电气化铁路和城市轨道的电能质量问题及影响
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1段，PCC功率因数
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1段，PCC功率因数
三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理
城市轨道主变电所SVG的投切实验
无功补偿装置切除后的实测结果
实测主所110kV进线侧，推导PCC处功率分布 2段母线 SVG切除
1 0.8 0.6 0.4 0.2
-3000 -4000 -5000 -6000 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00
电流/A
150 100 50 0 15 18 21 0 3 6
时间/h
95%概率大值 平均值 95%概率大值 非运营时间 平均值 运营时间
2次谐波 0.52 0.36 0.55 0.29
3次谐波 0.44 0.30 0.33 0.23
5次谐波 2.30 1.10 2.87 2.25
7次谐波 2.52 1.77 1.22 0.36
1.5 8.16 6.53 4.90 3.27 2 7.07 5.66 4.24 2.83 2.5 6.32 5.06 3.79 2.53 3 5.77 4.62 3.46 2.31 3.5 5.35 4.28 3.21 2.14 4 5.00 4.00 3.00 2.00
Kα THD (%)
1 0.38kV 10 10kV 8 35kV 6 ≥110kV 4
三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理
城市轨道主变电所SVG的投切实验
无功补偿装置容量设计
设计 裕度 电抗器补 偿区间
合理补 偿区间
过补偿 区间
2段
SVG补偿 区间
无功补偿装置容量在5300—6350kVar(合理补偿区间) 范围内，综合功率因数均在0.95以上 实际采用：±3000kVarSVG加3000kVar电抗器(补偿 范围-3000kVar~6000kVar)
低压系统THD0=10%；中压35kV THD0=6%，6~20kV THD0=8%；高压系统THD0=4%
二、电铁谐波的“三级评估”方法
限值制定思路
G5/4:“对于接入电网后可能使谐波电压超过规划值的用户， 电力公司可与其签订“有条件接网协议”，明确抑制措施，否 则电力公司可以拒绝用户接网。对于特殊情况，如某个用户远 离其它用户，其谐波超过规划值，但对其它用户干扰不大，电 力公司可用相应的电压兼容水平取代规划值，重新对新用户进 行评估。此时应确保没有其它负荷接到谐波电压高于规划值的 电网部分，否则应采取抑制措施。” 针对电气化铁道，英国电气委员会制定了《英国铁路交流牵引 供电》，即P.24导则。英国铁路部门认为：在保证低压（ 415V）谐波不超过5%的前提下，其它各级电压畸变率可以放 宽一些. 高压系统THD 3% 作为评估牵引负荷能否接入电网的限值水 平，显然，当评估结果小于限值时，牵引负荷允许接入电网； 但当评估结果大于限值时，是否牵引变电所需要建设滤波设备 ，不能简单定下结论。
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2段，PCC无功功率kVar
2段，PCC功率因数
2段母线 SVG投入
0 -500 -1000 -1500 -2000 00： 00 06： 00 12： 00 18： 00 00： 00
1 0.98 0.96 0.94 0.92 0.9 00： 00 06： 00 12： 00 18： 00 00： 00
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1段，PCC无功功率kVar
2000 1500 1000 500 0 -500 -1000 00： 00 06： 00 12： 00 18： 00
1段母线 SVG投入
1.05 1 0.95 0.9 0.85 0.8 00:00
二、电铁谐波的“三级评估”方法
电铁谐波的渗透性
牵引变电所负荷从110kV、220kV注入公用电 网，渗透至低电压系统，影响度逐级减小。 中压(低压)系统总谐波畸变率为：
LMV G 2 MV (THM LHV ) 2
THM
1 L THDl2 L l 1
1 H
THD
h1
主所SVG的集中补偿形式
110kV Pj+Qj 110kV Pj+Qj
35kV 35kV
SVG
出线
SVG
出线
补偿策略
固定无功补偿 固定功率因素补偿
QSVG (Q110kV Q35kV )
PCC 线路
110kV(本侧) 35kV 主变电所
cos PCC
P P 2 Q35kV Q110 kV QSVG
第三届中国电能质量优化治理技术大会
电气化铁路和城市轨道的电 能质量问题及影响
刘 炜,李群湛，张丽艳等
、交直车到交直交车后，电能质量问题的转化 二、电铁谐波的“三级评估”方法 三、城市轨道的主所SVG集中补偿 四、城市轨道400V动力负荷电能质量
6
3次谐波 95%概 率大值 平均值 0.98 0.31
5次谐波 3.49 1.65
7次谐波 1.99 1.12
9次谐波 0.24 0.10 百分比 I5/I1 [%] I7/I1 [%] I11/I1 [%] I13/I1 [%] THD [%]
11次谐波 0.55 0.41 限值 31 20 12 7 37
四、城市轨道400V动力负荷电能质量
电扶梯负荷谐波分析
12 10 8 自动扶梯基波电流
100
自动扶梯各次谐波电流含有率95%概率大值
谐波电流含有率（%）
80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 谐波次数
电流/A
6 4 2 0 15 18 21 时间/h 0 3
各牵引变电所分配到的谐波电压发射限值
牵引变电所
谐波电压发送限值
TT1(17)
1.79
TT2(16)
1.41
TT3(15)
1.79
二、电铁谐波的“三级评估”方法
算例分析
三级评估
取背景谐波电压为国标限值的75%，中压10kV电压等级下， 节点1和2的电压总的谐波畸变分别为3.03%和3.05%，尚未超 过限值4%。 中压35kV电压等级下，节点7和8的电压总的谐波畸变分别为 2.38%和2.47%，尚未超过限值3%。 牵引负荷可用这0.53%的裕度。 计算110kV至35kV的综合渗透系数
2段，PCC无功功率kVar
2段，PCC功率因数
三、城市轨道的SVG补偿与谐波治理
城市轨道主变电所SVG的投切实验
无功补偿装置容量设计
日功率因数
设计裕度
合理补 偿区间
过补偿 区间
1段
电抗器补 偿区间
SVG补偿 区间
无功补偿装置容量在1670—2510kVar(合理补偿区间) 范围内，综合功率因数均在0.95以上。 实际采用：±3000kVarSVG加1000kVar电抗器(补偿 范围-3000kVar~4000kVar)
电流/A
30 20 10 0 15 18 21 0 时间/h
3
6
3次谐波 95%概率大值 （A） 平均值(A)
5次谐波
7次谐波
9次谐波
11次谐波
1.8 1.14
24.6 23.9
15.7 15.0
0.6 0.4
2.7 2.2
四、城市轨道400V动力负荷电能质量
冷源负荷谐波分析
250 200 冷源负荷基波电流
类别 异步电机 同步电机 电容器 计量仪表 电子开关 电子计算机 电视机
中、低系统中电机、电器能承受谐波的能力在10％左右。
二、电铁谐波的“三级评估”方法
THD的兼容水平与规划水平
承受能力裕度
THD0 K THD
2
THD0为系统的承受能力，抗干扰水平 THD为谐波电压限值 高、中、低压系统的THD限值
公共连接点电压总的谐波畸变率（最大相95% 概率大值）
母线 (PCC） 节点编号 THD（%） 母线 (PCC） 节点编号 THD（%） 110kV 17 3.8 110kV 4 1.25 3 1.22 8 1.02 16 3.34 15 2.35 35kV 7 0.79 2 0.43 13 1.66 10 1.79 10kV 1 0.55 6 1.4 5 1.36 -------------------------
400V谐波电压
3 降压所进线谐波电压含有率95%概率大值
2.5
降压所进线谐波电压畸变率
95%概率大值(%)
THD/%
2
2
1
1.5
0 0
10
20 30 谐波次数
40
50
1 15
18
21 00 时间/h
03
06
四、城市轨道400V动力负荷电能质量
环控负荷谐波分析
50 40 环控负荷谐波电流 基波电流 3次谐波电流 5次谐波电流 7次谐波电流
四、城市轨道400V动力负荷电能质量
城市轨道400V动力负荷实测
负荷比例统计
负荷 种类 用电量 （kWh）
冷源 52080 车站照明 30523 环控 65624 商业 23751 弱电系统 21099 其它 22152
四、城市轨道400V动力负荷电能质量
400V动力负荷负载率
火车南站 火车北站 犀浦站 桐梓林站 人民公园站 牛王庙站 1段 1段 1段 2段 1段 2段 1段 2段 1段 2段 负载率 20.70% 20.30% 21.70% 12.90% 13.40% 11.70% 11.40% 10.30% 6.10% 12.4%
