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1、第2 7 卷 第 1 7 0 期2 0 0 6 年1 2 月1 0日 电力系统通信T e l e c o m m u n i c a t i o n s fo r E l e c t ri cP o w e r S y s t e mVo l.2 7De c.1 0No.1 7 02 0 0 64 9 高压直流换流站载频噪声滤波器研究 刘丽芳，杜明军(中南电力设计院，湖北 武汉4 3 0 0 7 1)摘要:在高压直流(H V D C)输电工程建设中，为了抑制高压直流换流站中的换流器在运行时对交直流输电线路出线产生的载波噪声干扰，有必要在线路中加装交直流载频噪声滤波器(P L C滤波器)。文章在
2、分析了 换流站噪声频谱和载波干扰限制值的前提下，扼要介绍了P L C滤波器工作原理，并结合贵广直流工程中肇庆换流站建设项目，阐述了实施的 P L C滤波器设计内容，为今后直流国产化工程提供技术参考。关键词:高压直流换流站;载频噪声限值;P L C滤波器中图分类号:T N g l s.8 5 3文献标识码:A文章编号:1 0 0 5 一 7 6 4 1(2 0 0 6)1 2 一 0 0 4 9 一 0 50 引言 随着我国电力系统高压直流(H V D C)输电工程的建设，直流换流站电力线载波频率滤波器(P L c 滤波器)越来越受到关注。因为高压直流换流站中的换流器在运行时产生的噪声源会沿交流
3、电网(通过换流变压器)或直流线路(通过平滑电抗器)传播(传导噪声)，并在电力线载波频率范围内产生高频干扰。虽然传播具有一定的衰减，但是如果交流和直流输电线路出线上的载波频段噪声水平依然超出规定的话，则必须采取一定的技术措施，加装P L c滤波器就是为了抑制载波频率噪声对载波通信系统的干扰。1 电力线载波干扰限值 由换流站产生的电力线载波干扰不应超过图 1给出的噪声水平曲线限值的标准。其 中，在 3 Ok H z 噪声水平为 0，然后至 S Ok H z 线性下降为 一 1 0d B m，至1 0 ok H z 线性下降为一 2 0d B m，并持续到 50Ok H z。目前我国投运的直流换流站
4、工程均应用此标准。2 载频噪声和 P L C滤波器等效电路 在直流换流站中主要考虑的载频噪声干扰是在交直流换流运行时，由换流阀点火引起的电压开断和在阀、换流器回路及阀连接导线中的冲击电流 4 O 3 0 2 O 1 0 0一 1 0一 2 0一3 0一 4 0口门口门门门门111二1目 一 噪 声 限 1酬曰曰曰曰门日吧l 尸广，广一F-日日曰门门厂曰曰曰曰r-曰曰网曰门曰曰冈口口口口口口口口门曰门门门门门门门门门门门口口口口口口口口口口曰国p徐书极哪01 0 02 0 03 0 04 0 0 频率/k H z5 0 06 0 0图1 电力线载波干扰噪声限值F i g.1L i mi t o
5、f P o w e rl i n ec a r ri e ri n t e r fer e n c en o i s e收稿 日期:2 0 0 6一 0 4一 2 7;修回日期:2 0 0 6一 0 7一 2 5引起的。其干扰电流沿着换流变压器和开关场传播至交流架空电力线路以及经平滑电抗器至直流架空电力线路上，出现高频干扰噪声，其频率覆盖范围是 3 0一 5 0 0k H z。载频噪声将对交流和直流架空电力线路上的P L C通信系统产生干扰。其研究通常采取以下步骤:第 1 步，从换流侗 的暂态过程推导出换流器的噪声频谱;第 2步，推导由H V D C换流站的换流元件产生衰减后在交流和直流架空输
6、电线路上的噪声频谱，采用等效电路图和网络进行分析。(1)换流站噪声频谱 换流阀和阀电路中载频噪声频谱可以通过傅里叶变换推导出换流阀暂态过程的频率特性曲线。在 P L C载频范围内的最大频谱特性曲线如图2所示，该曲线的包络线如图3所示。由图2可见，频谱在大约2 70 k H z 处有一个峰值，这是由于系统谐振效应产生的。从高频频谱的角度看，在交流和直流侧的噪声源特性可以认为是相同的。电力琢佑通佗2 0 0 6，2 7(1 7 0)一一9 O8 07 06 O5 04 O3 0曰曰 一一一 卞 一曰 阵一曰一 二5戛长靠二卜霎坑公 乌 叫飞1 卜l一一一 恻 日甘 山司一口口 图4 换流站电气设备
7、及 P L C滤波器等效电路 F l g.4 E q u i v a l e n t c i r c u i t o f t h ec o n v e rt e rs i 加a t i o n a n dt h eACP o w e rl i n e s注:H v D C为噪声源的换流阀;C s 为涌流电容;C w 为变压器二次线圈和一次线圈绕组间电容;C P 为变压器一次线圈涌流电容;L;为开关场A C 线路电感量;cC 为A C滤波器、母线和输电线路的高频电 容;Ccou p l 为P L C 通信系 统藕合电容 器或用于连接测试设备和架空输电线路的藕合电容器(4.4nF);R，为P L
8、C通信系统或测试设备的输人阻抗(75 n);2，为架空线路的波阻抗或特征阻抗。舀之徐留极哪01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0 频率/k H z图2 换流站阀回路的最大噪声频谱F i g.2 Ma x i mu m n o i s eP o w e rs P e c t r u m o f t h ev a l v e c i r c u i t r yo f t h ec o n v e r t e rs 纽ti o n s厂，厂，厂甲厂，厂刃厂下厂丫厂下厂，厂门厂下厂一 一 又.一 凡 一 一刁 一 一 厂下厂一 厂-厂门片，厂 又;一厂 门【二二 二月 斤 一尸
9、一 厂 勺厂下卜之 口二 7刁 厂一-门厂一厂一厂一厂门厂刃口 口 口巨 口 口 巨 口 口口毛隽解厂一厂，一一一一一广勺 一、一、-一一一阵阅百阵曰耳不阅曰一一一广，一厂下粤月目巨 二-一 巨二)巨二毛鸯棋01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 频率/k H z图3 换流阀噪声源最大噪声功率频谱包络曲线 F i g.3 E n v e l o P ec u r v e o f them a x i mu mn o i s e01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0P o we rs P e c t r u m频率/k H z图5 肇庆换流站电气设备载频衰减曲线 (2
10、)P L C滤波器等效电路 实际的载频噪声是根据图3所示的干扰噪声功率频谱作为激励源计算的，其方法是采用计算机程序P S PIC E实现数字模拟。该程序基于网络模拟和分析的数字处理，整个换流站的回路通过一个等效电路图来描述，即等效电路元件模拟换流站回路器件。这些器件决定和影响载频噪声的传播，以此等效电路图为基础，通过应用基尔霍夫定律得到其电路相关节点的噪声水平，等效电路元件的技术参数需重点考虑换流站回路器件的高频特性。交流 P L C滤波器位于换流变压器与开关场母线之间，直流 P L C滤波器位于直流线路出线侧。交流 P L C滤波器等效电路模型如图4所示。3 交直流 P L C滤波器在工程中
11、的应用3.1 交流 P L C滤波器 贵广直流工程肇庆换流站交流出线按开设电力线载波考虑。由于换流站电气布置不同，从换流阀噪声源经过电气设备至开关场的载频衰减也不同，肇庆换流站实际衰减曲线如图5 所示。该曲线是没有安装 P L C滤波器的情况。F i g.5 A t ten u a ti o nc u r v eo f t h ec o n v e r t e rc o mP o n e u ts forZ h a o q i n gs 扭ti o n P L C滤波器必须在全频率范围内抑制噪声干扰。当单级滤波器不能覆盖载波全频段时，可通过多级滤波器作为解决方案。典型的 P L C滤波器结构如
12、图 6所示。开销链路汁吼 卞 图 6F i g.6交流 P L C滤波器结构S t r ll C t U r eo ft h eP LC nl ter 整个滤波器在最大配置的情况下由2个电容和2 个电感4 部分组成:C t，C Z 为并联电容;L，几为电抗器。直流换流站换流变压器的不同或者换流变压器与交流场的距离不同，P L C滤波器设计也不同。肇庆换流站交流P L C滤波器的主要参数如下:C，二3 0n F，L l=1.sm H，C Z=3 0n F，L Z=1.sm H。P L C滤波器产生 的衰减效应如 图 7所示。技术研究 刘丽芳，等高压直流换流站载频噪声滤波器研究51虚线为所需衰减值
13、，实线为 P L C的实际衰减值。在整个频率范围内，其实际衰减结果 比所需衰减值高。表 1Ta b l el肇庆换流站相都输电直流线路A Ct r a n s ml s s i o ul i n eu e a r b yZ h a u q ing c o n v e r t e rs 扭t i o n s【一 厂，厂 二 巨二 厂，厂 二l广 一 厂 一 厂习匡 反匡 二一一口厂 兀 认 人厂 二 口 环又 魔二 反 二厂下厂一贬陌厅，厂狡工一 一一、l.互一 一、二万冈，一一.一门线路平行区段长度与肇庆换流站的距离 /k m罗 洞 变一梧 州变(1)的5 0 0k v线路20 k m平行并且
14、与直流线路 有7 0“的交叉目之龙恻频率/k H z图7 肇庆换流站 P L C滤波器载频衰减曲线罗 洞(贺 州)变一柳 州 变 的5 0 0k V线路F i g.7 R e s u l 妞n t a tt e n u a ti o nc u r v ea t Z h a o q i n gs t a ti o nwh e nP LC n l t e ri sc o n s i d e r e d罗洞变一梧州变(川 的 5 0()k V线路 最终至交流出线上的载频噪声干扰频谱曲线如图8 所示。可以看出，所得到的衰减曲线在载频的整个频率范围内均满足规定的限值标准要求。其中虚线表示规定的噪声功率限
15、值，交流场母线阻抗按75 n的现有 P L C通信系统考虑。天广直流线路Z Ok m平行并且与直流 线路 有7 0“的交叉没有平行，与直流线路有7 0“的交叉没有平行，与直流线路有 70“的交叉口 二口匡口二 一巨 二厂一厂一二二口曰 叭压 二一 一门团 厂 灭口二尸 下魔二、一一口尸 尸不 隆口口 曰医一一一口卜不阵一一曰、万 一冈-.o.口关交流线路的藕合噪声功率曲线，如图9 所示。在整个频率范围内的噪声功率低于规定的限值，最坏的情况出现在 20 k m平行并交叉角为 70“的线路上，主要藕合发生在线路交叉部分、而线路平行部分只产生很小的附加影响，因为罗洞一梧州的2条线路上所显示的差异不大
16、，只是罗洞一梧州(1)的祸合噪声水平略高一点。老、姆解频率/k H z-碱 卜-罗洞变一梧州变(I):-一 罗洞变一梧州变(I1)限值交叉:平行+交叉 翎!ll _ lll厂一1目 令告一曰曰曰 曰 曰 曰曰尸 悦 -l 一门夕尺 屯 -l，l-1_l生 )1.JrL、一ll于l-l 困行l，l 心L _ _ 臼L(l1l lI!于l )l-l-ll-1于l1 _ 于l卜习l-l-l-l1L 一三ll-l-l二ll口(于L _-1l-1ll1 一三于ll1esl_l】行1_ _于llll、门 L 三ll 二!1八曰n甘n呼nnU八目八妇n卜nll .1，廿，、月叹JU7护00 -一-一一一一-
17、日山p、哥母极澎 图8 肇庆换流站交流母线的载频噪声干扰曲线F i g.8 P o w e rl i n ec a r r l c ri n t e r fe r e n c en o i s ea t t h eA Cb u s b a r o f z h a o q i n g c o n v e r t e r s t a ti o nw i 比p L Cn l t e r2 0 03 0 0 频率/k H z4 0 05 0 03.2 直流 P L C滤波器 由于在贵广直流工程中的直流线路上没有开设电力线载波通道，因此需考虑其与相邻电力线产生的祸合干扰。肇庆换流站相邻输电直流线路见表
18、1 所列。在表 1 中，需主要研究直流线路与罗洞一梧州(1)5 0 O k v线路的藕合问题。这是因为:1)具有与直流线路的平行长度最长;2)与直流线路间距最近;3)距离换流站很近，使换流器噪声的线路衰减很小。根据前述换流器载频噪声水平，实际祸合到相 图9 祸合于不同线路之间的噪声功率Rg.，N O 映 powercou P l e dtod if re r e n t t r a 刀 因 n 止 朋 i on l i u es 实际的工程应用，在肇庆站安装了直流 P L C滤波器，使其噪声功率水平值比上述规定的限值低10 d B，因此具有一定的富余度，如图10所示。其滤波器的结构如图n所示。
19、滤波器设计需主要考虑规定的噪声限值与线路祸合噪声功率在 3 0一I O Ok H z 及约 2 7 0k H z 处非常接近的情况，因此滤波器调谐元件设计为在这5 2电力系佑通信2 0 0 6，2 7(1 7 0)曰一料裨斡摔洲口门门门 门门门门门 门口阅门门门门门门门门口国 口口 口口 口口口口 口口曰圈亡 二1 二 二 口 二 巳二 口 二 仁 二【二 二曰口厂一 一尸厂一 一厂甲广一 洲 一 一一 一-，曰曰日日日口口口口口口口口口口口口口曰曰曰日曰日曰日口曰曰三峡一常州的交流 P L C所示。、三峡一广东、三峡一上海)中，采用滤波器结构是基本相同的，如图 13日山p、件书极瞥颇率/k
20、H z丁囱-.图10 P L C噪声限值:规定限值与修订限值比较F i g.1 0 L i mi tsforP L Cn o l s e:c o mP a r i s o nb e 姗e e n o ri g i n a l a n dmo d i n e dl i mi ts兰-干 颤 蔽 霭F i g.1 313A B B交流 P L C滤波器结构S t r U C tu r eo ft h eABB AC P LC n l t e rF i g.1 1 S t r u c tur eP L C滤波器结构o ft heDC PLC nl t e r 在 SI E M E N S设计和供货的
21、几个工程(天生桥一广州、贵州一广东)中，采用的交流 P L C滤波器结构也是基本相同的，如图14 所示。些频段上，使上述2条曲线的间隔增加，令其在满足限值标准的基础上还留有一定的余量，如图 12所示;最终直流 P L C滤波器参数为C，=Z On F，L l=0.Zm H。-碱卜-罗 洞变一梧州变(I):交叉罗洞变一梧州变(1 1):平行+交叉限值图 1 4 S I E M E N S 交流 P L C滤波器结构l 讨l1-l!1目今廿一医 医 曰 曰 三 曰曰飞一 叹 乙 lI】户凡、-11l、于l 嘴、，1.应 1 l:ll阵目、月 二 二巴 匕飞lL1 _ 匕 _lIlll曰 平目 阵阵
22、 曰 曰曰曰曰1ll1-llF i g.1 4 S t r u c tur eo f t h eS 1 E ME N SA CP L Cn l t e r01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 频率/k H z1，LrJ孟兮J6，Ion-一一-一-曰国p、并俘板舒 图12安装直流 P L C滤波器后不同线路 之间的藕合噪声功率F i g.1 2 N o i s e P o w e r c o u P l e dt od i ffer e n t t r a n s m i s s i o n l i n e swh e n aDC P LC n l t e ri SC 0 n s
23、 i d e r e d 在A B B 和sI E M E N s 各自 设计和供货的直流输电工程中，所选取的交流 P L C滤波器的参数基本相同，但由于系统和环境条件的不同而略有差别。表2 列出了A B B在三峡一常州直流输电工程中龙泉换流站和 sIE M E N S 为贵广直流输电工程中肇庆换流站提供的交流 P L C滤波器的电容参数。表2 电容参数T a b l e Z C a P a c i 纽n c eP a r a me t e rABBS I EMENS 实际工程中，由于输电线路的衰减，换流器噪声将随离换流站距离的增加而衰减，所以实际情况会更好些。线路衰减的典型值由 IEC 6
24、63标准给出，其值依频率不同而不同，约在0.0 2-0.0 5d B/k m。C Z。_C v T(C，)电容值/n FS.21 0 0523 03 04 同类型工程交直流 P L C滤波器介绍4.1 交流 P L C滤波器 在 A B B设计和供货的工程(葛洲坝一上海、A B B的电抗器L，的电感值为Zm H，S I E M E N S的电抗器L，和L Z 的电感值均为1.s m H。4.2 直流 P L C滤波器 在 A B B设计和供货的几个工程(葛洲坝一上海、三峡一常州、三峡一广 东、三峡一上海)技术研究 刘丽芳，等高压直流换流站载频噪声滤波器研究中，选择的直流 P L C滤波器结构基
25、本相同，如图1 5所 示。表3 电容参数T a b l e 3 C a P a c i 加n c eP a r a me terABBS I EMENSC l。(C 3)F i g.1 51 5AB BS t r U C t U r e直流 P L C滤波器结构o ft h eABB DC PLC 6 l t e r 在 SI E M E N S设计和供货的几个工程(天生桥一广州、贵州一广东)中，选择的直流 P L C滤波器结构是基本相同，如图16所示。图1 6 S I E M E N S 直流P L C滤波器结构F i g.1 6 S tru c tur eo f theS I E ME N
26、 SDCP L Cfi l ter 在A B B和sI E M E N S 各自 设计和供货的工程中，对于直流P L C滤波器结构参数基本相同，但由于系统条件和环境条件的不同而略有差别。表 3列出了A B B为三峡一常州直流输电工程中龙泉换流站和SI E M E N S 为贵广直流输电工程中肇庆换流站所选取的直流P L C滤波器的电容参数。(2)电抗器 A B B的电抗器L Z 的电感值为Zm H，S I E M E N S的电抗器L Z 的电感值均为0.Zm H。电容值/n FS.27 02 05 结束语 直流换流站载频噪声干扰(3 0 一 5 0 0k H z)是由于换流站交直流换流运行换
27、流阀开断的暂态过程引起的，其噪声干扰会沿换流站直流出线和交流出线方向传导以造成对 P L C通信系统的干扰。安装交/直流 P L C滤波器的目的就是为了抑制载频噪声，以达到规定的标准。直流换流站直流出线侧和交流出线侧，在设置了电力线载波通道时，必须安装交/直流 P L C滤波器(并不会造成对本站出线和邻近线路上电力线载波通道的干扰);当不设置电力线载波通道时，则需针对换流站直流出线侧和交流出线侧邻近电力线路上设置电力线载波通道的具体情况(包括通道数量和使用频率)设计和安装 P L C滤波器，以避免对邻近线路上电力线载波通道的干扰。需要说明的是，在选择是否安装 P L C滤波器时，还应结合 s
28、oo k V和220k V系统以及近远期电力系统通信发展规划综合考虑。(5)参考文献:1 I n t e rfer e n c es tu d yp T DH1 7 1/p一 0 0 0 0 8 8/E D I A Z一 a 2 .S I E M E N S 公司.2 0 0 2.刘丽芳(1 9 55 一)，女，湖沈武汉人，高级工程师电力系统通信设计工作。杜明军(1 9 6 5一卜男电力系统通信设计工作。河南清丰人，高级工程师.8 3 0.，从事，从事S t u d yo nP L Cfi l t e r i nH V D Cc o n v e r t e r s t a ti o n LIU
29、L i 一ng，D UMi 鳍一n(C e n t r a l S o u t h e rnC h i n aE l e c t r i c P o w e r D e s i g nI n s t i t u t e，Wu h a n 4 3 0 0 7 1，C h i n a)A b s tr a c t:I nc o n s t ru c t i o n o f H V D Cp o w e r t r a n s m i s s i o np roje c t，a P L Cfi l t e r n e e d t o b e i n s t al l e d t o re s t r
30、 a i nt h e n o i s e i n t e rfere n c e t oA C/D Ct ra n s m i s s i o nl i n e c o m i n g fr o mt h e c o n v e rt e r s i nH V D Cc o n v e rt e r s t a t i o n s T h i s p a p e r a n a l y s e s n 0 i s efreq u e n c y s p e c trUmo ft h e c o n v e rt e r s t a t i o n s，i n tr o d u c e s t
31、 h e w o r k i n g p ri n c i p l e o f P L C，a n dd i s c u s s e s t h e d e s i g ne x a m p l e o f P L Cfi l t e r b a s e do nZ h a o q i n gc o n v e rt e r s t a t i o n s，G u i z h o u 一 G u a n g z h o uD Cp roje c t.I t P ro v i d e s a t e c h n i c alr e fe r e n c e fo r t h ed o m e s t i cD Cp roje c t i nt h e fu t u r e.Ke yw o r d s:H V D Cc o n v e rt e r s t a t i o n s;P L Cn o i s ei n t e rferen c el i m i t;P L Cfi l t e r