簡(jiǎn)述地鐵供電系統(tǒng)諧波的分析及治理

1、簡(jiǎn)述地鐵供電系統(tǒng)諧波的分析及治理摘要：城市軌道交通供電系統(tǒng)的負(fù)荷變化很大，容易引發(fā)電壓?jiǎn)栴}及頻率問題，產(chǎn)生大量諧波，對(duì)供電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性造成不良影響，所以對(duì)供電系統(tǒng)諧波抑制措施進(jìn)行詳細(xì)探究十分重要。本文采用仿真建模方法，對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)諧波進(jìn)行分析，并對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)諧波抑制方法進(jìn)行詳細(xì)探究，以期保障城市軌道交通供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞：軌道供電系統(tǒng)；電力諧波；分析及措施一、軌道交通供電系統(tǒng)電力諧波分析軌道交通車輛追求的目標(biāo)是平安、快捷、舒適，對(duì)牽引供電系統(tǒng)的開展方向是可靠、節(jié)能、環(huán)保?，F(xiàn)在城市交通供電系統(tǒng)網(wǎng)對(duì)軌道交通系統(tǒng)采用分散供電方式、集中供電方式和混合供電方式，由于我國(guó)的

2、供電系統(tǒng)起步晚、供電方式不完善，出現(xiàn)了很多問題。軌道交通牽引供電系統(tǒng)采用整流設(shè)備向電動(dòng)車組提供其所需直流電源，形成諧波源，由于牽引整流裝置、整流逆變裝置和照明裝置的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致軌道供電系統(tǒng)產(chǎn)生大量諧波。在軌道交通供電系統(tǒng)中，很大局部的非線性負(fù)荷投入使用，不僅吸收大量基波，將局部功率轉(zhuǎn)變?yōu)橹C波功率注入系統(tǒng)，成為系統(tǒng)的諧波源，成為產(chǎn)生諧波的根本原因。當(dāng)諧波超過一定范圍，會(huì)對(duì)電力供電系統(tǒng)、城市軌道交通的照明系統(tǒng)等供電系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害。二、地鐵供電系統(tǒng)諧波電流和無功功率的危害1.在諧波電流方面地鐵供電系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波電流，通常情況下，供電系統(tǒng)中的牽引變電所的整流機(jī)組降壓整流方式主要為兩種，分別

3、為12脈波整流與24脈波整流，在機(jī)組降壓整流后，出現(xiàn)的諧波電流有5、11、23與25次。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定開展的背景下，地鐵供電系統(tǒng)中使用的用電設(shè)備多為低壓與高節(jié)能類型的，其中變頻裝置的應(yīng)用具有廣泛性與普遍性，在此根底上，低壓配電系統(tǒng)中的諧波畸變更為嚴(yán)重。照明系統(tǒng)的運(yùn)行形式為電子整流器，在此期間諧波出現(xiàn)的次數(shù)為3次；空調(diào)與電梯的運(yùn)行，在此期間諧波出現(xiàn)的次數(shù)為5、7次。諧波電流危害主要表達(dá)在影響著地鐵供電系統(tǒng)的電流，會(huì)使其出現(xiàn)疊加與流竄，在此根底上，電流會(huì)逐漸放大，進(jìn)而直接影響著地鐵供電系統(tǒng)的平安性。同時(shí)，它也威脅著電力系統(tǒng)的平安，諧波污染會(huì)影響整個(gè)城市的電力系統(tǒng)。諧波電流的具體危害為：疊加與流竄的

4、電流會(huì)使電容器持續(xù)加熱，在長(zhǎng)時(shí)間后，電容器的熱度便會(huì)超過平安界線，此時(shí)電容器會(huì)出現(xiàn)老化的問題，其使用時(shí)間也將縮短，進(jìn)而電容器極易出現(xiàn)擊穿故障；在電流增大的根底上，供電系統(tǒng)中的線路損耗會(huì)逐漸增加，其中的變壓器額定容量也會(huì)不斷降低；同時(shí)，諧波電流影響著系統(tǒng)的保護(hù)裝置，局部停電的情況將更為普遍，它也影響著系統(tǒng)的電機(jī)，振動(dòng)與噪音的問題將更加嚴(yán)重，電機(jī)的使用時(shí)間將大幅度的縮短。2.在無功功率方面地鐵供電系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)時(shí)，用電設(shè)備的用電負(fù)荷為感性負(fù)荷，此時(shí)用電負(fù)荷的性質(zhì)與功率因數(shù)均存在差異，地鐵供電系統(tǒng)極易出現(xiàn)無功功率，無成效應(yīng)也隨之出現(xiàn)。無功功率的危害主要是提高了地鐵運(yùn)營(yíng)的本錢，制約著節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。三

5、、城市軌道交通供電系統(tǒng)諧波抑制方法1.電力系統(tǒng)諧波抑制措施在進(jìn)行城市軌道交通供電系統(tǒng)諧波抑制過程中，可以采用以下三種方法：受端治理措施：這一治理措施指的是在進(jìn)行諧波抑制時(shí)，選擇科學(xué)合理的供電方式，提升供電系統(tǒng)設(shè)備抵御諧波的能力，盡量防止電容對(duì)諧波放大，提升諧波保護(hù)水平。在受端治理措施的實(shí)際應(yīng)用中，通過應(yīng)用各種諧波抑制措施，有利于改善供電系統(tǒng)設(shè)備使用性能。主動(dòng)治理措施。這一諧波抑制措施指的是通過增加變流裝置的相數(shù)、改變諧波源工作方式或者采用PWM技術(shù)等措施，雖然主動(dòng)治理能抑制諧波的產(chǎn)生，但是由于非線性元件種類繁多復(fù)雜，單獨(dú)依靠主動(dòng)治理不可能完全消除諧波。被動(dòng)治理措施。被動(dòng)治理措施指的是在軌道交通

6、諧波抑制過程中，采用外加設(shè)備的方式，具體而言，可以采用有源濾波器或在諧波源并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置聯(lián)合運(yùn)行。2.建立新型整流變壓器架構(gòu)新型地鐵牽引供電系統(tǒng)是在感應(yīng)濾波的技術(shù)根底上，改變整流變壓器兩套閥側(cè)接法，由原來的Y型/型接法改變?yōu)檠舆吶切温?lián)結(jié)法。在延邊三角形公共繞組抽頭的位置連接濾波裝置，改變公共繞組設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)零阻抗繞組，借助濾波器給出的短路通路使得閥側(cè)特定次諧波可直接通過，避開變壓器鐵芯進(jìn)入網(wǎng)側(cè)這一環(huán)節(jié)，阻斷諧波電流的傳輸和擴(kuò)散。整流變壓器的接法選用一次側(cè)接Y型，二次側(cè)兩套繞組選用D聯(lián)結(jié)，借助繞組方式改變產(chǎn)生電壓相位差，兩套繞組依次和整流器連接形成12脈波整流，使變壓器鐵芯中諧波電流磁勢(shì)倍數(shù)到達(dá)

7、12K±1K=1，2，3次。新型整流變壓器閥側(cè)接線電壓移相角為±15°，兩組線電壓差角為30°，形成12脈波換相整流變壓器；兩組閥側(cè)繞組的匝數(shù)比一樣，使制造更容易。3.新型整流濾波器諧波抑制方法濾波方案主要是通過改變繞組連接方式，在閥側(cè)公共繞組抽頭位置連接5次、7次、11次和13次特征諧波濾波器，相應(yīng)頻次的諧波濾波器產(chǎn)生的支路阻抗是零，使得諧波電流通路短路。在供電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，如果諧波電流流經(jīng)延邊繞組，不通過原邊繞組，并且直接經(jīng)過濾波器支路短路，那么會(huì)使得延邊繞組和公共繞組上因諧波電流而產(chǎn)生的諧波磁勢(shì)相均衡，有效地將閥側(cè)諧波和網(wǎng)側(cè)繞組阻隔。在進(jìn)行變

8、壓器繞組設(shè)計(jì)時(shí)，只需合理布設(shè)公共繞組便可將繞組阻抗設(shè)計(jì)為零。在實(shí)際變壓器設(shè)計(jì)過程中，精確的零阻抗設(shè)計(jì)一般難以實(shí)現(xiàn)，但只需合理設(shè)計(jì)公共繞組等效阻抗不超過網(wǎng)側(cè)繞組等效阻抗的5%，便可滿足工業(yè)設(shè)計(jì)需求。4.電氣化軌道交通諧波抑制措施現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)開展迅速，在城市軌道交通建設(shè)中，電氣化軌道交通開展迅速，同時(shí)對(duì)于電氣化軌道交通供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的要求也越來越高?，F(xiàn)如今，對(duì)于電氣化軌道交通諧波抑制，可以采用以下方法：采用新型的交-直-交型電力機(jī)車，更換既有的交-直型電力機(jī)車。交-直-交型電力機(jī)車所采用的是四象限脈沖變流器，而逆變器采用的是PWM控制方式，因此諧波含量比交-直型電力機(jī)車諧波含量有了明顯的減少

9、。主變壓器的牽引繞組上直接安裝無功補(bǔ)償裝置，在補(bǔ)償裝置實(shí)際安裝過程中，對(duì)于電容器以及電抗器，采用串聯(lián)的連接方式，其中，電容器能夠有效提供容性超前無功功率補(bǔ)償感性負(fù)載消耗的滯后無功功率，從而促進(jìn)功率因數(shù)的提高。嚴(yán)格執(zhí)行諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對(duì)諧波源的監(jiān)測(cè)分析?？稍谧冸娝鶅?nèi)設(shè)置電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析裝置，及時(shí)關(guān)注牽引變電所內(nèi)電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)。5.利用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在科學(xué)技術(shù)水平不斷提升的背景下，地鐵供電系統(tǒng)的無功功率問題得到了廣泛的關(guān)注，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)此問題的有效解決，相應(yīng)的技術(shù)得到了研究，并將技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，以此保證了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、平安性與可靠性。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的作用是顯著的，通過動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)用，促進(jìn)了相應(yīng)技術(shù)作用的發(fā)揮，并使該技術(shù)得到了開展。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)主要是借助大功率的電子器件，促進(jìn)了無功能力的轉(zhuǎn)變，通過高頻開關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)了無功功率的補(bǔ)償，進(jìn)而有效解決了地鐵供電系統(tǒng)的無功功率問題。此項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是顯著的，如：較小的占地面積、對(duì)母線電壓的影響較少，同時(shí)耗能偏低、效率較高。結(jié)語對(duì)地鐵供電系統(tǒng)的諧波研究，分析諧波的產(chǎn)生原因及諧波給供電設(shè)備帶來的危害，并提出合理的治理方案。采取必要的濾波治理措施后，地鐵供電系統(tǒng)的電能指標(biāo)滿足國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證電力系統(tǒng)平