论文总字数：21404字

摘 要

我国作为一个地理大国，但是其资源分布极其不均衡。随着我国经济的迅速发展，我国对电力的需求也会迅速增长。高压直流输电系统能够远距离高电压输送电能且输送容量大。但是，由于换流站中电力电子设备的应用，使得直流侧产生了大量的谐波。这些谐波不仅会对系统自身造成一定程度的影响，也会对周围的通信设备造成一定程度的干扰。因此，我们必须采取措施来抑制这些谐波，例如装设直流滤波器。

本文利用MATLAB/Simulink软件的仿真平台，搭建了单极12脉冲HVDC系统的模型，之后对模型运行后绘制的波形图及其FFT分析图进行分析之后，发现换流站直流侧会产生大量的12n次谐波，尤其是12、24、36次谐波。

针对直流侧产生12次谐波来设计滤波器组，在了解了无源滤波器的结构原理之后，设计了几种方案。紧接着，通过MATLAB/Simulink软件下的高压直流输电系统仿真平台，我将对本论文中设计的几种方案进行验证，选出滤波效益最优良的方案。

关键词：高压直流输电 谐波特性 直流滤波器

Optimum Design of DC Side Filter in HVDC System

Abstract

China is a large country, but its resources distribution is unbalanced. Power demand will grow rapidly after a few years. HVDC transmission system can transmit electricity at high voltage over long distances. It also can transmit large capacity. However, due to the application of power electronic equipment in converter station, a large number of harmonics are generated on the DC side. These harmonics will not only affect the system itself to a certain extent, but also cause a certain degree of interference to the surrounding communication equipment. Therefore, we must take some measures to suppress the harmonics, such as installing DC filters.

Based on MATLAB/Simulink software, the model of unipolar 12-pulse HVDC system is built. After analyzing the waveform and FFT analysis of the model, it is found that the DC side of the converter station will generate a large number of 12n harmonics, especially 12, 24 and 36 harmonics.

In order to design filter banks with 12 harmonics generated on the DC side, I have designed several schemes after understanding the structure principle of passive filter. Next, through the simulation platform of HVDC transmission system under MATLAB/Simulink, I will verify several schemes designed in this paper, and select the best scheme of filtering efficiency.

Key words: high voltage direct current transmission; harmonic characteristics; dc filter

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外发展现状 2

1.2.1 高压直流输电技术的国内外发展现状 2

1.2.2 滤波器的国内外发展现状 3

1.3 本文所作工作 4

第二章 高压直流输电系统的谐波简介 5

2.1 谐波的定义 5

2.2 谐波的产生及其危害 6

2.3 谐波的抑制方法 7

2.4 衡量系统谐波的标准 7

第三章 高压直流输电系统直流侧谐波分析 9

3.1 高压直流输电系统简介 9

3.1.1 高压直流输电系统的结构 9

3.1.2 高压直流输电系统的元件 11

3.2 换流站直流侧谐波分析 13

3.2.1 直流侧特征谐波分析 13

3.2.2 直流侧非特征谐波分析 14

3.3 基于MATLAB/Simulink的高压直流输电系统仿真建模 14

第四章 直流侧滤波器的参数设计 20

4.1 无源滤波器的电路结构及其原理 20

4.1.1 单调谐滤波器 20

4.1.2 双调谐滤波器 22

4.1.3 三调谐滤波器 24

4.2 滤波器组方案设计以及仿真验证 26

4.2.1 单调谐滤波器设计 26

4.2.2 双调谐滤波器配单调谐滤波器设计 32

4.2.3 三调谐滤波器设计 43

4.3 滤波器组方案对比 47

第五章 总结 48

参考文献 49

致 谢 51

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

我国虽然能源资源丰富，但是其中大部分的能源资源都分布在我国的西部和北部区域，相应的，东部和南部区域的资源分布就相对比较匮乏。随着我国经济的迅速发展，对电力的需求也会相应地迅速增长，而对电力需求较大的区域依旧集中在中、东部地区，对于煤炭资源的开发和风能、太阳能等系列的能源主要还是在我国西部和北部区域，极其丰富的水力资源也主要都位于我国西南区域。为了契合我国经济的迅速发展，大规模、远距离、高效率电能输送的挑战也将面临更为严峻的形势，这也就表明了电网远距离输送电能的迫切性和必要性[1]。

高压直流输电具有输送容量较大、损耗较低、经济性较好和稳定性较强等特点，与此同时还能匀出较多宝贵的土地资源。因此，在现代电力工程中，高压直流输电得到越来越多的应用，同时也能有力地保证社会发展对电力供应的需求[2]。我国幅员辽阔，电力能源的输送无法避免，所以，一旦高压直流输电得到质的飞跃，就会大大加快我国经济与社会的快速发展。

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