解决方案︱一种新型的高压直流输电系统直流侧谐波电压测量方法
武汉大学电气工程学院的研究人员黄银龙、乐健、毛涛、汪妮，在2015年第22期《电工技术学报》上撰文，提出了一种新颖的高压直流输电系统直流侧谐波电压的测量方案。该方案测量流过直流侧滤波器的电流，根据对该电流的谐波分析结果，结合滤波器的元件参数或已知的阻抗-频率特性，即可简单方便地计算得到直流侧的谐波电压。
该方法仅需在传统直流滤波器的基础上进行简单改造即可实现，测量电压谐波准确度高，扩展了直流滤波器的功能。并且给出了该方案的原理和谐波电压的计算方法，分析了利用不同滤波器进行谐波电压测量的优劣，研究了滤波器参数变化对谐波电压测量结果的影响，并考虑了不同谐波源叠加的情况。
通过仿真计算和实验验证了所提出方法的正确性和有效性。该方法易于实现，计算简单，能够在进行谐波滤除的同时提供高准确度的高压直流谐波电压测量，具有较好的实用价值和应用前景。
由于我国能源与需求呈逆向分布，客观上决定了我国要实行“西电东送、南北互供、全国联网”的电力资源优化配置，以实现能源的大范围转移，而直流输电技术在远距离、大容量输电方面的优势决定了其是最好的选择。但直流输电在其换流过程中会产生大量谐波，不仅严重影响电能质量，对通信线路产生干扰，也严重威胁到直流输电系统设备的正常使用和自身的安全稳定运行[1-4]。
因此，迫切需要对高压直流输电系统直流侧的谐波进行测量，以了解高压输电系统直流侧的谐波状况，并制定出针对性的谐波治理措施，验证直流侧滤波器设计的正确性和有效性。
目前的高压谐波测量方法主要有窄带滤波器选频法、基于快速傅里叶变换的采样数字化计算法[5-7]以及基于瞬时无功功率的谐波电压检测方法[8-10]。
窄带选频法由于相位和选择性的要求，电路参数选择困难，相位时延和频率漂移较大，检测结果不清晰；基于快速傅里叶变换的采样数字化计算法需要高准确度的数模转换器，且算法复杂，检测速度较慢；基于瞬时无功功率的谐波电压测量方法物理概念明确，实施方便，但它主要适于电压没有畸变的情况[11,12]，其检测结果受电压畸变率影响较大，且仅能得到三相电路的总谐波含量，这对电力系统中尚需检测出电网中任意次谐波的应用场合具有局限性，广义的基于瞬时无功功率的谐波检测法[13,14]可测出每次谐波，但所用元件较多，实现复杂。
文献[15]提出了一种改进的任意整数次谐波电压检测方法，该方法以瞬时无功功率检测理论为基础，提出采用包括正序dq变换和负序dq变换的双dq变换控制方法分别检测正序电压分量和负序电压分量，通过预设双dq坐标变换矩阵中的频率实现对特定次谐波的检测，但该方法实现过程复杂。
文献[16]提出了采用Rogowski线圈电流传感器来测量直流谐波，由于其不含铁心、无磁饱和、频带宽且体积小和造价低，可以很方便地测量HVDC的谐波电流，但因其不含铁心，要有效提高互感需要提高线圈有效匝数，而线圈不能均匀密绕将影响测量准确度。
本文提出了一种利用直流侧滤波器测量HVDC直流侧谐波电压的新方法。该方法仅需在传统直流侧滤波器的各支路中串入电流互感器，通过对测量得到的电流进行傅里叶分解，得到各次谐波电流，根据直流侧滤波器的组成和元件参数，计算高压直流输电系统直流侧的各次谐波电压，也可利用已知的直流侧滤波器的阻抗-频率特性计算直流侧的各次谐波电压，从而获知高压直流输电系统直流侧的谐波电压状况。
本文分析了在不同直流滤波器上应用所提方法时对谐波测量结果的影响，研究了滤波器参数失谐时所引入的谐波测量误差，并把可能存在的不同谐波源相互叠加的情况考虑在内。最后通过仿真和实验进行了验证。
图1 基于滤波器的谐波电压测量原理
结论
本文提出一种通过对高压直流输电系统中使用的直流侧滤波器进行简单改造实现兼顾常规直流侧谐波滤波与直流侧谐波电压高准确度测量的方法，仿真结果表明该方法能实现性价比较高的直流侧谐波电压测量。在不同滤波器上应用该方法时，对单次谐波测量而言，阻抗较低的滤波器可实现更高准确度的谐波电压测量。
当滤波器参数失谐时，将会使得单次谐波电压的测量值偏离实际值，但对总谐波电压测量的影响很小。该方法适于具有不同谐波源的系统，所以实际中的各种意想不到的谐波源不会对该测量方法产生影响。仿真和实验验证了该方法的正确性和有效性。
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