AC harmonic filters in converter station
简介
安装在换流站交流侧用来吸收换流器交流侧谐波电流， 限制交流侧谐波电压的装置，简称交流滤波器。分无源滤波器、有源滤波器和连续调谐滤波器三种。无源滤波器由电阻、电容、电感组成， 一般由若干个单独用于吸收某些指定次数谐波的三相滤波器组并联而成。每个滤波器在一个或两个谐波频率的指定范围内或高通频带下呈现低阻抗， 使换流器产生的这些谐波电流绝大部分流入滤波器， 从而减少注入交流系统的谐波，达到降低谐波的要求。以前广泛使用的交流滤波器有单调谐滤波器、双调谐滤波器和两阶高通滤波器三种， 目前趋向于采用双调谐带高通的滤波器型式。有源滤波器有磁通补偿、谐波注入以及直流纹波注入等多种型式，但有待进一步的开发，目前在换流站的交流滤波装置中尚未正式采用。连续调谐滤波器是在无源滤波器的基础上， 利用控制信号连续调节电抗器电感量， 使之始终处于理想的调谐状态的滤波器型式。(见换流站连续可调交流滤波装置)
单调谐滤波器 由电容C、电感L和电阻R形成串联谐振电路， 如图1 (a)所示。其谐振频率ft=1/(2π
)， 在此频率下它的阻抗Z最小， 等于R并为纯阻性。当频率f低于f
时，Z呈容性;当频率f高于fr时，Z呈感性。其频率-阻抗特性如图1(b)所示。单调谐滤波器常用于吸收5、7、11、13等谐波分量较大的低次特征谐波。
图1 单调谐滤波器(a) 电路; (b) 频率-阻抗特性
双调谐滤波器 其电路如图2 (a)所示，在特性上相当于两个并联的单调谐滤波器。它能同时吸收两种频率的特征谐波电流。其阻抗频率特性如图2(b)所示。
二阶高通滤波器 简称高通滤波器。其电路和频率-阻抗特性如图3所示。它在一个很宽的频带内呈现较低的阻抗，常用于高次谐波(例如17次及以上)的滤波。如果因非特征谐波问题而将高通滤波器调谐在低次谐波频率上(如3次)，将有较大的基波电流分量流过阻尼电阻，造成基波损耗增加，因此多采用如图3(c)所示的C型滤波器，以降低流过电阻的基波电流。
图2 双调谐滤波器(a)电路;(b)频率-阻抗特性
图3 二阶高通滤波器(a)电路; (b)频率-阻抗特性; (c) C型滤波器电路
双调谐带高通滤波器 其电路如图4 (a)所示，在双调谐滤波器的基础上增加高通电阻。其阻抗特性如图4 (b)所示。这种滤波器能同时吸收两个甚至四个特征谐波频率下的谐波电流以及所有的高频谐波电流，因而可减少每一换流站交流滤波器的台数和类型，便于分组投切，降低费用并提高可靠性。
图4 双调谐带高通滤波器(a)电路; (b)频率-阻抗特性
交流滤波装置的设计和运行 交流滤波装置的设计首先要考虑抑制谐波的效果，使流入交流系统的谐波电流及换流站交流母线上的谐波电压满足所规定的要求，通常以单次谐波畸变率、总有效值谐波畸变率和电话谐波波形系数(THFF)等指标表示。其次，由于各种型式的滤波器在低于它的谐振频率下的阻抗呈容性，在工频下发出的滞后无功功率也可用作无功功率补偿，因此应考虑它们与一般并联补偿电容器和同步调相机的合理配合，从而满足换流站无功功率的需求。因为在低次谐波频率下交流系统的等值阻抗通常呈感性，还应该注意避免交流系统和滤波器及并联补偿电容器在低次谐波(主要是2、3次)频率下产生并联谐振。在上述前提下，适当选择滤波器的型式、容量和参数，使包括电能损耗的总费用最小。
在考虑满足滤波要求时，还应该注意到因交流系统频率偏移以及滤波器元件由于老化、温度变化和制造调整过程中所造成的参数误差，而使其实际调谐频率偏离相应谐波频率的给定值，即所谓失谐。应保证实际可能的在较长期间内出现的最不利失谐时仍能满足抑制谐波的要求，这一点对调谐型低次滤波器来说尤为重要。为了能适应季节性气温变化，以尽量减小失谐度，在一些直流输电工程中采用有分接头的可调电抗器或可改变接线以改变参数的谐波电容器组，近期也有工程采用连续可调交流滤波器。
换流器运行中除了产生特征谐波之外，不可避免要产生非特征谐波，交流系统还存在非特征背景谐波，有时需采用调谐于非特征频率的滤波器。另外，如果整个滤波装置(或其中的一部分)的频率-阻抗特性，或滤波装置与交流系统阻抗并联后的总阻抗在某一个非特征谐波频率上出现很大的幅值，也应采取措施适当降低并增加阻尼。
交流滤波装置大多直接接在换流站的交流母线上，有的也接在换流变压器电压较低的第三绕组上。后一接线方式虽然可以降低滤波装置的电压和费用，但调试不方便，滤波效果差一些，由此换流变压器的投资也将增加。