【精选100秒】长沙理工大学 唐欣,刘鹏宇,屈贝,等:LCC-HVDC换流站背景谐波影响的主动抑制方法

随着特高压网架不断完善，空载变压器合闸、新能源并网等场景给LCC-HVDC换流站带来了严峻的背景谐波挑战。这些谐波不仅包括低次谐波和间谐波，还会通过换流器的频率耦合特性产生镜像谐波，引发一系列严重问题。传统抑制方法存在明显短板，多谐振控制器易导致系统失稳，PI控制对低频谐波抑制能力有限，而滤波器装置要么滤波范围受限，要么成本高昂，且部分滤波器还可能放大背景谐波，因此亟需一种适配LCC相控换流器的高效谐波抑制方案。

针对上述研究背景，本文在背景谐波与换流器产生的同频、镜像谐波电流问题上，摒弃传统“提高增益”或“前馈补偿”的思路，提出“导纳模值减小”的核心抑制逻辑，具体思路如下：

1）在考虑换相重叠角的前提下构建导纳模型，通过节点电压法推导换流器关键参数(交流电压、直流电流、延迟触发角等)间的传递函数，结合小信号建模方法，构建出dq坐标下LCC相控换流器的导纳模型：

(1)

2）提出“通过减小换流器导纳模值抑制背景谐波”的创新思路，在如图1所示控制环节引入双重重塑因子H_zpll以及H_{zudq_a}，分别抵消锁相环和电压环对低频段导纳的影响，实现导纳模型的精准重塑。

图1  加入重塑因子小信号框图

该方案无需额外增加硬件设备，仅通过控制策略优化，即可从源头削弱背景谐波引发的同频及镜像谐波电流，避免了传统方法的鲁棒性缺陷。

3）通过Matlab/Simulink仿真、Starsim半实物平台测试，验证了方案的有效性：注入10~120Hz低频谐波时，电流THD从最高13.93%降至1.45%以下。

图2  背景谐波加入重塑环节前后电流波形

同时提升了系统稳定性，即使在PI参数大幅调整、短路比低至1.46的极弱电网条件下，仍能保持稳定运行，打破了传统方法对电网强度的依赖限制。