分析特高压换流站交流滤波器断路器恢复电压特性

分析特高压换流站交流滤波器断路器恢复电压特性

温泉高梓栩

在目前的经济发展中，能源需求量越来越大，对于能源的质量要求也越来越高，所以为了满足社会经济发展的需要，不断提高电力系统的运行效率和质量意义重大。就目前的情况来看，特高压换流站在实际利用中能够有效的减轻区域环保压力和城市建设的压力，同时也可以满足用电负荷快速增长的要求，所以其在现阶段的直流输电工程中实现交直流输电转换方面有着非常重要的价值。在整流、逆变的过程中，换流器本身会存在较大的谐波，而换流站的交直流侧会产生比较严重的电压畸变，所以消除畸变保证交直流电压正常输出意义重大。从实际情况分析来看，在特高压换流站中进行交流滤波器断路器的有效利用可以实现电压的恢复，因此强化这方面的研究现实意义巨大。

一、建模与仿真

（一）系统条件

就目前的建模和仿真来看，系统条件主要有四个方面：第一是交流系统，第二是直流系统，第三是换流装置，第四是其他方面的因素。总而言之，要实现建模和仿真，就必须对系统的运行进行全方面的考虑，通过对交流系统、直流系统以及换流装置的充分研究，在将其他系统因素考虑进来，使整个系统的运行条件实现优化，建模的效果会更加突显，仿真的结果也会具有更高的可靠性。

（二）滤波器模型

在建模与仿真当中，滤波器的模型选择十分重要。在建模仿真中，为了确保仿真结果的实践性意义，采用四大组，共16小组交流滤波器的配置，并按每4小组交流滤波器并联组成一大组交流滤波器的方式连接到交流母线上，滤波组的具体连接方式见下图。

就目前情况分析来看，换流站中使用的小组滤波器类型主要有双调谐带通滤波器（BP11/13）、双调谐高通滤波器（HP24/36）、单调谐高通滤波器（HP3）和SC并联电容器四种。不同的滤波器运行参数不同，所需运行工况也不同，所以需要具体考虑。

（三）仿真工况

利用建模的方式对特高压换流站交流滤波器断路器的电压恢复特性进行研究，需要对建模仿真的工况进行详细的分析和了解，这样才能保障仿真结果的可靠性。针对此次建模当中开断换流站滤波器组的具体情况，发现存在着诸多影响断路器恢复电压特性的因素：比如滤波器组的无功容量、直流负荷大小、换流站的总无功容量、无功潮流分布等等。

在故障前，直流输送的功率是1.05pu，在交流系统的选择上，利用冬季最小运行工况，在故障发生前保证其处于满负荷的运行状态，将所有滤波器组以及电容器组投入运行。在充分考虑正常运行和交流故障两种情况的基础上，在故障发生的特定时间内对换流阀进行闭锁，同时将故障线路进行切断，之后再将小组交流滤波器断路器进行开断。简言之，为了保证仿真结果的科学有效，积极的对仿真工况的现状进行详细分析，可以进一步的提升仿真结果的可靠性。

二、仿真结果及分析

（一）交流侧无故障时滤波器断路器恢复电压特性

在系统没有故障产生的时候，交流侧三相电压处于相对平稳的状态，工频频率下滤波器的参数也会满足规定的条件，在开断前，线路的电压几乎都存在于电容的两端处，所以滤波器组的特性和开断中性点接地的三相电容器组存在着相似性，这时候，滤波器的类型对滤波效果的影响无明显的差别。

如果将滤波器组看成是电容电抗的组合电路，那么当电流在过零开断的时候，电源电压就会达到一个最大值。因为在开断的瞬间电容电压存在不可突变的特点，所以电容缓慢放电的情况可以忽略不计，这时候，电源电压和滤波器组电压之间的差值就会成为恢复电压。在系统正常运行的时候，开断交流滤波器断路器产生的恢复电压在开断后1/2个工频周期时刻出现了最大值，此值约为电源电压分值的两倍。通过仿真研究发现，仿真结果对此进行了印证。

（二）交流母线发生短路故障时滤波器断路器恢复电压特性

在交流母线侧发生了明显的短路故障，原本处于平衡状态的三相电压就会被打破，这时候，较大的谐波电流会通过滤波器进行接地。在实际分析的过程中发现，滤波器对于高频的谐波电流存在着电感特性，所以在开断后会发生过渡过程，而此时高频的暂态振荡会导致断口间出现比较复杂的恢复电压波形。这时候，初始时刻高频振荡会导致滤波器电容初始储能呈现增加的态势，所以恢复电压的最大值会显著的高于没有故障的时候。

从仿真研究来看，在交流侧发生三相短路接地故障的时候谐波的情况最为严重，开断交流滤波器的恢复电压也会达到最大。在实际电力系统当中，相比于单相短路接地故障，三相短路接地故障的发生概率更低，所以针对不同的故障情况需要进行不同的研究。从不同类型的小组滤波器分析来看，恢复电压的峰值均是出现在开断后1/2个工频周期时刻，而发生三相短路接地故障时恢复电压的水平达到最大，最大值出现在小组交流滤波器的断路器上。

结束语：

特高压换流站在目前的电力系统应用当中有着非常重要的地位，充分考虑交流滤波器断路器恢复电压特性，可以更好的提高其运行价值，而建模仿真又是解决电力系统运行过程中各种问题的有效方法，充分利用这种方法可以更好的对交流滤波器断路器恢复电压特性展开研究，进而提升特高压换流站的经济利用价值和环境改善作用。

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