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近年来,高压直流输电工程大量建设,谐波污染现已成为影响系统电能质量的主要因素之一。因其输电容量很大,换流器产生的谐波含量比较显著,其会对系统产生较大的危害。高压直流输电系统正常运行时会产生特征谐波和非特征谐波,两端交流系统异步联网时,交流侧和直流侧还会出现与基波频率成分数倍关系的间谐波。间谐波可以引发继电保护装置的误动作、变压器和电容器的谐振,造成危害。间谐波还可以激发汽轮机与HVDC换流器之间的次同步振荡,长时间缓慢的疲劳损耗可造成机组轴系损坏。高压直流输电系统中的间谐波危害也越来越引起国内外专家学者的兴趣。本文就高压直流输电系统间谐波检测及其特性进行了深入研究和分析。
首先,给出了Dolph-Chebyshev窗的定义,并研究了其频谱特性,给出了旁瓣峰值与形状参数的数学关系式以及主瓣宽度与旁瓣峰值的数学关系式;将Dolph-Chebyshev窗函数与常见窗函数的频谱特性进行对比,指出了该窗用于加窗插值FFT谐波检测算法时的优越性;介绍了加窗插值FFT谐波检测算法的基本原理,推导了加余弦窗插值FFT检测算法的修正公式。然后,提出了基于Dolph-Chebyshev窗插值FFT间谐波检测算法,并采用了AR功率谱估计方法确定插值点的位置和数据最小长度。通过经典算例验证了该算法的正确性和有效性。其次,基于Dolph-Chebyshev窗等波动性的特点,对该算法进行了改进,使其进一步减小长距离泄露对检测的影响,更适合用于高压直流输电系统的间谐波检测,提高了检测精度,并通过算例进行了验证。最后,利用调制理论建立了用于高压直流输电系统的间谐波研究的数学模型,利用该模型对系统中间谐波特性进行了深入分析,揭示了HVDC系统中间谐波产生的原因和传播特性。然后通过Matlab/Simulink搭建仿真HVDC模型,对于三种运行情况下整流器直流侧电压和交流侧电流仿真数据,采用了本文提出的基于Dolph-Chebyshev窗插值FFT间谐波检测算法进行谐波和间谐波含量测量。证明了该间谐波分析模型及其所推导的结论是正确的。
本文所做工作对高压直流输电间谐波领域具有一定的理论研究意义和工程实际价值。