本申請(qǐng)涉及電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流器單元在換相的過(guò)程中在直流側(cè)產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流，這些諧波會(huì)引起直流側(cè)設(shè)備的附加發(fā)熱，對(duì)直流設(shè)備造成損害。如果諧波分量流過(guò)直流線路，還會(huì)對(duì)直流線路附近的電話線路造成嚴(yán)重干擾。在長(zhǎng)距離高壓直流輸電系統(tǒng)的直流側(cè)安裝直流濾波器，能夠有效抑制流入直流系統(tǒng)的交流諧波分量，直流濾波器對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行有著非常重要的作用。

現(xiàn)有的抑制諧波的基本手段是在電力系統(tǒng)中裝設(shè)各類濾波補(bǔ)償裝置，如無(wú)源濾波器和有源濾波器。無(wú)源濾波器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好，已被廣泛用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行濾波和無(wú)功補(bǔ)償。諧波無(wú)源治理可以采用單調(diào)諧濾波器實(shí)現(xiàn)，單調(diào)諧濾波器只能濾除一個(gè)特定頻率的諧波，一般電網(wǎng)中存在不同頻率多種諧波分量，需采用多個(gè)單調(diào)諧濾波器并聯(lián)實(shí)現(xiàn)，具有占地面積大、建設(shè)成本高、基波損耗大等缺點(diǎn)。雙調(diào)諧濾波器和三調(diào)諧濾波器可以同時(shí)消除兩個(gè)或三個(gè)不同頻率的諧波，且其中一個(gè)諧振回路承受電壓較低，因而與完成同樣功能的兩個(gè)單調(diào)諧濾波器相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。雙調(diào)諧濾波器和三調(diào)諧濾波器連接高壓直流母線與中性直流母線，可以濾除高壓直流輸電系統(tǒng)中的諧波干擾。

然而，現(xiàn)有的高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)多采用單級(jí)濾波電容濾出高壓直流輸電系統(tǒng)中的諧波。單級(jí)濾波電容能夠?qū)ζ娲沃C波進(jìn)行濾除，對(duì)偶次諧波濾除的效果不明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)采用單級(jí)濾波電容，對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)中的偶次諧波濾除的效果不明顯的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型公開了如下技術(shù)方案：

一種高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)，包括第一諧振回路以及第二諧振回路，其中，第一諧振回路與第二諧振回路串聯(lián)連；第一諧振回路包括第一電感、第一子回路與第二子回路，第一子回路與第二子回路并聯(lián)，第一電感與并聯(lián)后的第一子回路及第二子回路串聯(lián)，第一子回路包括相互串聯(lián)的第一電容及第二電容，第二子回路包括相互串聯(lián)的第三電容及第四電容；第二諧振回路包括并聯(lián)的雙調(diào)諧電容元件與雙調(diào)諧電感元件。

優(yōu)選的，第一諧振回路還包括第一電壓互感器，第一電壓互感器一端連接第一電容的輸出端，另一端連接第三電容的輸出端。

優(yōu)選的，第一諧振回路還包括第二電壓互感器，第二電壓互感器連接第一電感與并聯(lián)后的第一子回路及第二子回路。

優(yōu)選的，第二諧振回路還包括雙調(diào)諧電阻，雙調(diào)諧電阻與雙調(diào)諧電容元件及雙調(diào)諧電感元件并聯(lián)。

優(yōu)選的，第一諧振回路與高壓直流母線相連，第二諧振回路與中性直流母線相連。

優(yōu)選的，高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)還包括第三電壓互感器，第二諧振回路與中性直流母線通過(guò)第三電壓互感器串聯(lián)。

由以上技術(shù)方案可見，本實(shí)用新型提供的一種高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)包括第一諧振回路以及第二諧振回路。第一諧振回路與第二諧振回路串聯(lián)連；第一諧振回路包括第一電感、第一子回路與第二子回路，第一子回路與第二子回路并聯(lián)，第一電感與并聯(lián)后的第一子回路及第二子回路串聯(lián)，第一子回路包括相互串聯(lián)的第一電容及第二電容，第二子回路包括相互串聯(lián)的第三電容及第四電容；第二諧振回路包括并聯(lián)的雙調(diào)諧電容元件與雙調(diào)諧電感元件。第一諧振回路中，四個(gè)電容器兩兩并聯(lián)后串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，可以對(duì)直流濾波過(guò)程中的諧波進(jìn)行兩級(jí)消除，有效的過(guò)濾直流電中的偶次諧波，解決了高壓直流輸電系統(tǒng)中的偶次諧波濾除的效果不明顯的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)電路示意圖；

圖示說(shuō)明：

1-第一諧振回路，2-第二諧振回路，3-高壓直流母線，4-中性直流母線，C11-第一電容，C12-第二電容，C13-第三電容，C14-第四電容，C2-雙調(diào)諧電容元件，L1-第一電感，L2-雙調(diào)諧電感元件，R1-雙調(diào)諧電阻，T1-第一電壓互感器，T2-第二電壓互感器，T3-第三電壓互感器。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

參見圖1，為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)電路示意圖。由圖1可知，高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)包括第一諧振回路1以及第二諧振回路2，其中，第一諧振回路1與第二諧振回路2串聯(lián)連；第一諧振回路1包括第一電感L1、第一子回路與第二子回路，第一子回路與第二子回路并聯(lián)，第一電感L1與并聯(lián)后的第一子回路及第二子回路串聯(lián)，第一子回路包括相互串聯(lián)的第一電容C11及第二電容C12，第二子回路包括相互串聯(lián)的第三電容C13及第四電容C14；第二諧振回路2包括并聯(lián)的雙調(diào)諧電容元件C2與雙調(diào)諧電感元件L2。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)，主要用于阻礙并短路交流信號(hào)。高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)中的第一電容C11、第二電容C12、第三電容C13及第四電容C14的設(shè)置可對(duì)交流及直流信號(hào)進(jìn)行濾波，使輸出波形更平穩(wěn)。電容串聯(lián)提高了濾波器器的耐壓，電容并聯(lián)加大了電容器的容量，高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)輸出的直流更平穩(wěn)。第一電容C11、第二電容C12、第三電容C13及第四電容C14兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)的，其目的是消除諧波的作用。第二諧振回路2中并聯(lián)的雙調(diào)諧電容元件C2與雙調(diào)諧電感元件L2組成了電感及電容并聯(lián)的模式，同樣起到消除諧波和濾波作用。直流濾波過(guò)程中的諧波在第一諧振回路1中進(jìn)行兩級(jí)消除，可以有效的過(guò)濾直流電中的偶次諧波，解決了高壓直流輸電系統(tǒng)中的偶次諧波濾除的效果不明顯的問(wèn)題。

第一諧振回路1還包括第一電壓互感器T1，第一電壓互感器T1一端連接第一電容C11的輸出端，另一端連接第三電容C13的輸出端。第一電壓互感器T1可以測(cè)量第一子回路與第二子回路之間的電壓值。高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)正常工作時(shí)，第一電壓互感器T1兩側(cè)電壓相同，若第一電壓互感器T1兩側(cè)出現(xiàn)了較大的電壓不平衡(電壓不平衡大于10％)，即說(shuō)明有部分電容元件擊穿，需要停電修理。針對(duì)不同電容值，即第一諧振回路1中的電容值的不同，可以調(diào)節(jié)第一電壓互感器T1額定電壓大小，以滿足測(cè)量第一子回路與第二子回路之間的電壓值的要求。

第一諧振回路1還包括第二電壓互感器T2，第二電壓互感器T2連接第一電感L1與并聯(lián)后的第一子回路及第二子回路。第二電壓互感器T2可以變換線路上的電壓，用以測(cè)量第一電感L1與并聯(lián)后的第一子回路及第二子回路之間的線路的電壓、功率和電能。同時(shí)，第二電壓互感器T2在電流通過(guò)電感元件時(shí)可以保護(hù)電感元件，起到過(guò)壓保護(hù)的作用。

第二諧振回路2還包括雙調(diào)諧電阻R1，雙調(diào)諧電阻R1與雙調(diào)諧電容元件C2及雙調(diào)諧電感元件L2并聯(lián)。第二諧振回路2中并聯(lián)的雙調(diào)諧電阻R1，雙調(diào)諧電阻R1與雙調(diào)諧電容元件C2及雙調(diào)諧電感元件L2組成了電阻、電感及電容并聯(lián)的模式，同樣起到消除諧波和濾波作用。其中，雙調(diào)諧電阻R1起到限制電流大小的作用或分取一部分電壓，簡(jiǎn)稱“限流分壓”。雙調(diào)諧電感元件L2起到通過(guò)直流電、阻礙交流電的作用，簡(jiǎn)稱“通直阻交”。雙調(diào)諧電容元件C2與電感相反，起到通交流、阻直流的作用，簡(jiǎn)稱“通交阻直”。電感和電容并聯(lián)容易形成并聯(lián)諧振，可使電路的等效阻抗增大，電流減小。再加上電阻并聯(lián)，可有效減小電流，防止電容、電感等元件擊穿的情況。即使對(duì)于故障發(fā)生后出現(xiàn)電容、電感等元件擊穿的情況，也可以有效控制三相不平衡電流。

本實(shí)施例中，第一諧振回路1與高壓直流母線3相連，第二諧振回路2與中性直流母線4相連。高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)還包括第三電壓互感器T3，第二諧振回路2與中性直流母線4之間第三電壓互感器T3。第三電壓互感器T3可以變換線路上的電壓，用以測(cè)量第二諧振回路2與中性直流母線4之間的線路的電壓、功率和電能。同時(shí)，第三電壓互感器T3在電流通過(guò)電感元件時(shí)可以保護(hù)電感元件，起到過(guò)壓保護(hù)的作用。

針對(duì)高壓直流濾波器拓普結(jié)構(gòu)中第一諧振回路的不平衡保護(hù)的不同的故障情況，設(shè)置以下三種保護(hù)級(jí)別：

報(bào)警段：由于元件故障但沒(méi)有足夠能量熔斷熔絲,將導(dǎo)致一個(gè)電容單元內(nèi)一組電容元件短路。預(yù)期跳閘時(shí)間至少在兩星期以后，允許計(jì)劃停運(yùn)濾波器。

延時(shí)跳閘：因元件故障引起整個(gè)電容器單元短路時(shí)，濾波器分組延時(shí)2小時(shí)跳閘。

跳閘：當(dāng)兩個(gè)電容器單元短路且濾波器仍然帶電時(shí)，立即跳濾波器。

本實(shí)施例中的不平衡保護(hù)測(cè)量流經(jīng)整個(gè)濾波器電容器組的電流以及它的中點(diǎn)的電流。為了對(duì)直流側(cè)的2/6/12/24/36等特征次諧波起到抑制消除作用，由于直流側(cè)沒(méi)有基頻電壓/電流，必須采用其它頻率的量。不平衡保護(hù)測(cè)量5個(gè)頻率的不平衡電流，分別為100Hz、300Hz、600Hz、1200Hz和3600Hz，每種頻率的不平衡電流都要和主電流比較。不平衡保護(hù)中持續(xù)計(jì)算流經(jīng)整個(gè)電容器組的哪種頻率電流有足夠幅值達(dá)到“可用”值。報(bào)警和跳閘是基于不平衡電流和對(duì)應(yīng)主電流的比值基礎(chǔ)上的，并且計(jì)算比值時(shí)，只有當(dāng)某種頻率達(dá)到“可用”時(shí)才計(jì)入。只有至少兩種主電流達(dá)到“有用”時(shí)，才允許報(bào)警和跳閘。因?yàn)闉V波器電流可能明顯變化，所以不平衡電流應(yīng)與流經(jīng)濾波器的諧波電流比較。

為了便于第一諧振回路中電容器不平衡保護(hù)整定，將第一諧振回路中的電容器進(jìn)行如下表示：第一諧振回路中的每個(gè)電容器為一個(gè)橋臂，即第一電容C11、第二電容C12、第三電容C13及第四電容C14為四個(gè)橋臂。P為單個(gè)橋臂內(nèi)并聯(lián)串的數(shù)目，S_A為第一電容橋臂上部串聯(lián)電容單元的數(shù)目，C_A為第一電容橋臂上部電容，S_B為第三電容橋臂上部串聯(lián)電容單元數(shù)目，C_B為第三電容橋臂上部電容。C_Bg為第三電容橋臂一個(gè)單元內(nèi)有一整組元件短路時(shí)，其它正常單元(個(gè)數(shù)為SB-1)的電容和。C_BU為第三電容橋臂內(nèi)有N_C個(gè)電容器單元短路時(shí)的橋臂電容，S_C為第二電容橋臂下部串聯(lián)的電容器單元個(gè)數(shù)，C_C為第二電容橋臂下部的電容。S_D為第四電容橋臂內(nèi)串聯(lián)的電容器單元個(gè)數(shù)，C_D為第四電容橋臂下部的電容。S_i為一個(gè)電容器單元內(nèi)串聯(lián)的組的數(shù)目，P_i為電容器單元內(nèi)的一個(gè)組內(nèi)的并聯(lián)元件數(shù)目。C_b為第一諧振回路橋臂的總電容，C_e為由C_b確定的電容器元件的電容，C_u為一個(gè)電容器單元內(nèi)沒(méi)有元件故障時(shí)的單元電容，C_ug為一個(gè)電容器單元內(nèi)有一組短路時(shí)的單元電容，C_{H_upper}為高壓半橋電容(第二電容橋臂內(nèi)有一個(gè)單元內(nèi)在任何地方有元件故障，或一個(gè)單元內(nèi)有一組元件短路，或1個(gè)單元短路，或2個(gè)單元短路)，C_{H_lower}為低壓半橋電容(假設(shè)沒(méi)有元件故障)，ΔC為高壓電容器的電容變化百分比，I_h為高壓電容器諧波穿越電流，I_unbalance為不平衡電流計(jì)算值，C_{total_g}為橋的總電容(有一個(gè)單元內(nèi)有一串聯(lián)組內(nèi)所有并聯(lián)元件短路)，N_c為第二電容橋臂內(nèi)故障單元的數(shù)目，C_{total_u}為橋的總電容(第二電容橋臂內(nèi)有N_c個(gè)單元短路)

根據(jù)上述第一諧振回路電容器結(jié)構(gòu)分別對(duì)一組并聯(lián)元件短路和一個(gè)或更多的單元短路情況下不平衡電流進(jìn)行理論公式推導(dǎo)：

在完好單元內(nèi)的串聯(lián)組數(shù)為S_i，

對(duì)于完整的第一電容及第三電容橋臂電容為

C_H-u_p＝C_A+C_B

C_H-down＝C_c+C_D

第一諧振回路電容器橋的總電容為：

由此可推導(dǎo)出單個(gè)電容器元件的容值：

通常，計(jì)算不平衡電流的基本方程為：

不平衡電流百分比為：

其中，I_h為流經(jīng)電容器組的諧波電流。

第一諧振電路中一組并聯(lián)元件短路時(shí)：

第三電容橋臂B的一個(gè)電容器單元內(nèi)出現(xiàn)1個(gè)電容器元件組擊穿時(shí)：

第三電容橋臂B_d剩余(SB-1)個(gè)完好單元

C_H-upg＝C_A+C_Bg

當(dāng)一個(gè)或更多的單元短路時(shí)

C_H-up＝C_A+C_Bu

不平衡電流為：

以上僅是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。

以上所述的本實(shí)用新型實(shí)施方式并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。