【正文】 我們一般將換流閥開斷過程中產(chǎn)生的快速變化的電壓、電流及換流閥與雜散參數(shù)組成的電路作為傳導(dǎo)騷擾源，從騷擾源的特性出發(fā)進(jìn)行傳導(dǎo)電磁騷擾的研究。 六脈動(dòng)換流電路中，換流閥正常狀態(tài)下都是非自然換相，在閥導(dǎo)通前，閥兩端電壓較高。 換流閥系統(tǒng)電磁騷擾的產(chǎn)生機(jī)理 換流站電磁騷擾源情況復(fù)雜，從產(chǎn)生機(jī)理可以分為如下四種： (1)換流閥運(yùn)行引起的持續(xù)電磁騷擾； (2)換流站高壓設(shè)備電暈產(chǎn)生的電磁騷擾； (3)換流站高壓設(shè)備放電產(chǎn)生的電磁騷擾； (4)操作、雷電和故障引起的電磁騷擾。 (2)如果采用架空直流輸電線 ,線路下方的低頻電場(chǎng)和低頻磁場(chǎng)遠(yuǎn)小于國際公認(rèn)的容許值。如果該交變的磁場(chǎng)強(qiáng)度 達(dá)到一定限值，就可能激發(fā)生態(tài)效應(yīng)，影響處在場(chǎng)中的人和其他活的有機(jī)體。 初步研究后發(fā)現(xiàn)：由于采用高頻可關(guān)斷電力電子器件，柔性直流輸電系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁環(huán)境問題存在許多新的特點(diǎn)。可得以下結(jié)果： 22 圖 沿線各點(diǎn)電壓 圖 沿線各點(diǎn)電流 柔性高壓直流輸電電場(chǎng) E 的計(jì)算 電場(chǎng)的計(jì)算（ U=503kV點(diǎn)處的電場(chǎng)） 導(dǎo)線的等效半徑 a= ，距導(dǎo)線的距離 h=15m， 由高斯定理知 ldsD? ??? ? （ 1） 23 ED ???其中 ，代入（ 1）可得 ???? ??? 2E ，則 ????2?E （ 2） 由場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的積分關(guān)系知 ? ??ha UdE ? （ 3） （ 2）代入（ 3）可得 Udha ??? ?????2 ，由此積分可得 ahUln2???? （ 4） （ 4）代入（ 2）可得 ahUE ln?? ? （ 5） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18050100150200250300350400450 X : 1 6 . 5Y : 6 . 8 9X = h ( m )Y=E(Kv/m)X : 1 4 . 8 3Y : 7 . 8 5 3X : 1 3 . 1 7Y : 9 . 0 9 8X : 6 . 5Y : 2 2 . 1 5X : 8 . 1 6 7Y : 1 6 . 5 5X : 1 1 . 5Y : 1 0 . 7 6X : 9 . 8 3 3Y : 1 3 . 0 9X : 4 . 8 3 3Y : 3 2 . 5 6X : 3 . 1 6 7Y : 5 7 . 2 7X : 1 . 5Y : 1 6 5 . 5 圖 U=503kV距導(dǎo)線不同距離的電場(chǎng)分布 沿線電場(chǎng)的計(jì)算 導(dǎo)線的等效半徑 a= ，距導(dǎo)線距離分別為 h1= h2= h3= 由高斯定理知 ldsD? ??? ? （ 6） ED ???其中 ，代入（ 6）可得 ???? ??? 2E ，則 24 ????2?E （ 7） 由場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的積分關(guān)系知 ? ??ha UdE ? （ 8） （ 7）代入（ 8）可得 Udha ??? ?????2 ，由此積分可得 ahUln2???? （ 9） （ 9）代入（ 7）可得 ahUE ln?? ? （ 10） 由以上推導(dǎo)過程可得沿線電場(chǎng)分布如圖 所示： 498 500 502 504 506 5081641 6 4 . 51651 6 5 . 51661 6 6 . 5167X = U ( K v )Y=E(Kv/m)h = 1 . 5498 500 502 504 506 5081491 4 9 . 51501 5 0 . 51511 5 1 . 5X = U ( K v )Y=E(Kv/m)h = 1 . 6498 500 502 504 506 5081 2 5 . 61 2 5 . 81261 2 6 . 21 2 6 . 41 2 6 . 61 2 6 . 81271 2 7 . 21 2 7 . 4X = U ( K v )Y=E(Kv/m)h = 1 . 8 圖 距導(dǎo)線不同距離時(shí)沿線電場(chǎng)分布 磁場(chǎng) B 的計(jì)算 真空中有一段長為 L 的載流直導(dǎo)線，通過的電流為 I，計(jì)算與它的垂直距離為 a 的場(chǎng)點(diǎn) P 的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)線路中通過三相對(duì)稱的交流電流時(shí)，這些電感將形成對(duì)應(yīng)的電抗，通過解耦后，其每相單位長度的等效電抗相等，如下： 單導(dǎo)線線路每相單位長度的電抗為 41 ???????? ?? rmrDfx ?? （ 7） 上式中， x1為導(dǎo)線單位長度的電抗， km? ； r 為導(dǎo)線半徑， mm 或 cm。 美國航天局正致力于研究利用激光給太空航天器輸送電能的研究，經(jīng)試驗(yàn)取得一定的進(jìn)展。 (2)能改變因能源分布不均衡造成的輸電不經(jīng)濟(jì)、不合理的狀況，彌補(bǔ)地面電站、電網(wǎng)的分布不足。由于應(yīng)用FACTS 控制器的方案常常比新建一條線路或換流站的方案更便宜，它甚至可以擴(kuò)大到原屬于直流輸電專有的應(yīng)用范圍。現(xiàn)行電力系統(tǒng)由穩(wěn)定條件限定的輸送功率的極限偏低，輸電線路的能力遠(yuǎn)未被充分利用，麗采用 FACTS 技術(shù)，理論上可使輸電線路的輸送功率極限大大提 高，甚至接近導(dǎo)線的熱穩(wěn)極限，從而提高輸電線路資源利用率。分頻輸電的結(jié)構(gòu)簡單，效益顯著，在成倍提高線路輸送能力的同時(shí)，還可顯著提高系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行水平，減少電壓波動(dòng)和無功補(bǔ)償容量。分頻輸電由水輪機(jī)組發(fā)出 50／ 3Hz 的電力，經(jīng)變壓器后由長距離輸電線路將電力輸送到受端，然后用倍頻變壓器將低頻電力還原為50Hz 向工頻系統(tǒng)供電。 800KV 直流輸電兩端直流中間不落點(diǎn)，直接將電力送至大負(fù)荷中心，其輸電容量大且距離 遠(yuǎn)，線路走廊窄的特點(diǎn)，對(duì)于解決我國“西電東送”工程中電能輸送量大、輸電走廊擁擠（環(huán)渤海、長三角珠三角受端、電網(wǎng)密集）、輸送距離遠(yuǎn)等突出問題大有裨益。 多相輸電的研究與工業(yè)試運(yùn)行，在美國及其他一些國家進(jìn)行了 20 多年，并取得很有吸引力的結(jié)果。 多相輸電技術(shù)（ MPTS） 在 1972 年法國舉行的第 24 屆國際大電網(wǎng)會(huì)議上，美國學(xué)者者 H C Barnes 與 L T Bartho1d 首次提出超常規(guī)輸電方案，即采用多于三相輸電線路的輸電方案。過電壓沿線的分布規(guī)律與空載電壓的分布規(guī)律類似。也就是說，空載線路末端電壓與帶負(fù)荷時(shí)的電壓接近，基本上不需要安裝無功補(bǔ)償裝置。在幅員廣闊的國家， HWACT 是一種很有吸引力的 輸電方案。為了確保城市電網(wǎng)持續(xù)發(fā)展，需要研究運(yùn)行靈活、可控性高的新型輸電技術(shù)，針對(duì)性地解決城市電網(wǎng)電源支撐弱、無功電壓支撐能力不足等關(guān)鍵問題。 （ 2） 城市電網(wǎng)發(fā)展 隨著城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市電網(wǎng)作為主要負(fù)荷中心，負(fù)荷密度越來越高，用電負(fù)荷量、質(zhì)的需求不斷增加，以交流輸電為主的城市電網(wǎng)電能輸送面臨越來越大的困難和挑戰(zhàn)。 挪威泰瑞爾 (Troll A)柔性直流工程是世 界上第一個(gè)從大陸向海上平臺(tái)提供電能的柔性直流系統(tǒng)．該工程從挪威的科爾斯奈斯 (Coles ness)換流站向泰瑞爾海上天然氣鉆井平臺(tái)上的變速同步電機(jī)進(jìn)行供電，使得同步電動(dòng)機(jī)的頻率可以在 42～ 63Hz、運(yùn)行電壓在 0～ 56KV 之間的范圍變化 。另外， VSC HVDC 系統(tǒng)具有的有功和無功獨(dú)立調(diào)節(jié)能力，使系統(tǒng)在輸送有功的同時(shí)能夠保持兩側(cè)交流系統(tǒng)的電壓恒定，從而提高電能質(zhì)量。同樣，美國的 Cross Sound Cable 工程將紐約長島和 New England 電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)非同步聯(lián)網(wǎng)，該工程將 VSC HVDC 的直流電壓和直流電流等級(jí)都提高到了一個(gè)新的水平，而且該工程于 2021 年 8 月在美國東北部電網(wǎng)的黑起動(dòng)過程中發(fā)揮了十分積極的作用，反映了 VSC HVDC 具有很強(qiáng)的電網(wǎng)恢復(fù)控制能力。 圖 VSCHVDC換流器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基波相量圖 柔性直流輸電技術(shù)的應(yīng)用 按現(xiàn)有投運(yùn)工程及技術(shù)特點(diǎn)其應(yīng)用領(lǐng)域的劃分 （ 1）連接分散的小型發(fā)電廠。另外，這種新型電纜重量輕、傳輸功率密度大，對(duì)于一對(duì) 95mm2的鋁電纜在直流電壓為 100KV時(shí)能夠傳輸 30MW的功率，其重量為 1kg/m，絕緣厚度為 ，可以方便地掩埋入地中。 （ 5） 交流濾波器 ： 與基于晶闡管的傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)不同，電壓源型直流輸電系統(tǒng)采用 PWM 技術(shù)。變壓器繞組中基本不含諧波電流分量和直流電流分量；而且這種變壓器接法能夠防止由調(diào)制模式引起的零序分量向交流系統(tǒng)傳遞。兩電平換流器是用于輕型直流輸電系統(tǒng)中最簡單的換流器 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖 (a)所示。這種輸電技術(shù)能夠快速實(shí)現(xiàn)有功和無功的獨(dú)立控制、能向無源網(wǎng)絡(luò)供電、換流站間無需通訊、且易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)。 （ 5）由于 VSC 交流側(cè)電流可以被控制，所以不會(huì)增加系統(tǒng)的短路功率。為了促進(jìn)并形成自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)， 2021年 5 月，由中國電力科學(xué)研究院組織國內(nèi)權(quán)威專家在北京召開“柔性（輕型）直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架研討會(huì)”，會(huì)上與會(huì)專家一致建議國內(nèi)將該技術(shù)統(tǒng)一命名為“柔性直流輸電”，對(duì)應(yīng)英文為HVDC Flexible?；?VSC 技術(shù)的新型高壓直流輸電技術(shù)相比于傳統(tǒng) HＶ DC技術(shù)具有三個(gè)最主要的優(yōu)點(diǎn)：①獨(dú)立控制有功功率和無功功率；②潮流反轉(zhuǎn)時(shí)不需要倒轉(zhuǎn) 直流電壓的極性；③沒有換相失敗故障。然而由于晶閘管閥關(guān)斷不可控，目前廣泛應(yīng)用的基于晶閘管的電流源型高壓直流輸電技術(shù)有以下固有缺陷：①只能工作在有源逆變狀態(tài)，且受端系統(tǒng)必須有足夠大的短路容量，否則容易發(fā)生換相失?。虎趽Q流器產(chǎn)生的諧波次數(shù)低、諧波干擾大；③換流器需吸收大量的無功功率，需要大量的濾波和無功補(bǔ)償裝置；④換流站占地面 積大、投資大。交直流混合輸電是現(xiàn)代電網(wǎng)的主要發(fā)展趨勢(shì)。 Pulse Width Modulation。 8～ 9 柔性直流輸電技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的對(duì)比。本題目從柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展背景開始， 主要調(diào)研柔性直流輸電技術(shù)的基本 原理和國內(nèi)外工程應(yīng)用情況；從中對(duì)比了柔性直流輸電與常規(guī)直流輸電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和不足；進(jìn)而介紹國際上多種直流輸電技術(shù)。 3～ 4 柔性直流輸電與傳統(tǒng)直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)分析與對(duì)比 。 15 畢業(yè)答辯 II 柔性直流換流閥系統(tǒng)電磁兼容研究綜述 摘 要 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，柔性直流輸電技術(shù)越來越受到人們的重視。大功率換流器的研究成功，為高壓直流輸電突破了技術(shù)上的障礙，因此直流輸電重新受到人們的重視。隨著全控型功率器件的發(fā)展及其性能的不斷改善，基于電壓源（ VSC）換流技術(shù)的高壓直流輸電（ HVDC）的工程應(yīng)用越來越多。另外，城市用電負(fù)荷的快速增加，需要不斷擴(kuò)充 電網(wǎng)容量，但考慮到城市人口膨脹和城區(qū)合理規(guī)劃，一方面要求利用有限的線路走廊輸送更多的電能，另一方面要求大量的配電網(wǎng)轉(zhuǎn)入地下。 國內(nèi)關(guān)于柔性直流輸電技術(shù)的研究開始的比較晚，目前還屬于起步階段。這意味著故障時(shí)，如果 VSC容量允許 ， 那么 VSC HVDC系統(tǒng)既可向故障系統(tǒng)提供有功功率的緊急支援，又可提供無功功率緊急支援，從而既能提高系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性，還能提高系統(tǒng)的電 壓穩(wěn)定性。 (8)換流站間的通訊不是必需的，其控制結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)無人值守。隨著大功率電力電子器件的發(fā)展，目前IGBT 的耐受電壓達(dá)到 、通斷電流最大達(dá)到 3kA， IGCT 目前能承受的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓達(dá)到 6KV，最大可控關(guān)斷電流達(dá) 3～ 6kA。通常，為了使換流器能夠達(dá)到最大的有功功率和無功功率，變壓器的二次側(cè)繞組帶有分接頭開關(guān)。因此，對(duì)換流電抗器的參數(shù)必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，在選擇交流濾波器參數(shù)時(shí)，要視上述具體情況而定。由圖可知，有功功率的傳輸主要取決于δ ,無功功率的傳輸主要取決于 UC。 （ 2）不同額定頻率或相同額定頻率的交流系統(tǒng)間的非同步運(yùn)行和電力交易。 （ 4）構(gòu)筑城市直流輸配電網(wǎng)和提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量。 代表性工程應(yīng)用 柔性直流輸電是解決風(fēng)電并網(wǎng)的有效途徑之一，應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的柔性直流輸電工程有哥特蘭 (Gotland)工程、泰伯格 (Tai Bog)工程和在建的瑙德 (Nord E． ON1)工程．哥特蘭工程不僅將哥特蘭島的電能輸送到瑞典本土，而且提供了風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無功功率支撐，解決了潮流波動(dòng)、電壓閃變和頻率不穩(wěn)定的問題，有