城市轨道交通低压配电系统论文

城市轨道交通低压配电系统论文

摘要：本文结合城市轨道交通低压系统的特点以及有源滤波技术的发展，从系统设计的角度，提出了城市轨道交通低压配电系统谐波治理的措施，避免无功补偿装置对谐波的放大，同时提高系统滤波的效率。

近年来，电力电子技术高速发展，并广泛应用于工业、交通、供电系统等各个领域。计算机、电机设备、变频空调等电气设备的广泛应用，造成了供电系统中的谐波量不断攀升，谐波污染已经成为威胁电网安全、稳定、经济运行的主要因素。在诸多公共服务领域，特别是城市轨道交通供电系统中，做好谐波治理是供电系统中一件非常重要的工作。

一、城市轨道交通供电系统中的谐波源及有源滤波装置特点

1、谐波，我们通常也称之为高次谐波：主要是指在运行中的电压、电流发生了波形畸变。在城市轨道交通供电系统运行中，存在大量非线性负荷，因此容易造成谐波污染。一般来说，城市轨道交通供电系统中，除牵引整流机组外，低压配电系统也存在很多非线性负荷。比较典型的谐波源有：变频调速装置如风机、中央空调、水泵用变频控制器和软启动器；LED广告牌；荧光灯；变电所直流屏、UPS电源屏；弱电系统电源，如信号系统、打印机等现代电子类设备等。

2、有源电力滤波器特点

有源电力滤波器，其应用可克服无源滤波器（LC滤波器）等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以既抑制谐波又补偿无功。三相电路瞬时无功功率理论是有源电力滤波器发展的主要基础理论，且有并联型和串联型两种，前者用的多；并联有源滤波装置主要是治理电流谐波，串联有源滤波装置主要是治理电压谐波等引起的问题。有源滤波装置同无源滤波装置比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振。

二、城市轨道交通供电系统的谐波危害

城市轨道交通供电系统的谐波危害，总的可以概括为电力危害和信号干扰两大方面。具体表现为：

（1）造成变压器过热，降低其带负载能力。运行中的变压器会因为谐波电流的存在而导致温度的增加，造成变压器过热，并进一步加速变压器绝缘的老化，损耗的增加，降低变压器的带负荷能力。

（2）干扰运行中的继电保护和自动控制装置，容易造成误动或拒动。

（3）对无功补偿电容器组引起谐波电流的放大，损坏无功补偿装置的投切开关，使内部电容器过流发热，严重时造成鼓胀甚至爆炸。

（4）对供电线路的影响。谐波的存在会导致供电线路运行损耗的增加，而且过大的谐波电流容易造成运行中的电力电缆产生过负荷或者过电压，造成电力电缆的击穿。

（5）造成运行设备的损毁。额外的谐波电流可能导致电网内器件过热甚至烧毁；导致中性线电流过大引发故障，造成中性线发热甚至火灾；影响电机效率和正常运行，产生震动和噪音，缩短电机寿命。

（6）敏感设备工作异常。谐波会使得精密仪器和敏感设备不能正常工作。比如计量设备，电能计量仪表通常是按工频正弦波设计的，当有谐波时将会产生测量误差。又如通信系统中的通信设备，会因为谐波的干扰产生噪声，造成通话清晰度的降低，甚至会导致信号的丢失，干扰保护与自动化设备的正常工作。

（7）电压畸变对照明设备等的寿命有一定的影响。

三、城市轨道交通低压配电系统谐波治理的措施

目前对谐波进行治理主要有以下两种方式：

1、无源方式为避免单体电容器放大谐波，一般采取的措施是改变与电容串联的限流电抗器。电抗率按照5 次谐波及以上呈现感性的原则确定。无功补偿装置采用串联电抗器的无功补偿装置（即电容器串联电抗器的方式）后，通过参数选取使装置在谐波频率下为一低阻抗回路以吸收谐波，在基波频率下提供容性无功。其工作原理如图1所示。本方式具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便

等优点。但由于其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定的，因而无源滤波装置存在以下缺点：①滤波特性受系统参数的影响较大；

②只能消除特定的几次谐波；③谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成装置过载；④有效材料消耗多，体积大。

2、有源方式由于无源方式具有以上缺点，随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源电力滤波器。与无源方式相比，有源方式具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点，其具体特点如下：①滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；②具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波；③通过适当的控制可以有效的抑制系统谐振。有源电力滤波器工作原理如图2所示，通过检测被补偿对象的电流瞬时值，经指令电流运算电路得出谐波补偿电流的指令信号，控制变流器产生所需要的补偿电流。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流相抵消，最终获得所期望的电源电流。随着0.4kV有源滤波装置的批量生产，该产品的价格已大幅降低，可以替代传统的无功补偿装置。该装置可跟随进线侧电流变化，输出反方向电流，既可以起到滤波作用，又可起到无功补偿功能，具有响应速度快，滤波频谱范围大的特点，满足地铁谐波治理需求。

四、结论

本文结合城市轨道交通低压系统的特点以及有源滤波技术的发展，从系统设计的角度，提出了城市轨道交通低压配电系统谐波治理的措施，避免无功补偿装置对谐波的放大，同时提高系统滤波的效率。

参考文献

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