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摘 要

随着人类社会对电能及电能质量需求的进一步提升，考虑到可再生与不可再生资源的分布不均匀，区域性电网互联和更长距离、更大功率的电能传输正得到越来越多的关注。而高压直流输电技术的发展为上述的需求提供了相关技术，使其在建设和经济方面都更加可行，其中，我国的高压/特高压直流输电技术已经逐步发展起来，无论是对该项技术的需求，还是可供研究的实际案例与工程经验都十分充足，使得我国高压/特高压输电技术的发展前景更加广阔。高压直流输电技术因其电压等级通常较高，传输方式与传统交流系统有许多不同，也就具备了交流系统不具备的特性。本文主要考虑的是针对高压直流换流站PLC技术所面临的各类高频噪声干扰问题。

本文从HVDC换流站PLC噪声源的模型出发，采用了他人研究所得的换流阀参数计算经验公式与等效模型作为可行的计算公式和噪声源模型；又仿照相关研究经验对换流站及其阀厅的噪声传输通道和相关设备进行了简单的针对高频的建模；之后，根据类似的高频信号滤波器设计整合了PLC滤波器设计的基础结构、参数选择、衰减指标等理论知识和经验模型；最后，自行设计了PLC滤波器并针对换流站高频噪声进行了仿真模拟。

关键词：电力线载波通信(PLC, Powerline Communication)；电磁干扰(EMI, Electro-Magnetic Interference)；换流阀；高压直流(HVDC, High Voltage Direct Current)；噪声滤波器

The Design and Implementation of a PLC Noise Filter in DC Transmission System

Abstract

With the development of the industry and economy systems in our society, the demand for more power and better power quality is rising, which makes high voltage transmission a more reliable way. Considering the uneven distribution of the renewable and non-renewable resources, the regional interconnection of our grid and power transmission with longer distance and higher power are getting more attention. The development of HVDC transmission technology provides us the solution for the needs above, making it more feasible in both construction and economy way.

China’s high-voltage/ultra-high-voltage transmission technology has been developed for years, whether the demand for these technology or the cases and engineering experiences available for research are very sufficient, making China’s prospects in this filed more promising.

However, HVDC transmission usually has a higher voltage level, the method for power transmission is also different from the AC System we are familiar with, so it has the unique characteristics.

This article mainly focus on various high-frequency noise interference problems faced by PLC technology of HVDC converter stations.

We started with the modeling of PLC noise source, using the empirical formula and equivalent model of converter valve parameter calculation by others as the feasible solution. Then, the noise transmission channel and related equipment under high frequencies were simply modeled. afterwards, the basic structure, parameter selection, attenuation indicators and other empirical models for PLC filter design were integrated based on similar high-frequency signal filter design. At last, we designed the PLC filters on our own and the influences of the high-frequency noise of the converter station is simulated.

Keywords: PLC(Powerline Communication), Noise Filter, EMI(Electro-Magnetic Interference), HVDC(High Voltage Direct Current), HVDC valve

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.1.1 直流输电系统概述 1

1.1.2 直流输电系统特点 1

1.2 电力线载波通信简介 2

1.2.1 电力线载波通信原理与特点 2

1.2.2 电力线载波通信在直流输电系统中的分类和应用 3

1.2.3 国内外研究现状 3

1.3 本文研究的主要内容 6

第二章 换流站噪声源研究与建模 7

2.1 PLC噪声概述 7

2.1.1 HVDC换流站的PLC噪声 7

2.1.2 HVDC换流站高频PLC噪声影响分析 8

2.2 噪声源特性分析 8

2.2.1 噪声频谱获取 9

2.2.2 换相跃变 10

2.3 信道特性分析 11

2.3.1 6/12脉冲换流器模型 11

2.3.2 换流变压器模型 15

2.3.3 平波电抗器模型 17

2.3.4 换流站线路模型 18

2.3.5 交直流滤波器模型 19

2.4 换流站实际高频噪声状况示例 20

2.5 本章小结 21

第三章 PLC滤波器设计 22

3.1 PLC滤波器设计基础 22

3.2 PLC滤波器结构 23

3.3 主参数设计 25

3.3.1 插入损耗与截止频率 25

3.3.2 滤波器主参数 26

3.3.3 调谐装置参数 27

3.4 本章小结 27

第四章 针对实际工程的PLC滤波器设计 28

4.1 换流站参数 28

4.2 交流PLC滤波器设计 33

4.3 设计分析 35

4.4 本章小结 38

第五章 总结与展望 39

参考文献 41

致谢 44

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 直流输电系统概述

近10年来，直流输电系统伴随着相关基础设施的建成和完善在我国实现了快速发展，这与相对发达的地区(例如东南沿海地区)不断攀升的用电量、新型可再生能源在我国的发展、跨国输电与跨国输电系统建设的需求等息息相关。自20世纪50年代以来，我国对于直流输电问题的研究、讨论与实施都在稳步进行，随着我国直流输电工程技术逐渐成熟，产业标准体系逐步完善，我国直流输电系统的电压等级已经在2018年提高到了±1100kV^[1]，直流输电行业达到了世界领先水平。

在目前新能源发电方式和分布式发电方式(典型的如新能源发电、微型燃气轮机发电等)都快速发展的今天，直流输电系统更加适合我国电力系统单机容量大、电压等级高、输电距离远、大型区域电网互联的现状。此外，目前我国的一些政策，如西电东送、南北互供、全国联网^[2]等需要相应的系统建设，直流输电系统无疑是最好的选择。

1.1.2 直流输电系统特点

由于我国交流电网建设时间早，不可避免地存在老化问题，提升容量和输送距离的改造成本很高，同时因为距离长、节点多的小型化分布式发电方式逐步增多，电力电子设备，特别是低压电力电子设备的大规模应用，需要直流电驱动的情况也增多，也就导致了大量谐波注入交流电网，降低了系统稳定性^[3]。

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