下载文档原格式
城市轨道交通低压配电系统谐波治理方案之有源电力滤波器的应用安科瑞王志彬2019.1摘要:在电力系统中,当工频电压或电流作用于非线性负载时,会产生不同于工频的非正弦电压或电流。
这些非正弦电压或电流,用傅里叶级数展开,就是人们所说的电力谐波。
电力谐波反馈到电网,导致供电系统电压、电流波形畸变,使电能质量降低。
本文结合城市轨道交通低压配电系统的特点以及有源滤波技术的发展,分析了无功补偿与谐波的关系。
从系统设计的角度,提出了轨道交通低压配电系统谐波治理的措施。
关键词：城市轨道交通;低压配电系统;谐波治理近年来,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。
精心整理
精心整理
等效24脉波整流机组原理分析
整流机组是地铁直流牵引供电系统中的重要设备之一。
目前，城市轨道交通多数采用等效24脉波整流机组，一般都由两台12脉波的整流变压器和与之匹配的整流器共同组成。
理论上只要满足12相24脉波整流系统的要求，组成24脉波的2台变压器的联结组可以有很多种，如Dy5／Dd0一Dy7／Dd2、Dyll ／d0一Dyl ／d2等。
12组采用d 、Y 一个整流桥接至整流变压器二次侧“Y 单台12脉波整流机组输出波形如图17.5°，并联工作时，才能形成等效二十Dyll ／Dd0和Dyl 2台整流变压器原边绕组分别移相+7.5°和一7.5°的移相，在整流变压器原边采用延边三角形接法，其相量关系图如图2和图3所示。
一次侧三角绕组联结（延边三角形）二次侧y 结构向量关系图二次侧D 结构向量关系图
图2+7.5°变压器向量关系图
精心整理
精心整理
15°。
结组
别：Dyll ／d0T2联结组别：Dyl ／d2
图424脉波整流机组原理。
城市轨道交通低压有源滤波装置的应用温刚上海安科瑞电气股份有限公司嘉定 2018011、引言随着科技的进步，城市化水平的不断提高，城市轨道交通与人们日常生活息息相关。
地轨道交通系统的用电设备缤纷复杂，其中像电力机车、空调水泵及风机、电梯、机房网络设备、UPS、灯光调控系统、消防系统、监控系统和其他电力电子设备分布在整个地铁的应用现场。
造成了恶劣的谐波环境，对保证电力系统和设备的安全正常运行造成了极大的威胁。
本文通过对谐波问题产生的原因进行分析，提出切合工程实施的解决方案。
2、轨道交通存在的问题轨道供电系统中主要存在以下五点问题：(1)轨道交通的供电系统是比较特殊的单相供电，这样导致了三相的严重不平衡；(2)电铁轨道交通供电系统是经大功率整流桥整流输出后供机车取流牵引，目前国内电铁机车都是采用直流斩波器作为牵引机车直流电源整流系统，机车牵引取流时负荷变化剧烈及快速，产生大量11次、13次谐波电流；(3)其次是站用变频器、UPS、开关电源大量非线性负荷（3次、5次、7次等），且随着节能的需要，变频负荷所占比重逐年提高。
变频负荷逐年增加，其产生的谐波电流也在相应增加。
(4)电力机车频繁启动、加速、制动使得系统无功快速变化，谐波存在也增加了系统无功的损耗，致使功率因数变化不定且低下。
(5)根据GB50157-2003《地铁设计规范》，地铁动力照明供电系统应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。
从理论上，该电力电容器无论在基波下还是在谐波下均表现为容性，因此，对于不论是来自于配电变压器高压侧的谐波还是来自于低压变频负荷产生的谐波均会起到放大作用。
其放大作用已被国内多个地铁系统的实测结果所验证。
3、谐波产生的危害(1) 影响动力电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，严重时会导致变压器烧毁、电缆放炮、电容器击穿等故障；(2) 会引起系统中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起严重事故；(3) 会导致电力系统内继电保护和自动装置误操作，如保护开关误跳闸，导致部分线路断电；(4) 使电力系统内计算机等精密设备无法正常工作；4、轨道交通系统谐波解决方案ANAPF有源滤波器具有动态响应速度小于20ms，滤除2-21次谐波，可以实时检测系统的谐波电流，控制命令装置发出反向相等的谐波电流，平衡系统谐波电流，滤除系统谐波电流，去除系统谐波电流，去除谐波损耗，稳定系统电压，平衡三相电压，补偿无功损耗。
24脉波整流原理
24脉波整流原理是指通过电子器件将交流信号转换为直流信号的一种技术。
在传统的单相整流电路中，交流电压的波形只有正半周或负半周可用，而在24脉波整流电路中，每个周期内正、负两个半周期都可以被充分利用，大大提高了整流效率，减小了谐波功率的损耗。
1.输入电源：交流电源通过变压器降压后输入整流电路。
2.相位延迟：通过相位延迟电路将输入信号分成12个相位相差30度的交流信号。
3.整流：将每个相位经过整流电路进行整流，得到相应的直流信号。
4.滤波：将整流后的信号进行滤波，去除掉谐波部分，得到平滑的直流输出信号。
5.叠加：将12个直流信号进行叠加，得到最终的直流输出信号。
值得注意的是，24脉波整流电路中的整流电路和滤波电路需要根据具体的需求来设计。
常见的整流电路有单相桥式整流电路和三相桥式整流电路，常见的滤波电路有电容滤波电路和电感滤波电路等。
使用24脉波整流电路的好处是可以提高整流效率，减小谐波损耗。
在传统的单相整流电路中，只有正半周或负半周的信号能够被利用，导致整流效率较低。
而在24脉波整流电路中，每个周期内正、负两个半周期都可以被充分利用，大大提高了整流效率。
同时，由于12个相位相差30度的信号进行叠加，可以减小谐波部分的损耗，使得输出信号更加稳定，功率质量更高。
总之，24脉波整流原理是通过将输入交流信号分成12个相位相差30度的交流信号，然后经过整流、滤波和叠加等步骤，将交流信号转换为直流信号的一种技术。
其优点是能够提高整流效率，减小谐波损耗，适用于一些对输出功率质量要求较高的应用场合。
3. 24脉波整流机组整流机组是地铁直流牵引供电系统中的重要设备之一。
整流机组的设计、结构特点和保护方式关系到整个直流牵引供电系统的正常运行。
目前，为了提高直流电的供电质量，降低直流电源的脉动量，城市轨道交通多数采用等效24脉波整流机组，一般都由两台相同容量12脉波的整流变压器［9］和与之匹配的整流器共同组成。
3.1 24脉波整流机组的作用及要求在地铁供电系统中，牵引变电所高压侧的电压多为35kV AC（或33kV AC），而接触网的电压为1500V DC（或750V DC），所以需要降压和整流。
整流机组包括整流变压器和整流器，其作用是将35kV AC（或33kV AC）降压、整流，输出1500V DC（或750V DC）电压供给地铁接触网，实现直流牵引。
地铁牵引变电所一般设于地下，所以整流机组也安装在地下室。
整流变压器宜采用干式、户、自冷、环氧树脂浇注变压器，其线圈绝缘等级为F 级，线圈温升限值为70K/90K（高压，低压），其承受极限温度为155C，铁心温升在任何情况下不应产生损坏铁心金属部件及其附近材料的温度。
在高湿期可能产生凝露，应采取措施防止凝露对设备的危害。
整流器采用自然风冷式，适用于户安装。
整流器柜宜采用独立式金属柜，二极管及其它元件的布置应考虑通风流畅、接线方便，同时便于维护、维修。
整流器与外部连接的跳闸信号采用接点方式，报警信号采用数字方式。
柜的上部及底部开口，采取措施防止小动物进入，正面和后面有门，各部件与柜应绝缘。
整流变压器应从结构上进行优化设计，以抑制谐波的产生，减少电磁波干扰。
整流机组产生的谐波电流应满足国家标准的规定，并满足我国电磁兼容相应的标准［10］。
根据IEC164规定，地铁作为重型牵引负荷，其负荷等级为VI级，整流机组设备的负荷特性满足如下要求：100%额定负荷时可连续运行；150%额定负荷时可持续运行2h; 300%额定负荷时可持续运行1min。
整流器的设计应满足当任一臂并联的整流管有1个损坏时，能全负荷正常运行。
xxxx大学毕业设计(论文)任务书课题名称24脉波整流电路的设计与分析学院电气学院专业班级电气工程及其自动化0x2班姓名欧耶学号6444344444毕业设计（论文）的工作内容:1、整流电路的基础理论介绍;2、整流谐波的危害及治理;3、滤波电路的原理及作用介绍4、24脉波整流电路的原理、设计以及仿真分析;5、整流变压器保护起止时间：20 年 2 月14 日至20 年 6 月13 日共16 周指导教师签字系主任签字院长签字摘要AC/DC 变换器是电力电子装置中最为常用的一种变换器，为了减小其对电网的污染,提高功率因数，在中、高功率场合下通常采用多脉波二极管整流技术,可以降低设备成本，提高效率，并且不会产生额外的EMI。
整流电路是高压直流电源系统中的重要组成部分。
整流电路的设计、结构特点和保护方式关系到整个高压直流电源系统的正常运行。
本文介绍了整流电路中最新流行的24脉波整流电路的构成原理、特点、谐波危害治理及保护配置。
文中首先介绍了整流电路的基本理论知识并对几个基本整流电路进行分析，接着介绍了整流电路谐波的危害及治理和滤波电路，最后详细介绍了24脉波整流电路的原理，并对整流电路通过MATLAB对该电路进行了仿真。
经过理论分析、仿真研究,证实了该电路的合理性和可靠性,与传统的12脉波整流相比24脉波整流具有有效减小输入电流谐波含量、提高功率因数的优点。
关键词 :整流、谐波、仿真、保护AbstractAC / DC power converter is the most commonly used electronic devicesin a converter .In order to reduce the pollution of its power grid and improve power factor, in middle-and high-power situations multi-pulse diode rectifier technology is used, which can reduce cost of the equipmentand increases efficiency, besides it would not generate additional EMI.Rectifier circuit is an important component of the high voltage DC power supply system. Rectifier circuit design, structural features and conservation relates to the normal operation of high voltage DC power supply system. This text introduces the constitute principle，feature，governance of harmonics hazard and protection disposition of the rectifier circuit of the pulse wave rectifier circuit 24, which is latest widespread. Firstly, it is written about the basic theoretical knowledgeand some basic analysis of rectifier circuit. Second part relates to the harmonic rectifier hazards， governance and filter circuit. At last， 24 pulse rectifier circuit principle is expounded in detail, with simulationto rectifier circuit through the MATLAB. Going through the theoretical analysis and simulation study, the reasonableness of the circuit and reliability is confirmed. Comparing with the traditional 12-pulse rectifier，24 pulse rectifier could efficiently reduce harmonics contentin input current, and enhance power factors.Keywords: rectifier, harmonics, simulation, protection摘要 (2)Abstract (3)第一章绪论 (6)1.1 引言 (6)1.2 整流的定义 (6)1.4 各整流电路分析 (8)1.4.1单向半波整流电路 (8)1.4.2单向全半波整流电路 (9)1.4.4三相半波可控整流电路 (10)第二章整流谐波的危害及治理 (14)2.1 引言 (14)2.2 整流谐波的产生分析 (14)2.3 谐波危害 (18)2.4谐波的治理 (19)2.4.1 谐波治理分析 (19)2.4.2 治理方法 (19)第三章滤波电路 (21)3.1 引言 (21)3.2 滤波电路简介 (21)3.3 电阻滤波电路 (21)3.4 电感滤波电路 (22)3.5.1空载时的情况 (24)3.5.2带载时的情况 (25)3.6 小结 (26)第四章 24脉波整流电路 (27)4.1 引言 (27)4.2 整流原理 (27)4.3 数据分析 (29)4.4 24脉波整流电路变压器连接方式 (30)4.5 仿真 (31)4.6 仿真结果与分析 (33)4.7 结论 (35)第五章整流变压器保护 (36)5.1 引言 (36)5.2 变压器的保护设置 (36)5.3 整流器的保护设置 (36)5.3.1整流器二极管的保护 (36)5.3.2整流器自身保护 (37)5.4 小结 (37)第六章总结 (38)致谢 (39)参考文献 (40)第一章绪论1.1 引言电能的变换电路有AC/DC、DC/DC、DC/AC和AC/AC四种。
3．24脉波整流机组整流机组是地铁直流牵引供电系统中的重要设备之一。
整流机组的设计、结构特点和保护方式关系到整个直流牵引供电系统的正常运行。
目前，为了提高直流电的供电质量，降低直流电源的脉动量，城市轨道交通多数采用等效24脉波整流机组，一般都由两台相同容量l2脉波的整流变压器[9]和与之匹配的整流器共同组成。
3.124脉波整流机组的作用及要求在地铁供电系统中，牵引变电所高压侧的电压多为35kV AC(或33kV AC)，而接触网的电压为1500V DC(或750V DC)，所以需要降压和整流。
整流机组包括整流变压器和整流器，其作用是将35kV AC(或33kV AC)降压、整流，输出1500V DC(或750V DC)电压供给地铁接触网，实现直流牵引。
地铁牵引变电所一般设于地下，所以整流机组也安装在地下室内。
整流变压器宜采用干式、户内、自冷、环氧树脂浇注变压器，其线圈绝缘等级为F级，线圈温升限值为70K/90K(高压，低压)，其承受极限温度为155℃，铁心温升在任何情况下不应产生损坏铁心金属部件及其附近材料的温度。
在高湿期内可能产生凝露，应采取措施防止凝露对设备的危害。
整流器采用自然风冷式，适用于户内安装。
整流器柜宜采用独立式金属柜，二极管及其它元件的布置应考虑通风流畅、接线方便，同时便于维护、维修。
整流器与外部连接的跳闸信号采用接点方式，报警信号采用数字方式。
柜的上部及底部开口，采取措施防止小动物进入，正面和后面有门，各部件与柜应绝缘。
整流变压器应从结构上进行优化设计，以抑制谐波的产生，减少电磁波干扰。
整流机组产生的谐波电流应满足国家标准的规定，并满足我国电磁兼容相应的标准[10]。
根据IEC164规定，地铁作为重型牵引负荷，其负荷等级为VI级，整流机组设备的负荷特性满足如下要求：100%额定负荷时可连续运行；150%额定负荷时可持续运行2h；300%额定负荷时可持续运行1min。
整流器的设计应满足当任一臂并联的整流管有1个损坏时，能全负荷正常运行。
基于Multism的二十四脉波整流原理的探究摘要：二十四脉波整流是城市轨道交通直流牵引供电采用的普遍方法，它是将三相交流电经过两组变压整流器并联给接触网供电，二十四脉波的整流原理是学生学习的难点，本文通过引入multism软件搭建仿真电路，从简单的单相全波整流电路出发，到三相全波整流电路，再到12脉波整流，及至二十四脉波的整流过程。
由波形让学生直观感受二十四脉波形成过程。
引导学生通过观察波形辐值与相位，分析整流脉波形成的源，深入理解二极管的特性的原理及应用，理解整流电路中的原理，从而加深对二十四脉波整流机组的理解。
关键词：二十四脉波整流 Multism 谐波失真引言在地铁牵引变电所中设有两套整流机组，它们接于35kV同一段母线上，整流变压器一般采用树脂浇筑式干式变压器，容量一般为2000-4000kVA，电压等级35/1.2kV/1.2kV，为三绕组变压器，二次侧两个绕组容量相同[1]。
两台变压器可通过改变外部连接件移相±7.5˚，一台（T1）联结组别为Dy11d0 ，另一台（T2）为Dy1d2 。
一方面由于24脉波整流技术要求两台12脉波整流机组一次侧输入电源具有严格的同期性，以保证其低压输出端电压相位角相差15°。
另一方面为保证接触网电压平均值，减小两套整流机组的压差，防止两套整流机组出力不均，严重时其中一套整流机组过载二极管受损[2]。
因此，对于二十四脉波的形成过程，是学习的一个重点，也是学生学习的一个难点，难点在于它既涉及到变压器结构，也有三相交流电的电压、幅值相位的理解，也有三相负载连接方式特点，同时还涉及整流的原理、二极管的特性。
大量波形的分析，如果直接从变压器连接方式出发，通过相量的角度分析，学生学习难度较大，学习会比较枯糙，也不便于学生理解二十四脉波形成过程，为了学生提高学习兴趣，通过Multism电路仿真，引入软件的仿真示波器，让学习变的更加直观，Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
