（1.昆明供电设计院；2.昆明供电局 云南昆明 650000）
摘要：2018年云南平均气温突破了历史同期最低记录，冰灾后，直流融冰技术在省内电力行业中得到了广泛应用，可控整流技术带来的谐波问题也随之而来，本文结合现有对高压直流输电谐波的理论研究成果,通过对云南500kV圭山变电站12脉波整流融冰装置交流侧的典型波形进行了统计分析,整理出直流融冰系统交流侧谐波存在的一些特点,分析研究后提出治理方案,为以后新建厂站的直流融冰装置进行滤波设计时提供参考。
关键词：直流融冰；谐波；仿真统计；分析研究；治理
引言
入网整流融冰设备的谐波源主要是晶闸管整流器，晶闸管整流器即使在理想状态下运行（即三相交流系统完全对称，直流换流电抗等于零）时，整流变二次绕组也会流过全方波电流，对应的一次绕组流过梯形波电流，其电流波形发生畸变，对于三相全控桥12脉波整流器，变压器原边及供电线路中含有11、13、23次等高次谐波电流，而三相交流系统很难完全对称，造成谐波成分更复杂，电压与电流波形发生畸变更严重，注入电网后将对电气设备产生危害，所以必须采取措施有效抑制谐波注入电网。为满足整流融冰装置投入后，圭山变电站500kV、220kV侧母线电压谐波总畸变率小于2.0%，35kV侧母线电压谐波总畸变率小于3.0%的入网要求，根据系统条件进行分析研究，保证融冰设备符合入网条件。
1.直流融冰装置回路结构
500kV圭山变电站直流融冰装置主回路结构采用12脉动整流方式，由整流变压器、晶闸管换流器、平波电抗器组成，经过站内35kV侧Ⅲ段母线接入系统，见下图。其中，融冰装置额定输出容量60MW，额定电流4500A，额定电压13.45kV；整流变额定容量70/35/35MVA，额定电压35±2x2.5%/5.5/5.5kV，短路阻抗Ud1-2 = Ud1-3=20%，接线方式D-d-y11；平波电抗器电感值8mH，额定电压35 kV，额定电流4500A。
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2.接入系统条件
①电气主接线：
500kV配电装置：3/2接线，最终建成 10线 4变，共 6个完整串；目前已建4回出线，2回主变进线；
220kV配电装置：双母双分段接线，最终建成 16回架空出线；目前已建 8回出线；
35kV配电装置：单母线接线。
②主变：
容量：终期4×750MVA，已建2×750MVA；
型式：三相三绕组自耦无载调压；
额定电压及分接头：525/242（+1～-3）x2.5/35kV；
短路阻抗：Ud1-2=14％，Ud1-3％=59％，Ud2-3=40％；
容量比：750/750/240MVA；
接线组别：YN，a0，d11。
③短路控制水平：
500kV母线三相：63kA；
220kV母线三相：50kA；
35kV母线三相： 40kA。
3.整流变副边电压验证
首先，整流变配置考虑为D-d-y11接线，可使两个六脉动桥产生的5、7次谐波相互抵消，有效的抑制谐波电流。由于三角形联接桥式整流变阀侧交流线电压超前星形联接桥式整流变阀侧交流线电压30°，其线电流也同样超前星形联接桥式整流变阀侧交流线电流30°，整流变一次侧的谐波电流计算公式见（1-1），通过计算两个整流桥产生的5、7、17、19等次谐波互相抵消，注入电网的只有12k±1次谐波。
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（1-1）
式中Ih 为整流变原边电流，Id为融冰装置直流侧电流，h为谐波次数，s=1=0,1,2…。
另外，按整流变额定电压35kV/5.5kV/5.5kV，变压器的副边电压完全能满足融冰装置的需求，如果提高整流变的副边电压，虽然也能满足融冰装置的需求，但通过整流变注入35kV网侧的谐波电流、谐波电压就高了，对系统影响不利。通过利用PSCAD软件分别对其中一回220kV圭沙Ⅰ线在整流变额定电压为35kV/10kV/10kV和35kV/5.5kV/5.5kV进行仿真验证，系统侧谐波电流结果如下表，从表中可以看出选择整流变额定电压为35kV/5.5kV/5.5kV的合理性。
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4.仿真分析与滤波方案设计
通过利用PSCAD软件进行仿真，融冰模式下控制策略采用恒电流控制，对本站所有三相交流融冰线路的其中两相导线融冰进行谐波计算，得到融冰装置投入后变电站仅35kV侧母线电压谐波总畸变率超标，其中最长500kV圭西甲线及220kV圭沙Ⅰ线计算结果及波形如下：
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同样，当采用所有三相交流融冰线路的导线+地线融冰模式时，按以上方式，得到融冰装置投入后变电站仅35kV侧母线电压谐波总畸变率超标，根据计算结果，11次最大谐波电流接近100A，13次最大谐波电流接近80A，其余谐波电流均较小，考虑分别设置基波容量为10Mvar滤波器组对11次及13次谐波进行吸收。零功率试验时消耗无功最大，融长线路时无功消耗最小约16Mvar，故在系统35kV侧，融冰装置最近处的整流变原边母线上分别安装两组15.84Mvar调谐滤波器。
5.不同滤波策略抑制谐波效果
利用PSCAD软件仿真对比融冰装置进网时未投入滤波器、整流变阻抗电压分别为12%及20%时投入11次及13次两组调谐滤波器后系统35kV侧谐波电流和谐波电压效果，如下表所示，未投入滤波器时融冰装置进网则系统35kV侧谐波电压总畸变率超标，整流变阻抗电压20%时投入11次、13次两组调谐滤波器系统35kV侧谐波电压总畸变率满足国标要求，而且更理想，所以选择整流变阻抗电压为Ud1-2 = Ud1-3=20%是合适的。
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6.结论
直流融冰装置是利用三相桥式整流电路将交流转变成直流，电力电子器件的应用将一定量的谐波电流注入了电网，如果谐波超标将造成电压波形畸变、功率因素降低等电能质量下降，使输变电设备增加了附加的谐波损耗，同时加快了设备绝缘的老化，影响各种电气设备的正常工作，特别是精密测量仪器的准确度，导致继电保护和自动装置的误动作，还可能对邻近的通信造成干扰和引起局部电网的谐振等。通过上文统计仿真研究后，得出在直流融冰建设项目中对装置产生的谐波进行抑制处理时，需要对进网系统各电压级侧谐波含量进行对比分析，同时验证出整流变需要选择的理想电压和阻抗，从而得到最适合的滤波方案，达到工程建设的安全性、经济性及实用性。
参考文献
［1］中电普瑞科技有限公司．500kV圭山变电站直流融冰装置建设项目设计联络会材料[J]．
［2］中电普瑞科技有限公司．500kV圭山变电站直流融冰装置建设项目滤波支路技术参数计算、仿真、校核报告[J]．
［3］杨海峰．直流融冰系统交流侧谐波分析[J]．云南电业，2015年05期．
［4］张迅，曾华荣，文贤馗，吕黔苏，马晓红．直流融冰装置常见问题及对策研究[J]．电网科技 贵州电力技术，2012年2月第15卷第2期．
［5］胡湘．输电线路直流融冰的谐波仿真分析[J]．电网科技 贵州电力技术，2014年1月第17卷第1期．