为什么谐振时电抗为0_高压直流输电（LCC-HVDC 和 MMC-HVDC）中平波电抗器的作用和选择策略...

一、平波电抗器（smoothing reactor）在 LCC 中的作用：

1. 抑制直流电流纹波分量；

2. 在低功率传输时避免电流断续；

3. 限制直流系统故障或受扰动时直流电流上升的速率和幅值（限制故障电流上升率），从而降低换相失败的概率；

4. 防止由直流线路或直流开关场所所产生的陡坡冲击波进入阀厅，从而使换流器免于遭受过电压应力而损坏；

5. 减少因交流系统下降引起逆变器换相失败的概率。

二、平波电抗器在 MMC 中的作用：

对于两端都是 MMC 的柔性直流输电系统来说平波电抗器的作用有 3 个：

1. 抑制直流线路故障时的故障电流上升率，其作用亦可以由桥臂电抗器分担；

2. 在直流线路故障时，使 MMC 闭锁前的直流侧故障电流小于 MMC 闭锁后的直流侧故障电流；

3. 阻止雷电波直接侵入换流站，其只对直流架空线路（overhead line）有意义。

4. 阻塞谐波电流流通并改变直流回路的谐振频率，其对一端由LCC另一端由MMC构成的混合型柔性直流输电系统（LCC and MMC-based hybrid HVDC system）有意义。

接上平波电抗器的作用分析，

三、LCC中平波电抗器的选择策略（参数分析计算）^[1]

1. 抑制直流电流纹波

直流侧电流（系统设定的电流值）

换流阀的脉动数

为直流侧最低次（12次）特征谐波电压有效值

允许的直流侧最低次（12次）特征谐波电流的相对值

2. 避免直流电流断续：

直流低负荷时的换流器触发角

6脉动换流器理想空载直流电压

允许的最小直流限值（考虑换流变压器的分接开关档位和电流测量误差）

3. 限制故障电流上升率：

解释：当逆变器的某个桥臂出现短路时，为了限制故障直流电流上升率进而避免换相失败的发生，逆变侧的熄灭角γ应不小于γmin，所以基于此考虑，可另计算平波电感值为：

某个桥路出现短路时直流电压的变化值（一般取一个6脉动的额定直流电压）

某个桥路出现短路时直流电流的变化值（不发生换相失败所允许的直流电流增量）

额定熄灭角；

不发生换相失败的最小熄灭角

换相重叠角

基波频率

另外：LCC 中平波电抗器的电感量取值应避免与直流滤波器、直流线路、中性点电容器和换流器等在50Hz，100Hz发生低频谐振，并且其选取不专门为滤波要求而改变。

四、MMC 中平波电抗器的选择策略（参数分析计算）

关于平波电抗器在MMC中的作用关于柔直的书中鲜有涉及，大都是一概而过，这里就上述作用提到的使 MMC 闭锁前的直流侧故障电流小于 MMC 闭锁后的直流侧故障电流这一点做参数分析（关于公式部分只涉及结论，详细分析还是参考徐政老师的柔性直流输电关于直流侧故障电流分析部分）^[2]：

当直流侧故障导致MMC的直流侧正负极通过平波电抗器短路后， MMC闭锁前直流短路电流的表达式为：

其是根据直流侧短路电流流通回路上的激励源作用下的短路电流，（忽略交流电网的分流作用）求解上图所示的电路所得到的，其中

，

忽略其中的非主导因素，可得到：

可见 Rdis 的取值与平波电抗器 Ldc 的取值密切相关，如果Ldc=0，闭锁前的直流短路电流的最大值可以达到直流额定电流的 50 倍以上！

MMC闭锁后直流短路电流的表达式为：

MMC换流器闭锁后的等效电路

, 该值通常是小于50 倍的直流额定电流的。

因此，直流侧短路电流在闭锁前后的大小关系主要取决于平波电抗器的大小，若平波电抗器太小的话，闭锁前的直流短路电流将大于闭锁后的直流短路电流。

当

时所得到的电感值定义为临界电感值这里用

表示，

也就是说平波电抗器的值

应当大于临界值

，这样才能保证闭锁前直流短路电流小于闭锁后的直流短路电流。

LCC的平波电抗器要起到平抑直流电流纹波的作用，其取值一般要在百mH级别；而对于MMC来说直流电流纹波已经很小不需要抑制，其主要作用是要使得闭锁前的直流短路电流将大于闭锁后的直流短路电流，其平波电抗器取值相较LCC侧小很多，一般为十mH级别。

参考

^高压直流输电设计手册
^柔性直流输电（第二版）