guān)閉合工作時(shí)，電容器通過充電回路預(yù)充電，開關(guān)打開前，并聯(lián)到開關(guān)兩端構(gòu)成 LC 振蕩回路； b) 直接并聯(lián)帶間隙的電容器，利用電容器吸收能量熄??； c) 利用逐漸加大串聯(lián)電阻使回路電流下降，最后用電容器吸收能量熄??； d) 拉長電弧，增加弧電阻，降低回路電流，熄弧。 七、 HVDC 對交流系統(tǒng)的影響： 1. 概述： （ 1） 交流系統(tǒng)強(qiáng)弱程度 : a) 系統(tǒng)強(qiáng)弱程度反映了系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)對擾動的敏感度 。 b) 互聯(lián)等效 阻抗 : 阻抗高，系統(tǒng)弱；阻抗低，系統(tǒng)強(qiáng)； c) 交流系統(tǒng)慣性（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量）：慣量小，系統(tǒng)弱；慣量大，系統(tǒng)強(qiáng)； 注意 ：系統(tǒng)越弱，交、直流交互影響越強(qiáng)。 d) 短路比（ short circuit ratio， SCR）：換流站交流母線的短路容量與額定直流功率的比值，即： () e) 有效短路比（ ESCR） ：考慮無功補(bǔ)償設(shè)備后的短路比，即： () 注意 ：一般而言，短路比小于 2 的系統(tǒng)稱為弱 系統(tǒng)。 注意 ：系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下， SCR 可能不同。 注意 ：惡劣情況下，原來很強(qiáng)的系統(tǒng)也可能會變成弱系統(tǒng)。 2. 換相失?。? （ 1） 概念：當(dāng)逆變器兩個(gè)閥進(jìn)行換相時(shí)，因換相過程未能進(jìn)行完畢，或者預(yù)計(jì)關(guān)斷的閥關(guān)斷后，在反向電壓期間未能恢復(fù)阻斷能力，當(dāng)加在該閥上的電壓為正時(shí)，立即重新導(dǎo)通，則發(fā)生了倒換相，使預(yù)計(jì)開通的閥重新關(guān)斷，這種現(xiàn)象稱之為換相失敗。 （ 2） 機(jī)理：實(shí)際 HVDC 采用晶閘管在電流過零后恢復(fù)正向阻斷能力所需時(shí)間約為 400μ s（對應(yīng) 50Hz 下 176。），故當(dāng)關(guān)斷角小于 176。時(shí)， HVDC會發(fā)生換相失??；另外，當(dāng)交流系統(tǒng)較 弱時(shí)，也容易發(fā)生換相失敗。 （ 3） 主要因素：交流側(cè)母線電壓；直流電流；換相電抗；越前觸發(fā)角等。 () () （這里有些參數(shù) PPT 沒細(xì)講，我也沒搞懂，求指教） （ 4） 換相失敗的危害： a) 換相失敗引起輸送功率中斷威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定； b) 交流系統(tǒng)短路時(shí)，電壓跌落可能引起多個(gè)換流站同時(shí)發(fā)生換相失敗，導(dǎo)致多回直流線路功率中斷，引起系統(tǒng)潮流大范圍轉(zhuǎn)移和重新分布； c) 影響故障切除后受端系統(tǒng)電壓恢復(fù)， 進(jìn)而影響故障切除后直流功率快速恢復(fù)，可能會威脅交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。 （ 5） 措施： a) 利用無功補(bǔ)償維持交流電壓穩(wěn)定； b) 采用較大平波電抗限制直流電流暫態(tài)上升； c) 規(guī)劃階段降低變壓器短路電抗（換流電抗）； d) 增大觸發(fā)角或關(guān)斷角整定值； e) 人工換相等。 3. HVDC 引起的電壓穩(wěn)定： （ 1） 機(jī)理： 逆變器采用定熄弧角控制時(shí)，交流電壓下降，觸發(fā)角減小，無功功率增加，導(dǎo)致交流電壓進(jìn)一步下降。 （ 2） 措施： a) 使用無功補(bǔ)償裝置增強(qiáng)交流電壓支撐能力； b) 換流器控制模式轉(zhuǎn)換（改為定電壓控制）； c) 采用 VSC 換流器等。 4. 直流功率調(diào)制的影響 — 低頻振蕩抑制： （ 1） 基本概念 ： 由系統(tǒng)缺乏阻尼或系統(tǒng)負(fù)阻尼引起的輸電線路上的功率波動頻率一般在 ~，通常稱為低頻振蕩。自由振蕩頻率為： () 式中，由上式可知，機(jī)組慣量越大，振蕩頻率越低；輸送功率越大 ，振蕩頻率越低。 （ 2） 直流小信號調(diào)制 : a) 利用與交流聯(lián)絡(luò)線并聯(lián)運(yùn)行的 HVDC 的小信號調(diào)制可以有效地抑制互聯(lián)系統(tǒng)間的低頻振蕩； b) 原理：在已有 HVDC 控制系統(tǒng)中加入附加的直流小信號調(diào)制器，從交流聯(lián)絡(luò)線或兩端交流系統(tǒng)中提取異常信號，來調(diào)節(jié)直流線路傳輸?shù)墓β?，使之快速吸收或補(bǔ)償交流線路功率過剩或缺額，起到阻尼振蕩作用。 c) 常用直流小信號調(diào)制器類型：單入單出超前 滯后補(bǔ)償（原理類似于PSS）。 圖 7 1 直流小信號調(diào)制器模型 5. 諧波不穩(wěn)定性： （ 1） 諧波概念： 諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦 分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍；不是基波整數(shù)倍頻率的分量稱為間諧波或分?jǐn)?shù)諧波；頻率低于基頻的間諧波稱為次諧波。 注意 ： HVDC 換流器交流側(cè)為諧波電流源，直流側(cè)為諧波電壓源。 （ 2） 諧波穩(wěn)定性： a) HVDC 引起的諧波不穩(wěn)定是指在換流站附近有擾動時(shí)，諧波振蕩不易衰減甚至放大的現(xiàn)象，表現(xiàn)為交流母線電壓嚴(yán)重畸變。 b) 后果：電流諧波放大幾倍甚至幾十倍；電壓嚴(yán)重畸變會導(dǎo)致?lián)Q相失敗并使系統(tǒng)運(yùn)行困難； c) 不穩(wěn)定機(jī)理： i. 特征諧波大部分被交流濾波器吸收，但非特征諧波卻很難被濾波器吸收； ii. 系統(tǒng)阻抗、電源阻抗、濾波器阻抗等并聯(lián)，容易導(dǎo)致較低次 諧振頻率（ 5 次及以下）； iii. 諧振頻率如果與非特征諧波匹配可能導(dǎo)致諧波被放大，放大的諧波進(jìn)一步造成交流電壓波形畸變及脈沖不均衡，如果形成正反饋，最終導(dǎo)致交流母線電壓嚴(yán)重畸變，直流系統(tǒng)運(yùn)行困難或不能穩(wěn)定運(yùn)行； iv. 鐵芯飽和型諧波不穩(wěn)定是由于交直流系統(tǒng)中過多的低次諧波交互影響導(dǎo)致，諧波通過換流變壓器的磁通偏移被放大，諧波和換流器交互影響又激勵了這種放大，最終導(dǎo)致出現(xiàn)環(huán)流變壓器鐵芯飽和引起諧波不穩(wěn)定現(xiàn)象； v. 當(dāng)交流側(cè)并聯(lián)諧振頻率與直流側(cè)串聯(lián)諧振頻率剛好滿足交直流兩側(cè)諧波交互關(guān)系時(shí)，就發(fā)生互補(bǔ)諧振； d) 抑制諧波不穩(wěn)定措施： i. 規(guī) 劃階段避免互補(bǔ)諧振發(fā)生； ii. 利用磁通補(bǔ)償或諧波注入消除非特征諧波； iii. 附加控制電流調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖，保證非特征諧波最小； iv. 有源濾波等。 6. 不對稱運(yùn)行的影響： 在單極大地回線運(yùn)行方式或者雙極兩端接地不對稱運(yùn)行方式下，會有較大電（甚至為額定運(yùn)行電流）經(jīng)接地極流經(jīng)大地。 持續(xù)、長時(shí)間的大電流流過接地極會表現(xiàn)出三類效應(yīng)：電磁效應(yīng)、熱力效應(yīng)、電化效應(yīng)。 （ 1） 電磁效應(yīng)： a) 內(nèi)容：直流電流注入大地，在極址土壤中形成恒定直流電流場，導(dǎo)致出現(xiàn)大地電位升高、跨步電壓、接觸電勢等。 b) 影響：影響依靠大地磁場工作的設(shè)施；對金屬管道、鎧裝電纜、具有接 地系統(tǒng)電氣設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響；跨步電壓和接觸電勢影響人畜安全；電磁干擾。 （ 2） 熱力效應(yīng)： a) 直流電流作用下電極溫度升高，可能蒸發(fā)土壤水分，導(dǎo)電性能變差，電極將出現(xiàn)熱不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會使土壤燒結(jié)成幾乎不導(dǎo)電的玻璃狀，電極將喪失運(yùn)行能力。 b) 影響電極溫升土壤參數(shù)：電阻率、熱導(dǎo)率、熱容率、濕度。 （ 3） 電化效應(yīng)： a) 大地中水與鹽類物質(zhì)相當(dāng)于電解液，當(dāng)直流電流經(jīng)大地返回時(shí)，在陽極上會產(chǎn)生氧化反應(yīng)，使得電極及附近金屬發(fā)生電腐蝕；也會導(dǎo)致附近土壤中鹽類物質(zhì)被電解。 7. HVDC 引起的變壓器直流偏磁： （ 1） 問題：直流輸電系統(tǒng)接地極流過較大電流時(shí)（如 單極大地運(yùn)行）會導(dǎo)致中性點(diǎn)接地變壓器產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象。 （ 2） 后果：導(dǎo)致鐵芯飽和，產(chǎn)生諧波，引起振動和噪聲，引起發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)損壞變壓器，引起保護(hù)誤動等。 圖 7 2 直流偏磁對變壓器勵磁電流的影響 （ 3） 產(chǎn)生的原因： a) 電流在大地中流通，會在不同的地點(diǎn)產(chǎn)生不同的電勢，如果兩個(gè)變電站的接地網(wǎng)存在直流電勢差，加上交流系統(tǒng)的直流電阻比較小，這樣就會在交流系統(tǒng)中形成直流電流； b) 入地電流找到了一個(gè)比大地更容易流通的通道，即接地變壓器繞組和交流線路組成。 圖 7 3 大地電流回路 （ 4） 影響因素：兩臺接地變壓器所處位置的電位；兩個(gè)變電站接地電阻 R R2；變壓器繞組直流電阻 RT RT2；線路電阻 RL。 圖 7 4 （ 5） 抑制措施（根本思路：避免（減?。┑仉娏髁鹘?jīng)變壓器中性點(diǎn)）： a) 中性點(diǎn)串電阻，限制流入的直流電流： 圖 7 5 中性點(diǎn)串電阻 i. 優(yōu)點(diǎn)：簡單、可靠、低成本； ii. 缺點(diǎn)：不能徹底消除直流電流流入；接地性質(zhì)改變，有負(fù)面影響；影響方向保護(hù)靈敏度；系統(tǒng)故障時(shí)中性點(diǎn)過電壓等。 b) 改變中性點(diǎn)電位（如反向注入電流、電位補(bǔ)償?shù)龋? 圖 7 6 改變中性點(diǎn)電位 c) 中性點(diǎn)串隔直電容阻止直流電流流入： 圖 7 7 中性點(diǎn)串隔直電容 8. 短時(shí)過電壓： （ 1） 定義：超過正常電壓范圍，持續(xù)相對較長時(shí)間的不衰減或衰減慢的過電壓。（ Temporary Overvoltage， TOV） （ 2） 原因：造成換流站短時(shí)過電壓的根本原因是換流站安裝的大量無功補(bǔ)償電容器和濾波器；額定工況下，無功容量為額定輸送功率的40%60%，甩負(fù)荷時(shí)引起無功 消耗大幅下降甚至為零，剩余的無功補(bǔ)償容量就會導(dǎo)致過電壓。 （ 3） 影響 短時(shí)過電壓 大小的因素： a) 系統(tǒng)強(qiáng)弱程度與無功消耗情況； b) 由交流系統(tǒng)等效阻抗與直流輸電換流站無功補(bǔ)償設(shè)備和濾波設(shè)備構(gòu)成的并聯(lián)諧振； c) 由換流變壓器飽和或偏磁引起的勵磁涌流。 （ 4） 一般 短時(shí)過電壓 包含的分量 : 工頻過電壓分量；變壓器勵磁涌流引起的過電壓分量；并聯(lián)諧振決定的自由頻率分量。 （ 5） 限制 短時(shí)過電壓的 措施： a) 加強(qiáng)交流系統(tǒng)； b) 采用適當(dāng)?shù)闹绷鬏旊娺\(yùn)行策略； c) 電容器組與濾波器組投切； d) ZnO 避雷器限制過電壓。 9. HVDC 引起的次同步振蕩（ Subsynchronous Oscillation (SSO)）： （ 1） 概念：汽輪發(fā)電機(jī)軸系會與電力系統(tǒng)功率控制設(shè)備，如高壓直流輸電系統(tǒng)，靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)等，發(fā)生相互作用，產(chǎn)生的低于同步頻率的振蕩。 （ 2） 問題：在直流輸電整流站附近的汽輪發(fā)電機(jī)組，如果大部分功率通過直流輸電來輸送，且與交流大系統(tǒng)之間的聯(lián)系又比較薄弱，容易引起次同步振蕩（ SSO）。 （ 3） 后果：導(dǎo)致機(jī)組大軸疲勞甚至斷裂，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩失穩(wěn)。 （ 4） 作用機(jī)理：汽輪發(fā)電機(jī)的速度電動勢分量與換流器觸發(fā)角控制之間的緊密耦合與內(nèi)在的反饋關(guān)系。 圖 7 8 （ 5） 影 響因素： a) 發(fā)電機(jī)組與電整流站電氣距離：距離越近越不利； b) 發(fā)電機(jī)組與交流大電網(wǎng)聯(lián)系：聯(lián)系越薄弱越不利； c) 發(fā)電機(jī)組的額定功率與 HVDC 輸送的額定功率相對大小：若在同一個(gè)數(shù)量級上，不利； d) HVDC 控制器：電流調(diào)節(jié)器、輔助控制器等引起負(fù)阻尼。 （ 6） 抑制措施： a) 加入次同步阻尼控制器（ SSDC）等附加控制解決（本質(zhì)是通過提供對扭振模式的阻尼來抑制 SSO）； b) 附加一次設(shè)備防止（但價(jià)格昂貴