關(guān)于城市軌道交通供電系統(tǒng)諧波分布的探討

夏 聘 重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院

關(guān)于城市軌道交通供電系統(tǒng)諧波分布的探討

夏 聘 重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院

城市軌道交通；供電系統(tǒng)；諧波分布

前言

城市軌道交通供電系統(tǒng)是城市交通供電系統(tǒng)中的重要組成部分，主要是由中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)和動(dòng)力照明供電系統(tǒng)共同來構(gòu)成的，對促進(jìn)城市交通發(fā)展具有重要作用。城市電網(wǎng)對城市交通軌道供電系統(tǒng)的發(fā)展起決定性作用，是城市軌道交通供電系統(tǒng)的核心，承載著為交通車輛提供電能的重要使命，具有降壓、整流和傳輸電能的重要作用，提升了電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量和可靠性。

1.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)諧波分析

1.1 諧波產(chǎn)生的原因

諧波產(chǎn)生的主要原因是由于電力系統(tǒng)中存在非線性元件及負(fù)載，能夠作為儲(chǔ)能元件或者變流設(shè)備來使用。但是在實(shí)際的運(yùn)用過程中，電壓和電流波形會(huì)發(fā)生畸變，影響城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的合理使用。城市軌道交通供電系統(tǒng)中的諧波與城市軌道交通牽引有密切的聯(lián)系，產(chǎn)生諧波的主要原因是由整流機(jī)組產(chǎn)生的。 24脈波整流方式是最理想的整流方式，網(wǎng)側(cè)電流中含有23和25次及以上特征的諧波，受非理想因素影響，非特征次數(shù)的諧波會(huì)不可避免的產(chǎn)生。 24脈整流方式中包含5、7、 11、 13、 23、 25次諧波，為了確保機(jī)組的正常使用，需要按照相關(guān)的要求，結(jié)合質(zhì)量檢測報(bào)告中提供的數(shù)據(jù)，對電氣設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測。城市軌道交通供電系統(tǒng)是由大量的電力電子設(shè)備組成的，在實(shí)際的運(yùn)用過程中，會(huì)消耗大量的無功功率，產(chǎn)生大量的諧波，會(huì)影響周圍的其它設(shè)備，對電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成較大的影響。

1.2 諧波的模擬計(jì)算

在對諧波進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，首先，需要進(jìn)行計(jì)算條件的科學(xué)假設(shè)，將保守假設(shè)定為110kV，將系統(tǒng)短路容量設(shè)置為2000MVA，需要將城區(qū)內(nèi)的110kV變電站的變壓器安裝容量設(shè)置為150MVA，短路阻抗率設(shè)置為10.5%。中壓環(huán)網(wǎng)電纜主要是采用35kV單芯95mm2、120mm2電纜參數(shù)，各牽引變電所整流的機(jī)組為高次諧波電流源。相對于110kv側(cè)國家電網(wǎng)系統(tǒng)而言，主變電所會(huì)被當(dāng)成一個(gè)單獨(dú)的諧波源，由于每個(gè)主變電所產(chǎn)生的容量不同，導(dǎo)致國家電網(wǎng)的貢獻(xiàn)率存在較大的差異。影響系統(tǒng)諧波的主要指標(biāo)有：總諧波畸變率和第n次諧波的HRIn，在理想情況下，HRIn（Harmonic Radio For In） =Ih/Il，THDi（Total Harmonic Distortion） =Ih/Il，其中Il最基波的有效值，對于每個(gè)諧波源，公共節(jié)點(diǎn)處的最小短路容量與基準(zhǔn)容量不同，需要按照以下公式對諧波電流進(jìn)行修正。公式為:In=SKL/SK2×Iph。

2.諧波影響的分析和建議

通常，各牽引變電所主要是采用24脈波整流機(jī)組，需要在遠(yuǎn)期高峰小時(shí)或者是嗲是電力系統(tǒng)最小運(yùn)行方式的條件下，來進(jìn)行諧波電流計(jì)算，需要將諧波的標(biāo)準(zhǔn)值控制在國際允許的范圍內(nèi)，通過設(shè)置或者預(yù)留設(shè)置濾波裝置的形式來實(shí)現(xiàn)。諧波影響因素主要有：第一，需要確保計(jì)算出來的諧波電流值不超過國際標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)，需要在假設(shè)系統(tǒng)條件下對估算結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。第二，對軌道線路向外延伸，提升系統(tǒng)容量，由于地鐵內(nèi)部的系統(tǒng)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致系統(tǒng)諧波數(shù)值也隨之發(fā)生變化。第三，需要確保諧波影響計(jì)算在理想化的狀態(tài)下進(jìn)行，由于軌道交通的牽引負(fù)荷變化較大，導(dǎo)致負(fù)荷發(fā)生變化，造成諧波進(jìn)一步增加［2］。

3.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)諧波治理及改善措施

3.1 高脈波數(shù)的整流脊柱和Y/△或△/Y接線三項(xiàng)整流變壓器

采用Y/△或△/Y接線方式，能夠消除3的整數(shù)倍的高次諧波，能夠確保電網(wǎng)中的諧波電流保持在奇次諧波。整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波次數(shù)與整流機(jī)組輸出的脈波數(shù)有直接的關(guān)系，能夠放映出整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波電流次數(shù)，通常會(huì)用n=K×P±1來表示，整流機(jī)組的脈波數(shù)越高，產(chǎn)生的諧波越少，對系統(tǒng)的影響也越小。通過24脈波整流機(jī)組的運(yùn)用，大大減少了11.1 3次諧波的含量，由于整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波次數(shù)較高，要想確保諧波傳輸路徑，需要對供電網(wǎng)絡(luò)的基本情況進(jìn)行計(jì)算和評估。

3.2 安裝有源諧波調(diào)節(jié)器

有源諧波調(diào)節(jié)器在城市軌道交通供電系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，在安裝過程中，需要固定在某些諧波頻段上，通過對非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波進(jìn)行采樣和分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)車側(cè)送一個(gè)與非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波相反的諧波，對加強(qiáng)對諧波的有效抑制具有重要作用。需要結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，對電壓和電流波形的相位角節(jié)能型調(diào)整，對修正電流波形和提高功率因數(shù)具有重要作用。在對城市軌道交通供電系統(tǒng)，進(jìn)行諧波分析時(shí)，需要考慮到整流機(jī)組對110kV側(cè)的國家電力系統(tǒng)的影響。同時(shí)還需要分析牽引供電系統(tǒng)對35kV環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)和動(dòng)力照明系統(tǒng)帶來的影響，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.結(jié)論

本文對城市軌道交通系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的諧波分布情況做出了系統(tǒng)的介紹，通過介紹分析，能夠明確諧波產(chǎn)生的主要原因，并總結(jié)出了治理方案。通過加強(qiáng)對變壓器和整流器組合的形式，對諧波的源頭進(jìn)行治理，解決了重點(diǎn)區(qū)域的堵防和疏導(dǎo)處理，通過對系統(tǒng)諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和處理的過程，有效的降低了各諧波的素質(zhì)，對減少特征諧波的含量，確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要作用，充分展現(xiàn)出了在城市軌道交通中的重要作用。

［1］ 陶乃彬，李建民，徐彥.城市軌道交通供電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)諧波研究［J］.鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，02：3-6.

［2］ 朱明星，錢辰辰，段曉波，胡文平，戎士洋.基于城市軌道交通運(yùn)行圖的供配電系統(tǒng)諧波預(yù)評估仿真［J］.城市軌道交通研究，2015，06：56-61.

［3］ 全恒立，張鋼，阮白水，劉志剛，余龍.城市軌道交通混合型能饋式牽引供電裝置［J］.北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，02：92-98.

［4］ 陳忠.軌道交通供電系統(tǒng)電力諧波的分析和治理［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2014，02：114-115.

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)了交通行業(yè)的發(fā)展，交通行業(yè)作為城市建設(shè)中的重要組成部分，對城市的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)性作用。供電系統(tǒng)影響著城市交通的運(yùn)行情況，能夠確保城市軌道交通供電的合理性。本文主要針對城市軌道交通供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波類型進(jìn)行分析，指出了諧波中存在的危害和特征，并對系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)中的諧波大小進(jìn)行計(jì)算和實(shí)際測量，建立了系統(tǒng)的諧波計(jì)算分布圖。本文通過對110KV側(cè)的諧波電流進(jìn)行整理和研究，充分展現(xiàn)了諧波在城市軌道交通供電系統(tǒng)中的重要作用。