牵引变电所的谐波分析
摘要：城市轨道交通系统供电系统采用整流机组供电，由于整流机组中整流变压器及各种非线性元件的存在，不可避免地会产生谐波；而谐波给地铁牵引供电系统带来的危害性较大，有必要对其进行分析研究，寻求抑制谐波的有效措施。文中的地铁直流牵引变电站采用24脉波整流机组，应用matlab/simulink工具箱对某实际地铁牵引供电系统建模仿真，并计算分析产生的谐波，提出有效抑制谐波的治理措施。
关键词：谐波牵引变电所 24脉波整流器供电仿真
中图分类号：u22 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2012）11-0213-02
1、引言
随着我国国民经济持续发展和城市化进程不断加快，以地铁为代表的城市轨道交通系统能够有效缓解城市交通拥堵和大气污染等
问题[1-2]][[1-2]。地铁牵引供电系统的电源为城市中压交流电网，经整流机组变换为地铁系统所需的相应直流电压等级[3]，然后通过接触网或第三轨，向动车组中的牵引逆变器供电，最后将逆变产生的三相交流电压供给三相异步牵引电机。而地铁机车和大功率整流机组是地铁牵引供电系统的主要谐波源，谐波的存在对电气设备、通信系统和继电保护系统等造成一定的危害[4]，且地铁牵引供电系统靠近城市负荷中心，直接影响地铁车辆的安全运行和牵
目录 摘要 (2) Abstract (2) 1：绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2谐波的产生 (3) 1.3电网中谐波的危害 (5) 1.4研究谐波的重要性 (5) 2：谐波的限制标准和常用措施 (7) 2.1国外谐波的标准和规定 (8) 2.1.1谐波电压标准 (8) 2.1.2谐波电流的限制 (9) 2.2我国谐波的标准和规定 (9) 2.2.1谐波电压标准 (10) 2.2.2谐波电流的限制 (11) 2.3谐波的限制措施 (12) 3：谐波的检测与分析 (15) 3.1电力系统谐波检测的基本要求 (15) 3.2国内外电力谐波检测与分析方法研究现状 (15) 3.3谐波的分析 (18) 3.3.1电力系统电压（或电流）的傅立叶分析 (19) 3.3.2基于连续信号傅立叶级数的谐波分析 (19) 4：电力谐波基于FFT的访真 (21) 4.1快速傅立叶变换的简要和计算方法 (21) 4.1.1快速傅立叶变换的简要 (21) 4.1.2快速傅立叶变换的计算方法 (21) 4.2 FFT应用举例 (22) 5：结论 (28) 附录： (28) 参考文献： (30) 致谢： (30)
基于MATLAB的电力谐波分析 学生： 指导老师： 电气信息工程学院 摘要：电力系统的谐波问题早在20世纪20年代就引起人们的注意，到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关换流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分的关注。 本文首先对目前国内外电力谐波检测与分析方法进行了综述与展望，并对电力谐波的基本概念、性质和特征参数进行了详细的分析，给出了谐波抑制的措施。并得出基于连续信号傅立叶级数的各次谐波系数的计算公式，推导了该计算公式与MATLAB函数FFT计算出的谐波系数的关系。实例证明：准确测量各次谐波参数，对电力系统谐波分析和抑制具有很大意义，可确保系统安全、可靠、经济地运行。同时实验结果表明，该法对设备要求不高，易于实现。 关键字：MA TLAB电力谐波分析 Harmonic Analysis of Electric Power System Based On Matlab Student: Teacher: Electrical and Information Engineering Abstract:The harmonic problem of electric power system has caused the attention of people in1920s and 1930s.Until 1950s,owing to the development of high voltage direct current transportation electricity technology,people published a large number of theses about the electricity power system harmonic problem,which caused by the current transform device.Since 1970s,because of the speedly development of eletricity power electronics technology,the various electric power electronics devices were applied extensively in the electric power system,industry,traffic and family,but the harm which the harmonic creates was serious more and more.Many country of the world all pay attention to the harmonic problem. Summary and Prospects of the first domestic and international power harmonics detection and analysis methods, and power harmonics of the basic concepts of the nature and characteristic parameters of a detailed analysis, given a harmonic suppression measures. Obtained based on the
谐波干扰问题分析与谐波治理方法建议 一、存在的谐波干扰问题介绍 某科技发展有限公司主要从事先进陶瓷材料相关技术、产品和系统的研发，涉及生物医学材料、新能源材料、电子信息材料、化工陶瓷材料、以及多功能结构陶瓷材料等领域。 该公司目前新安装的300KW中频烧结炉，可控硅控制功率加热，出现功率因数低0.3-0.5，谐波大，造成共用的容量1250Kvar供电变压器配置的容量为600Kvar无功补偿电容装置产生过热保护无法正常投切运行等问题。 二、谐波干扰状况分析 随着我国制造业的蓬勃发展和人民生活水平的不断提高，电力电子技术在电网设备中得到广泛应用，大量的非线性负荷广泛应用在工业、商业和民用电网中，给电网造成的污染问题越来越得到重视。如在一般工业领域使用的中频炉、变频器、软启动器、电弧炉、轧机、电解槽、电镀槽等负荷，商业和民用领域如节能灯、气体灯具、变频空调、电脑、冰箱等，都产生大量的谐波，尤其是近几年在我国节能技术产业的发展过程中出现了各种类型的专用节电装置，这些节电装置采用的均是电力电子控制技术如变频控制和可控硅调压原理，属典型的谐波源，大量使用导致谐波的产生，轻者影响供电质量使制造工艺较为精细的产品质量受到影响，或者由于在节电过程中使用的节电器具产生的谐波导致谐振，而使无功得不到满意补偿甚至不补偿影响节电效果，重者导致电气设备长期发热，降低使用寿命甚至损坏、火灾，危害电网安全。 为了便于对北京某科技发展有限公司新安装使用的中频烧结炉产生谐波危害进行分析，特地借鉴下列两组关联数据
用以推断可能产生谐波的含量。 借鉴测试数据一：2014年5月9日浙江某公司新安装使用的中频烧结炉的现场测试数据显示，该中频烧结炉运行时电源进线上基波电流在17-391A有功功率在7.8-118.5KW,谐波电压总畸变率5.7-6.3%，谐波电流总畸变率42-72.9%,功率因数在0.33-0.64范围内波动。 借鉴测试数据二：2014年6月22日领步公司应邀对某新型材料（江苏）有限公司生产线300KW中频烧结炉的谐波测试数据如下：运行电流在250A时谐波参数，谐波电压总畸变率4.4%，谐波电流总畸变率29.9%；运行电流在365A时谐波参数，谐波电压总畸变率6.7%，谐波电流总畸变率30.1% 运行电流 在250A时 谐波参数
电力系统谐波影响及消除（网络摘录）2011.12.20 返回日志列表 从补偿电容无法投入，谈谐波危害，分析谐波来源，提出治理谐波的初步建议随着个私经济特别是特钢和化学工业在我市的发展，我公司的供电量也不断的增长，为了使功率因素达到标准，必须投入补偿电容，但是这几个乡镇的变电所的补偿电容器却无法投上，强行投入后，电容器熔丝也会很快熔断。但根据其他变电所运行经验，在此功率因数下，无功电流不应大于熔丝熔断电流。这是为什么呢? 经过对该地区的供电现状分析，这是由于谐波引起的。所谓谐波，即理想的电力系统向用户提供的应该是一个恒定工频的正弦波形电压，但是由于各种原因，使这种理想状态在实际中无法存在。因此通过对周期性电压或电流的傅立叶分解，所得到的频率为基波整数倍分量的含有量，称为谐波。 谐波对于电网的危害非常大，主要表现在以下方面： 1.由于电网主要是按基波设计的。由于LC元件的存在，虽然在基波时不会发生谐振，但在某个特定谐波时却可能引起谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，电网谐振引起设备过电压，产生谐波过流，对设备造成危害。特别是对电容器和与之串联的电抗器。其中，特别要注意的是，由于电容器是容性负载，能与电网上感性设备(其它设备主要是感性设备)配合，构成共振条件，又由于其大小与谐波频率成反比，因此，电容更容易吸收谐波共振电流，引起电容过载，造成电容损坏，或者熔丝熔断。 2.使电网中的电气设备产生额外的损耗(谐波功率)，降低了设备的效率，同时谐波会影响设备的正常工作，例如变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，电机产生机械振动等故障，绝缘部分老化、变质，严重时候甚至设备损坏。 3.导致继电保护和自动装置误动或拒动，造成不必要的损失，谐波会使电气测量仪表测量不准确，造成计量误差。 另外，谐波还会产生对设备附近的通信系统产生干扰等其他危害。 既然谐波危害如此之大，那么谐波是如何产生的?又如何能减小它的影响和危害呢? 谐波来源 1、中频炉、电弧炉等设备是该地区谐波的主要来源 对该地区负荷进行分析，发现主要的原因是该地区特钢工业发达，中频炉、电弧炉等作为一类高效的加热源已经非常普及。电弧炉是利用电极物料间产生的电弧熔炼金属，因此，它的电流波形很不规则，含有多种谐波(2次到7次)以及间谐波，这是谐波的一个重要来源。而中频炉是工频电流整流后再变为中频，再利用电磁感应来熔炼金属，因此产生大量的高次谐波，其中以5次、7次、11次等奇次谐波为主。这正是该地区谐波的主要来源。 2、用户变压器群是该地区谐波的重要来源 一般情况下，三相变压器由于铁芯为“日”形状，中相比边相要短一半，因此，三个磁路的不对称引起变压器励磁电流中含有谐波分量。所以当对空载三相变压器加电压激励时，即使受电侧没有零序电流通路(中性点不接地或三角形接线)，励磁电流中也会有谐波分量。虽然在实际运行时，这个谐波分量很小，但由于变压器绕组接法以及各绕组和电网各相的连接统一规定时，则各台变压器励磁电流里的同次谐波彼此叠加，形成了电网中谐波的又一重要来源。例如，在绝大多数配变中，都是Y，yn接线，变压器的中间的铁柱对应的线圈即中相接的都是B相，这样的统一接法，就为3、5、7等次谐波提供了一个分别互相叠加的条件。在该地区，现有35kV用户变压器5台，总容量400kVA，10kV用户变压器约800台，总容量330kVA.如此庞大的用户变群又成为了谐波的又一个重要来源。
高速铁路牵引供电系统谐波及其传输特性研究何得发 发表时间：2018-09-12T09:13:56.800Z 来源：《电力设备》2018年第13期作者：何得发[导读] 摘要：随着高速铁路的高速度、大容量、高密集网络化发展，高速机车引起的牵引网谐波放大、谐振问题越发严峻。 （中国铁路青藏集团有限公司西宁供电段青海省西宁市 810006） 摘要：随着高速铁路的高速度、大容量、高密集网络化发展，高速机车引起的牵引网谐波放大、谐振问题越发严峻。从牵引网谐波放大倍数的角度考察谐振以及谐波放大特性。这对于防治实际的谐波危害、选择合适的滤波方案有较大的实用参考价值。本文分析了高速铁路牵引供电系统谐波及其传输特性。 关键词：高速铁路；牵引供电系统谐波；传输特性； 高速铁路牵引供电系统与电力系统相比具有负荷移动、方式多变等特点，加之牵引网多条线路间互感、分布电容的存在，使分析牵引网谐波电流传输特性也越发变得复杂。 一、高速铁路牵引供电系统谐波传输特性分析 牵引供电系统由外部电源、牵引变电所、牵引网和电力机车组成。外部电源系统为牵引供电系统提供高压电源，其电压等级为110 kV 或者220 kV。目前我国普通电气化铁路大多接入110 kV 电网，而高速客运专线则接入220 kV 电网。牵引网为一平行多导体传输线，由于导体数目较多，如果对所有导体建模，这样必然会增加模型建立的难度，因此在建立模型时可根据牵引网空间分布以及导体参数计算出牵引网电气参数，然后利用导线合并方法，将承力索、加强线等效到接触线中，将钢轨合并为一条导线。复线AT 牵引网系统几何结构复杂，它由接触线、承力索、负馈线、保护线、钢轨、埋地线等组成。牵引网导线数目较多，如果在计算时都考虑进去，那将会使计算变得十分困难。引入多导体传输线模型，对导线数目进行合并简化，最终可以简化成一个五导线的等值电路。牵引网是一个RLC 分布的多导体传输系统，考察谐波传输时，根据电力传输线稳态方程和等值电路，对电力机车的两侧的分布参数电路分别采用T 型等效电路。机车离牵引变电所越远，谐波电流的放大倍数越大。机车注入谐波电流在牵引网上的传输特性和谐振频率主要受牵引网长度、系统阻抗(包括电源阻抗和牵引变压器阻抗)、牵引网分布参数、机车位置等的影响。当机车向牵引网注入的谐波频率等于或接近于牵引网的谐振频率时谐波放大明显和发生谐振。根据所建机车仿真模型，当机车输出功率变化时，由于基波和谐波电流的变化不同步，这就使不同输出功率下谐波电流含量的变化较大。电流谐波畸变较牵引工况下要高出许多，从电压、电流相位分析，再生制动的功率因数也较小。再生制动技术广泛应用于动车组制动，若有多机车处于不同运行工况时，再生制动所产生的能量将会被牵引下的机车利用，这些不良的电能对高速列车的受流以及变流过程会产生极其不利的影响。再生制动工况下的谐波治理应引起高度关注。动车组在高速运行中，其运行状态受线路条件、过分相、天气、列车员控制等条件的影响，机车运行过程中牵引负荷不断变化，从而导致机车的牵引电流有较大的波动。高次谐波集中在开关频率的偶数倍附近；但在牵引工况下，随着机车功率的降低，同一频率的谐波含量增大，再生制动工况下，随着机车再生功率的增加，同一频率的谐波含量也有增大的趋势接触网是牵引变电所和电力机车交换电能的主要通道，而承力索、加强线及地埋线等也会对其线路参数的计算产生一定的影响。在建立模型时可将承力索、加强线按多导体传输线电感矩阵法[1 0]等效到接触线中，将地埋线等效到钢轨中，这种简化并不影响模型的精度。选取多个1 km的分布式参数线路建立整个牵引网的电路模型，其模型更接近于实际，这样对不同牵引网长度下的谐波传输特性的仿真分析更加准确。机车在再生制动情况下和下坡减速运行时虽降低了功率的消耗，但同时也带来大量亟待解决的谐波问题，合适的机车滤波、机车变流器的改善都是行之有效的解决方案。当机车位于某一位置的瞬间，可看作是静止的，根据实际的机车运行调度可以及时预知牵引网发生谐振的位置以及谐波放大情况，这有利于延长牵引变压器的服役寿命和提高容量利用率，也对减少或者避免谐振带来的危害有十分重要的意义。 二、高速铁路牵引供电系统谐波谐振抑制 高速铁路的飞速发展给国民经济带来了巨大的经济利益的同时也向公共电网注入了大量的谐波电流，谐波电流及谐振放大电流对电力系统和各种电气设备造成十分严重的危害，因此非常有必要对谐波进行治理。要得到显著的谐波抑制效果，需要从谐波源上入手。只有充分了解谐波产生的来源及机理，分析谐波的主要成分才能做到有的放矢，才能针对特定次谐波进行治理，防止或减小其对牵引供电系统的谐波及谐振危害。牵引供电系统参数满足一定条件时，相应次数的谐波便会发生谐振，产生的过电压和过电流危害牵引供电系统运行的安全性和稳定性。网侧变流器按照直流侧储存电能形式的不同可分为电流型网侧变流器与电压型网侧变流器。电流型网侧变流器直流侧储存能量的是电感元件，直流侧电感体积和重量都比较大，同时由于电感通过大电流，其损耗也比较大；而电压型网侧变流器直流侧储存电能的是电容元件，具有响应较快、体积小、成本低、容易实现的优点，因而目前许多工程项目都使用电压型变流器。目前，交直交电力传动机车上的变流器采用的是电压型变流器。网侧变流器控制方法根据是否将瞬态电感电流直接作为反馈量和被控制量，主要分为间接电流控制和直接电流控制两种控制方法。间接电流控制不直接控制网侧电流，而通过控制变流器的交流电压的幅值与相位间接控制电流。间接电流控制控制系统结构简单，成本较小，但由于没有交流电流反馈，电流环动态响应速度慢，对系统参数波动较敏感，己逐步被直接电流控制策略取代。直接电流控制引入了电流闭环控制，一般采用电压外环，电流内环的双闭环方式，具有控制精度高、动态响应快、交流电流与直流电压的稳定性好、交流电流的谐波含量小等优点。直接电流控制有瞬态电流控制、预测电流控制及滞环电流控制等，预测电流与瞬态电流控制算法较简单，实用方便，控制效果较好。现在交直交电力传动机车使用较多的控制策略是瞬态电流控制。在牵引变电所安装滤波装置，假如加装无源滤波器，由于牵引网额定电压是25kV，加装该类装置需额外配置降压变压器，使得成本大大提升；而加装有源滤波器，则需要更多设备，成本也很高，而在机车内的牵引变压器辅助绕组上加装滤波装置，能达到同样的谐波抑制效果且易于实现。对于这种方法，加装有源滤波器实现起来比较困难，而加装无源滤波器相对容易实现。滤波器的电感可用变压器的漏感代替，具有成本低，结构简单和运行稳定的优点。网侧变流器功率因数很高，在实际应用中能达到98％，不需要无功补偿，因此设计的滤波器无功功率应该尽量小，以减小对系统和变流器的影响。同时滤波器电路有功功率也应该尽量小，以提高电力机车的用电效率。 牵引网越长，谐振点越低，电压谐波畸变率也逐渐降低。同一供电臂上机车数量的增加会使系统侧电压谐波畸变率增大。机车谐波电流频谱分布趋势不随功率、运行工况(牵引、再生制动)而变化。但在牵引工况下，谐波含量随着机车功率的增加而降低；再生制动工况下，谐波含量随着机车返送的功率增加而增加。 参考文献： [1]李群湛, 贺建闽. 牵引供电系统分析[M]. 成都: 西南交通大学出版社, 2017.
随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。 一、电力系统谐波危害 ①谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。 ②谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。 ③谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。 ④谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。 ⑤谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。 ⑥谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。 ⑦谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。 ⑧谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。 二、谐波检测方法 1.模拟电路 消除谐波的方法很多，即有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合型的，目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由于其检测环节多采用模拟电路，因而造价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏
电力系统谐波管理暂行规定 SD126～84 第一章总则 第一条电力系统中的谐波主要是治金、化工、电气化铁路等换流设备及其他非线性用电设备产生的。随着硅整流及可控硅换流设备的广泛使用和各种非线性负荷的增加，大量的谐波电流注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，给发供电设备及用户用电设备带来严重危害。为保证向国民经济各部门提供质量合格的50赫兹电能，必须对各种非线性用电设备注入电网的谐波电流加以限制，以保证电网和用户用电设备的安全经济运行，特制订本规定。 第二条本规定适于电力系统以及由电网供电的所有电力用户。 第三条电网原有的谐波超过本规定的电压正弦波形畸变率极限值时，应查明谐波源并采取措施，把电压正弦波形畸变率限制在规定的极限值以内。在本规定颁发前已接入电网的非线性用电设备注入电网的谐波电流超过本规定的谐波电流允许值时，应制订改造计划并限期把谐波电流限制在允许范围以内。所需投资和设备由非线性用电设备的所属单位负责。 第四条新建或扩建的非线性用电设备接入电网，必须按本规定执行。如用户的非线性用电设备接入电网，增加或改变了电网的谐波值及其分布，特别是使与电网连接点的谐波电压、电流升高，用户必须采取措施，把谐波电流限制在允许的范围内，方能接入电网运行。 第五条进口设备和技术合作项目亦应执行本规定。但如对方的国家标准或企业标准的全部或部分规定比本规定严格，则应按对方较严格的规定执行。 第六条谐波对通讯等的影响应按国内有关规定执行。 第七条用户用电设备对谐波电压的要求较本规定的电压正弦波畴变率极限更严格时，由用户自行采取限制谐波电压的措施。 第二章电压正弦波形畸变率极限值和谐波电流允许值 第八条电网中任何一点的电压正弦波形畴变率均不得超过表1规定的极限值。 表1 电网电压正弦畸形畸变率极限值(相电压)
牵引供电系统的高次谐波的仿真与分析 摘要 电气化铁道作为公用电网的非线性负载，已成为引起电力系统谐波污染的主要谐波源之一。这主要是因为在电气化铁道上行驶的电力机车是单相的整流型负荷.由于功率大,分布广，而且三相不对称，在其运行过程中必然会产生大量的高次谐波，并将在接触网上激发起沿线分布的高次电压和电流谐波，它们对电气化铁道沿线的通信系统会造成严重的干扰。 随着交直交动车组在电气化铁道中的大量采用，使得牵引供电系统中的谐波特性发生变化，除了含有低频带的3、5、7次等谐波外,在高频带还出现了大量的高次谐波。尽管这些高频带谐波含有率不高，但其却大大增加了系统发生谐波谐振的可能性.当系统发生谐波谐振时,会形成较大的过电压和过电流，危害牵引变电所和电力机车等的绝缘设备，影响系统安全运行。本文对电力系统的谐波特性做了详细的理论研究和分析,重点阐述了牵引供电系统谐波的形成、谐波参数并对一些设备的谐波进行了分析，以便可以更加深刻的理解牵引供电系统的谐波分布，谐波形成和控制，维持牵引供电系统的稳定性和可靠性。 最后，本文对牵引供电系统的高次谐波进行了仿真、分析，更加直观的展示了牵引供电系统的谐波特点及其分布,进一步加深理解。 关键词：高次谐波；牵引供电;谐波电流放大；MATLAB/Simulink
Abstract Electrifiedrailway,asthenonlinearloadofpublicelectricnet,hasbecomeoneof mainharmonicsourcescausingharmonicpollutioninthepowersystem,whichismainlybe causethatelectriclocomotiverunningontheelectrifiedrailwayissingle—phaserec tifierload。Onaccountofitsgreatpower,widedistributionandthree—phaseasymmetric，itwillproduceagreatdealofhigh—orderharmonicsandonthecontactnetwillexcitehi gh—ordervoltageandcurrentharmonicsdistributingalongtheline,whichwillinterf ereseriously,withthecommunicationsystemalongtheelectrifiedrailway． WiththewideapplicationofAC—DC—ACmultipleunitsinelectricrailway,harmon iccharacteristicinthetractionPowersupplysystemhasbeenchanged。Notonlythelow-orderharmonies,forexample,third—order,fifth—orderandseventh —orderharmonicwereincludedinthissystem,butalsoalotofhigh—orderharmonicwer econtained。Althoughthecontentrateofthesehigh—orderharmonicsverylow，thepossibilityofharmonicresonanceinthesystemwillgreatlyincrease.Whenharmoni cresonanceoccurredinthesystem，overvoltageandovercurrentwillproduce,whichcanendangerequipmentinsulationoft ractionsubstationandtrainandinfluencethesystemsafetyoperation。Inthispapertheharmoniccharacteristicofpowersystemtodoadetailedtheoreticalre searchandanalysis，expoundsthetractionpowersupplysystemharmonicformation，
牵引供电谐波对铁路信号干扰分析 摘要：我国科技水平的大幅度提高，使得我国铁路建造过程中也使用了许多种 电子元器。牵引供电系统产生的干扰信号就会对铁路信号系统产生影响，阻碍铁 路的正常运行，为了解决这一问题，本文就牵引供电谐波对铁路信号干扰的方法 和原因进行了分析，根据干扰信号产生的原因还有具体的干扰方式，总结出了一 些铁路信号系统防干扰的方法。 关键词：供电谐波；铁路信号；干扰 随着我国铁路系统的快速发展，已经逐步成为世界上规模最大、运行速度最快、里程最长的国家，而且，高铁、铁路已经在我国正式推广，全国各地都在使用。但是为了保证铁路系统的正常运行，就需要相关人员及时处理铁路信号系统 被供电谐波干扰的问题。可是我国目前在这方面的研究还很少，经验不足将导致 铁路信号系统被牵引供电谐波干扰的问题不能够得到彻底解决。本文就从供电系 统谐波干扰的类型进行分析，在根据具体的干扰方式提出合理有效的优化方案， 改善牵引供电谐波干扰铁路信号系统这一问题。 1牵引供电系统电磁干扰进入铁路信号系统的途径 电磁干扰主要有两种类型，无论哪一种电磁干扰都会影响到铁路设备还有信 号系统的运行。下文详细介绍了两种电磁干扰进入铁路信号系统的途径。 1.1辐射干扰 辐射干扰在传输过程中需要依靠一些辐射介质才能传输，其传播形式与电磁 波相同，所以辐射干扰的干扰信号的发射规律与电磁场的规律也是一致的，在传 播过程中就会对各种电器、电子设备产生影响。例如，学校监考使用的信号屏蔽 仪的工作原理就是辐射干扰，由辐射干扰产生的电磁场会对电器设备产生信号干扰，这样就会阻碍电器设备的运行。而铁路的信号系统中使用了大量的电子元器件，因此辐射干扰会对铁路信号系统造成干扰。 1.2传导干扰 传导干扰的传播途径比较局限，只能借助电介质在电路中进行传导，主要经 过敏感器和干扰源之间的电路。所以在牵引供电系统中一定会出现这种干扰信号，对铁路的信号系统造成干扰，想要完全避免传导干扰的难度非常大。 2牵引供电谐波对铁路信号系统的干扰方式 2.1电流回流时产生的传导性干扰 铁路信号系统是由节流电流互感器和轨道上的信号设备共同组成。信号系统 理论上是假设两个轨道上的牵引电流是相等的，这样变压器线圈上的磁通量总值 就是零，从而就不会产生干扰信号影响信号系统的正常工作。但是实际安装铁路 信号系统时，不能够确保两条轨道上的磁通量相同，因为它们之间的牵引电流是 不同的，这样就因为电流不平衡而产生干扰信号，对轨道上安装的各种电子元器 件造成影响。为了避免铁路信号系统形成电流回流，一般会把牵引电流的不平衡 系数控制在百分之五以内。与此同时，因为列车在运行过程中加速或者超负荷运 行还有双机牵引都会导致扼流电压器的电容超过额定值，导致轨道电路熔断形成 电流回流，使一些易损的配件烧毁。 2.2运行中的感应干扰 列车在运行的过程中会产生一种感性干扰，会对轨道电路造成影响。在电机 升弓还有电网波动时都会引起电压波异常变化，就会导致轨道电路感受到高次谐波，使控制信号的相位发生改变，给信号继电器传入错误的信号，引起一种极其
电力系统中谐波分析及治理 摘要：谐波问题电力系统中普遍存在，首先概述了谐波的概念、产生来源，分析谐波危害，最后从改造谐波源的角度提出了几种谐波抑制方法。 关键词：谐波;危害;治理 电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年j.c.read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。 1、谐波概念及其产生来源 1.1谐波概念 谐波是指频率为基波频率整数倍的一种正弦波。由于电网有非线性元件和非线性负载的存在，使得电网的电压或电流的波形不仅仅是频率为50hz的正弦波（又称基波），还含有与基波频率(50hz)成整数倍和分数倍频率的其他正弦波。这些正弦波就称为电网的谐波。其中频率高于基波频率的谐波叫高次谐波。对谐波频率为基波频率的分数倍时，称为分数谐波或间谐波，电力系统中的谐波主要是高次谐波。
1.2产生来源 电力系统的谐波源主要有三大类。 （1)铁磁饱和型:各种铁芯设备,如变压器、电抗器等,其铁磁饱和特性呈现非线性。 （2）电子开关型:主要为各种交直流换流装置(整流器、逆变器)以及双向晶闸管可控开关设备等,在化工、冶金、矿山、电气铁道等大量工矿企业以及家用电器中广泛使用,并正在蓬勃发展;在系统内部,如直流输电中的整流阀和逆变阀等。 （3）电弧型:各种冶炼电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间,其电弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性,使电流不规则的波动。其非线性呈现电弧电压与电弧电流之间不规则的、随机变化的伏安特性。 2、电力系统中谐波的危害 2.1对供配电线路的危害 2.1.1 影响线路的稳定运行 供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量高达40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。这
什么是谐波？供电系统的谐波是怎么定义的？ 电力系统中有非线性（时变或时不变）负载时，即使电源都以工频50HZ供电，当工频电压或电流作用于非线性负载时，就会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，这些不同于工频频率的正弦电压或电流，用富氏级数展开，就是人们称的电力谐波。 供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其频率范围一般为2≤n≤40。 Q:谐波有什么危害？ 电网谐波造成电网污染，正弦电压波形畸变，使电力系统的发供用电设备出现许多异常现象和故障，情况日趋严重。谐波的危害电力系统中谐波的危害是多方面的，概括起来有以下几个方面： 1. 对供配电线路的危害 （ 1）影响线路的稳定运行 供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对 10%以下
含量高达40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。 （ 2）影响电网的质量 电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如民用配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中 3次谐波的含量较多，可达40%；三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流。另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。 2. 对电力设备的危害 对电力电容器的危害 当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。对于膜纸复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的 1.38倍;对于全膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍,但如果 谐波含量较高,超出电容器允许条件,就会使电容器过电流和过负荷,损耗功率超过上述值，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时，
电网谐波监测管理制度 1 范围 本标准规定了公司电网在设计、运行及用电管理等方面的谐波监测管理工作，适用于长乐供电公司所辖电网。 2规范性引用文件 《中华人民共和国电力法》 DL/T1053－2007 《电能质量技术监督规程》 国家电网生[2005]682号《国家电网公司电网电能质量技术监督规定》 电生产[2009]179号《省电力有限公司电能质量管理办法（试行）》 GB/T14549-93 《电能质量公用电网谐波》 GB 12326-2000 《电能质量电压允许波动和闪变》 GB/T 15543-1995 《电能质量三相电压允许不平衡度》 水电电生字第83号《全国供用电规则》 SD131-84 《电力系统技术导则（试行）》 SDJ161-85 《电力系统设计技术规程（试行）》 3 职责 3.1 生技部作为谐波监测管理工作的归口管理部门，负责年度谐波监测工作的计划、协调及数据汇总上报工作；负责组织对因谐波问题导致的重大设备、电网事故或异常的分析，制定反事故的技术措施；负责组织对用户设备参数的谐波审查、评估，组织发布公司谐波监测报告并提出治理要求；负责组织容量在1000kVA及以上谐波污染源治理方案审查及治理工程验收。 3.2 检修部作为谐波监测管理工作的测试部门，负责年度具体谐波监测工作，参与因
谐波问题导致的事故与异常的分析测量。 3.3 设计所作为谐波监测管理工作的协作部门，负责谐波污染源用户接入用电方案的审查，必要时要求用户补充消谐装置设计。 3.4 营销部作为谐波监测管理工作的配合部门，负责提供所辖非线性用户相关参数和运行特点；根据谐波监测结果确定用户供电方案，并在与用户签订《供用电协议》中明确谐波管理的相关要求和责任；负责监督、指导谐波源客户谐波治理装置的运行。 3.5 调度所作为谐波监测管理工作的配合部门，负责提供电网运行参数，参加电网重大谐波事故或异常的分析及调查工作。 4管理内容与方法 4.1 电网谐波的技术管理 4.1.1 电网电压母线的电压正弦波形畸变率、电压波动值和闪变值、三相电压不平衡度应符合国家标准《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-93）、《电能质量允许波动和闪变》（GB12326-2000）和《电能质量三相电压允许不平衡度》（GB/T15543-1995）的限值规定 4.1.2 对电网谐波进行监测，建立电网电能质量在线监测平台及数据库，建立健全用户电能质量污染源技术档案，对电网谐波测试数据进行分析。对谐波污染源用户接入系统及已运行的负荷进行评估分析，确定上述负荷接入系统的方案以及超过标准的治理措施。 4.2 谐波日常监测工作： 对于谐波监测点的谐波电压和主要谐波源用户的谐波电流应根据具体情况进行连续或定时监测。对于谐波污染特别严重的监测点，应装设在线谐波监测表度或报警仪表，其日常维护工作由检修部负责。 4.3 谐波的定期普查： 为了全面掌握电网的谐波水平和负荷的谐波特性，在电网电能质量在线监测平台建立以前，每2年对所辖的电网进行一次谐波普查测试。普查的范围和内容应根据电网的特点和谐波源分布情况确定，并上报省公司。 4.4 对新增或增容谐波源用户的管理：
电力系统的谐波产生的原因电网谐波来自于3个方面： 一是发电源质量不高产生谐波： 发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。 二是输配电系统产生谐波： 输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。 三是用电设备产生的谐波： 晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。 电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波，平均可达基波的8% 20%，最大可达45%。 气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。 家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。 供电系统的无功补偿及谐波治理 在供电系统中，为了节能降损、提高电压质量和电网经济运行水平，经常采用各种无功补偿装置。近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、各种电力电子设备以及电
电力系统中谐波的分析、检测与抑制方法的研究 - 1 - 第 1 章绪论 1.1 课题研究的背景及意义 电力系统的谐波问题早在 20 世纪 20 、 30 年代就引起了人们的注意， 当时在 德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。 70 年代以来， 由于电子技术的飞速发展， 各种电力电子装置在电力系统、 工业、 交通及家庭中 的应用日益广泛，谐波所造成的危害日益严重。 谐波的研究具有重要意义， 首先是谐波的危害十分严重。 谐波使电能的生产、 传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，导
致电气设备寿命缩短， 甚至发生故障或烧毁。 其次， 谐波研究的意义还可以上升 到治理环境污染、维护绿色环境的角度来认识。对电力系统而言，无谐波是“绿 色”的主要标志之一。在电力电子技术领域，要求实施“绿色电力电子”的呼声 也日益高涨。 目前， 随着全人类环保意识的加强， 对电力系统谐波污染的抑制也 己成为电工科学技术界所必须解决的问题。 最近十几年间， 对电力系统谐波问题的研究， 己经超出了电力系统自身的研 究范围。 同时， 电力系统谐波相关问题己经受到了世界各国经济、 行政管理部门 的重视， 不少国家己先后制定了限制电力系统谐波的标准， 其中也包括一些限制 和管理措施。 尽管近十几年来， 对电力系统谐波问题的研究取得很大进展。 在学 术上还有许多问题需要人们去研究解决、 在解决这些问题的同时， 才真正谈其制 定合适的法规或标准来限制和管理电力系统的谐波，并对其进行有效的制。
1.2 国内外对谐波的分析、检测与抑制方法研究的现状 谐波检测方法是电力谐波分析的关键环节，也是当前各相关文献论述的重 点。谐波检测一般包括三个步骤 : 谐波信号预处理；谐波幅值和相位测量；测量 再处理。其中谐波信号预处理和结果再处理都作为辅助算法，为谐波测量服务， 以优化检测性能，达到对谐波的分析、检测以及抑制高次谐波的目的。 电力系统中谐波的分析、检测与抑制方法的研究 - 2 - 1.2.1 目前国际上对电力谐波的研究现状 国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代， 当时的研究主要是针 对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。 近十几年间电力谐波的 研究， 已经越过了电力系统的范畴， 并且形成了自己特有的理论体系、 分析研究 方法、控制与治理技术、监测方法与技术、限制标准与管理制度等。目前，谐波 研究仍是一个非常活跃的领域。 发达国家的经验和预测表明， 随着科学技术的发 展， 非线性负荷用电设备的种类、
电力系统谐波治理的基本方法分析 来源：电源在线发布时间：2007-12-24 0:00:00 随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，线电压与相电压之比比：1要小得多，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。 一、电力系统中谐波的来源 电力系统中的谐波来自电气设备，也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波，因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两大类：隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机，凸极机多用于水轮发电机。 对于谐波分量而言，隐极机优于凸极机，但随着科技进步，可控硅、IGBT等电子励磁装置的投入，使发电机的谐波分量有所上升。当发电机的端电压高于额定电压的10％以上时，由于电机的磁饱和，会使电压的三次谐波明显增加。同样在变压器的电源侧电压超过额定电压10%以上时，也会使二次侧电压的三次谐波明显增加。由于电网电压偏移在±7％以下，所以发电、变电设备产生的谐波分量都比较小，比国家的考核标准低的多，因此发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。