电气化铁路电能质量及其综合控制技术

C
Z( f )
f fr
L fr f
L R

C
其中 fr 为单调谐支路的固有频率
fr

2
1 LC
双调
R3
R2
2 阻尼滤波器 常见的有一阶阻尼和二阶阻尼型两种. 一阶阻尼滤波器
C
R
二阶阻尼滤波器
C
R
L
三阶阻尼滤波器
C1
C1
C2 L
R
C2 R
L

系统谐波电流和谐波电压分别为
iSh

Z Fh ZSh ZFh
ih
U Sh

ZSh Z Fh ZSh ZFh
in
理想滤波器时，ZFh 0
实际滤波效果取决于滤波器阻抗及系统阻抗的关系。
二、交流滤波器的分类 1 按接入系统的方式，可分为串联和并联两种类型。
串联滤波器
串入系统 调谐滤波器，利用L－C并联谐振来阻碍谐波进入系统 基波下呈感性 经受全部电流，绝缘水平要求高
并联滤波器
并入系统 调谐滤波器，利用L－C串联谐振构成谐波通路 基波下呈容性 承受调谐的谐波电流和部分无功电流
一般，并联滤波器性价比要好于串联滤波器。 有时两者可混合使用。
2 按调谐锐度，可把并联滤波器分为调谐滤波器和阻尼滤
波器两种
调谐滤波器 调谐在某一、二次较低次谐波上 ，其中串联（等效）
此处重点介绍滤波器的原理。
一、交流滤波器的用途
降低电网的谐波电压或减少进入系统的谐波电流。 与并联补偿装置配合使用，实现无功功率的补偿。 交流滤波器的安装位置 电力机车上 牵引变电所中（牵引侧 ）
滤波原理
非线性负荷一般可视为谐波电流源。 h次谐波下，系统、滤波器及非线性负荷的模型如下图。
静态功补（无 源补偿方法）
装设补偿装置
动态无功功率 补偿
有源电力滤波 器（APF）
} 无功补偿电容器
装设于机车上 或变电所
LC无源滤波器
静止无功补偿装置 （SVC）
静止无功发生器 （SVG）
单独使用的APF
混合型APF
谐波的抑制措施
为减少谐波及其危害，可采取的抑制方法有： 改进换流装置 设置滤波装置
占用系统及设备容量，造成附加网损，引起系 统电压不对称，降低发电机和电动机出力等。
为使电力系统经济运行和提高电能质量，尽可
能降低负序是十分必要的。
理论依据
由负序电流的一般表达式来观察负序的合
成特性：
i
n
1 j (2 p p ) K i e p p
3 p1
可见，在各种负荷条件不变的情况下，只
要合理安排负荷所在的端口，就能最大程度的
使构成负序电流的各分量互相抵消，从而减少
总的负序电流。
抑制负序主要措施
平衡接线变压器 换相连接 并联补偿 同相供电
1 平衡接线牵引变压器 比较常用的是Scott接线牵引变压器。其他
三相－两相平衡接线牵引变压器，如 Kubler 接
线、Le Blanc接线、Wood-Bridge接线等很少 用到。
A B C
U ab
U bc
U bc
U ab
电分相承受电压
U ca
电分相上承受电压为 3 27.5kV
方案2：由6台单相变构成相别循环
A B C
U ab
U ac
U ca
U ba
U bc
U ba
U ca
U cb
U cb
电分相承受电压
Uab 电分相上承受电压为27.5kV
U bc
U ac
2 Vv接线变压器换相连接
电阻很小，也称高Q（品质因数）滤波器 。
阻尼滤波器 在某一宽频带上呈现低阻抗（如高通阻尼滤波器），
其（等效）电阻较大，也称低Q滤波器 。
3 按阶数可把并联滤波器中的阻尼滤波器分为一阶、二阶
和三阶等阻尼滤波器。
重点讨论并联滤波器 。
三、常用滤波器及其特性
1 调谐滤波器
单调谐滤波器
忽略电阻，相对阻频特性为
牵引变电所换相连接的基本要求
各变电所单相牵引负荷轮换接入电力系统不同相，使电 力系统三相负载对称。 两个相邻牵引变电所的相邻供电分区同相，便于越区供 电（纯单相变电所除外）。 接触网分相绝缘器承受电压不超过网压。
（三相牵引变电所换相时要考虑重臂负荷安排在超前相）
1 单相牵引变电所换相连接 方案1：由3台单相变构成相别循环
原边：按YNd11牵引变压器接 线展开图完成原边接线
方法：先画出展开图，绕组定向，电压均为网地，相别正 负分别对应，可确定绕组上电压相别，再根据原次边绕组对 应画出原边接线图。
IB

IC
1
1
1
3K1
2

3 3 0



I

I



牵引变电所换相联接 为整体减轻进入电力系统的负序分量，电气化
区段的各种接线的牵引变电所几乎无一例外地实行 换相联接，即轮换接入电力系统的不同相。
大量实践证明，牵引变电所换相联接对减少电 气化铁道对电力系统的负序影响是十分有效的。
三阶阻尼滤波器
C型滤波器
调谐滤波器比阻尼滤波器对元件参数精度要求高。 元件参数变化及电网频率偏移都会使调谐滤波器失谐
。设计时，需要在谐振点上向感性区做适当偏移。
为加强滤波效果，最经济有效的方法是对电气化
铁道，采用3次、5次和7次单调谐滤波装置 。
降低负序影响的措施
负序在电力系统中所造成的不良影响，如额外
（1）单相Vv相别循环
A B C
U ca
U ab
U ab
U bc
U bc
U ca
3 三相YNd11牵引变电所换相连接
YNd11牵引变压器展 开图如下
接线规则： 按照给定供电臂相序
(A)
(C) (a)
(B) (b) (c)
次边：(c)端子接轨地； (a)端 子接“+”电压供电臂； (b)端 子接“-”电压供电臂。
Scott接线变压器底（M）座绕组原边接入电力系统 AB相（线电压），高（T）座绕组原边一端接底绕组的中 点D，另一端接入C相。
A
B
C


IA 1 D
IB
1 IC

I
2


2

I


U
U
A
B
C


IA 1 D
IB


1
IC

I
2
2

I


U
U


I
A

电气化铁路电能质量及 其综合控制技术
7.1 电气化铁道电能质量问题
交直型电力机车
谐波电流大：由相控方式决定；谐波为奇次谐
波，主要为3、5、7次
功率因数低 产生负序电流
交直交型电力机车
功率因数接近1 谐波含量低 牵引功率大，负序问题突出
解决思路
电气化铁道的 谐波无功治理
机车改型
交直交 电力机车