1 前 言
換流變壓器及濾波裝置是直流輸電系統(tǒng)中的重大技術裝備。傳統(tǒng)的換流變壓器及濾波方案雖然廣泛應用,，但并不完善,。傳統(tǒng)濾波方案將濾波器安裝于交流母線與換流變壓器網(wǎng)側繞組之間,。這使得由換流器產(chǎn)生的諧波電流和無功電流均要通過變壓器的網(wǎng)側,、閥側繞組,。這必然會在鐵心和結構件中通過較強的諧波磁通,，使得變壓器絕緣強度加大，損耗增加,，振動 和噪聲大[1-2],。
針對上述問題，本文提出了一種新型換流變壓器及其濾波系統(tǒng),，它是利用電磁感應原理在副邊繞組間實現(xiàn)諧波磁勢平衡的諧波抑制新方法,，稱之為感應濾波[3-5]；分析了該濾波新方法的諧波抑制機理,；在此基礎上,，對在建的新型直流輸電系統(tǒng)平臺的閥側濾波器進行綜合 設計[6]。
2 感應濾波的諧波抑制機理
現(xiàn)以圖1所示中間引出抽頭接單調諧濾波器的單相三繞組變壓器為例,，闡述利用變壓器耦合繞組的安匝平衡作濾波機理的新型濾波方式,。圖中,，1表示一次繞組,，2表示二次延邊繞 組，3表示二次公共繞組,， Ih 表示諧波電流源,。箭頭所示為諧波電流在變壓器中的流通路徑。
分析可知：在延邊繞組2通過諧波電流影響下,，公共繞組2和一次繞組1要感生相應的諧波電流,，滿足以下磁勢平衡關系 ：
W2Ih=W3Ih3+W1Ih1 （1）
式中：W1 一次繞組的匝數(shù)，W2 二次負載繞組的匝數(shù),，W3—二次濾波繞組的匝數(shù),。
如果延邊繞組2 和公共繞組3 的安匝能保持平衡，則 Ih1 =0,，就不會在一次繞組感生諧波電流,，從而使一次與諧波隔離開來，達到諧波屏蔽的目的,。
由此可知,，該種濾波方式的實現(xiàn)需要同時滿足如下兩個條件[3]：
（1）圖1 變壓器二次繞組引出抽頭接濾波器，目的是對諧波加以引流,，為變壓器耦合繞 組2,、3 的諧波安匝平衡作濾波方式提供前提。引流效果越好,，利用耦合繞組的諧波屏蔽效 果就越好,因此,，濾波器應力求達到諧振。
（2）變壓器二次耦合繞組2,、3 的安匝能否保持平衡,，從而使一次繞組1 不至于感生諧波電流,，取決于繞組的布置及其阻抗關系。具體地,，就是通過變壓器設計使公共繞組3 的等 值阻抗等于0 或近似等0,。
上述兩個條件同時滿足，即可有效抑制諧波在變壓器中的流通路徑,，使諧波不至于通過 變壓器回饋至網(wǎng)側,，從而起到對諧波隔離屏蔽的作用。
3 濾波器設計
3.1 雙調諧濾波器特性分析
根據(jù)直流輸電系統(tǒng)的特點,，建立如圖2 所示用來驗證新型濾波方式及對比分析與傳統(tǒng)無源濾波效果差異的實驗平臺,。整流站采用新型換流變壓器，二次繞組有抽頭引出接DT5/7 和DT11/13,，一次繞組出線端,，即網(wǎng)側接二階高通濾波器HP2 及并聯(lián)電容器；逆變站采用 傳統(tǒng)換流變壓器,這里不再說明,。新型直流輸電系統(tǒng)閥側采用雙調諧濾波器,，其基本電路結構由圖2可知；其有兩個諧振頻率,，同時吸收兩個鄰近頻率的諧波,，等效于兩個并聯(lián)的單調諧濾器[7]。
閥側雙調諧濾波器 是由串聯(lián)諧振回路C1,、L1和并聯(lián)諧振回路C2,、L2串接而成.兩個回路分別有各自的頻率阻抗關系和諧振點,兩回路串聯(lián)構成雙調諧濾波器的阻抗頻率關系。并聯(lián)回路C2L2的阻抗特性如圖3(a)所示,。圖3(a)中兩個阻抗特性曲線中,，虛線部分表示濾波器的阻抗呈容性；實線部分則表示濾波器的阻抗為感性,；由圖3(a)可知,，對于基頻而言，并聯(lián)回路的阻抗很小,，即并聯(lián)回路承受的電壓很低,，串聯(lián)回路的阻抗較大，且為容抗,。因此,，對于雙調諧濾波器來說，主 要由串聯(lián)電容器承受接入母線電壓,。
串聯(lián)和并聯(lián)回路的阻抗特性曲線的交點 ω1 ,、 ω2 處，容 抗與感抗相互抵消,，它們對應的諧波次數(shù)為 n1 ,、 n2 ,。雙調諧濾波器的阻頻特性需要將串聯(lián)回路與并聯(lián)回路的阻頻特性合成考慮.此時，雙調諧濾波器的阻頻特性曲線如圖3(b)所示,，明顯可知其在諧波次數(shù)為 n1 ,、n 2處發(fā)生諧振.
3.2 雙調諧濾波器參數(shù)設計[8]
根據(jù)式(4)，利用MATLAB 圖象處理工具,，可得到如下DT11/13 安全系數(shù)與調諧點的關系曲 線,，如圖4 所示。
由圖4 曲線可得到如下結論： (1)安全系數(shù)必須大于1,，這樣,，才能使各調諧點稍微前移，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振,，且使 DT11/13 在11,、13 次調諧頻率下呈感性，避免諧波放大,。 (2)安全系數(shù)必須有個上限,，這樣，才能不致于使濾波器過分頻偏,，影響濾波效果及對系統(tǒng)的無功補償量,。
通過式(4)反復試算可得到DT11/13 安全系數(shù)最合適范圍是：1.0
4 仿真分析
本文基于Matlab動態(tài)仿真工具Simulink下的電力系統(tǒng)工具箱Simpowersystem對圖2系統(tǒng)進行仿真工作。仿真所用到的該實驗平臺交直流系統(tǒng)參數(shù)及新型換流變壓器,、傳統(tǒng)換流變壓器參數(shù)因篇幅限制略.由圖5(a)和圖5(b)明顯可知，新型換流變壓器及其濾波系統(tǒng)可有效地將主要次特征諧波抑制于閥側,，網(wǎng)側繞組電流的畸變率大大降低,。對比閥側和網(wǎng)側的電流頻譜圖，新系統(tǒng)下的閥側濾波方案可將換流器產(chǎn)生的5,、7,、11 和13次主要次特征諧波有效地抑制于閥側，且變壓器原邊出線端的諧波含量遠低于國家標準,，進一步說明該文基于感應濾 波機理的濾波器的優(yōu)越性和可行性,。
5 結 論
(1) 本文提出了一種利用變壓器電磁感應原理在副邊繞組間實現(xiàn)諧波磁勢平衡的諧波抑制新方法－感應濾波；通過對其諧波抑制機理分析,，給出了感應濾波對變壓器阻抗和配套 濾波裝置的阻抗要求,；
(2) 本文以實驗室建立的新型直流輸電系統(tǒng)平臺為研究對象，對新系統(tǒng)下閥側雙調諧濾 波器進行了參數(shù)設計,，通過實驗驗證了新型濾波方式的有效性,，揭示了新型濾波方式及基 于新型換流變壓器的直流輸電系統(tǒng)所具有的優(yōu)越性。
本文作者創(chuàng)新點：1. 提出了一種利用變壓器電磁感應原理在副邊繞組間實現(xiàn)諧波磁勢 平衡的諧波抑制新方法－感應濾波,；2. 由于該雙調諧濾波器安裝于交流網(wǎng)側母線中,，考慮 到其與系統(tǒng)阻抗的影響,，為此引入了安全系數(shù)的概念對濾波器的元件參數(shù)進行修正，使該雙調諧濾波器在11,、13 次諧波頻率下略呈感性,，使其避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振，防止諧波放大,。