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关于电气化铁道牵引供电系统谐波和无功补偿技术的研究作者：朱国顺来源：《科技资讯》2011年第11期摘要:本文首先介绍了我国电气化铁道牵引负荷的特点及电气化铁道牵引供电系统谐波和无功的危害,接着分析了我国电气化铁道牵引供电系统谐波与无功补偿技术应用现状及发展趋势。
本文的研究具有一定的参考价值和现实意义。
关键词:电气化铁道供电系统谐波补偿无功补偿中图分类号:TM1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)04(b)-0129-01目前,过低的电力电子装置功率因数,严重的影响了供电质量并给电网带来大量额外负担。
随着我国广泛应用电力电子装置,谐波污染在电网中变的更加严重。
提高功率因数并消除谐波污染成为我国铁道电力电子技术中的一个重要课题。
铁路运输未来发展的主导方向将会是电气化铁道,由于其突出的特点,电气化铁道牵引供电系统无功功率就地补偿和谐波污染治理引起了各界密切关注。
电力机车产生的无功和谐波,对电力系统的稳定、经济及安全运行构成了一定威胁,同时它也影响了电网电能质量,使主要电气设备产生附加损耗。
目前有两条基本思路来解决电气化铁道牵引供电系统谐波污染和低功率因数问题[1]:(1)按需要对其功率因数实施控制,对电力电子装置本身进行改进,使其不消耗无功功率且不产生谐波;(2)通过装设补偿装置,来补偿其谐波或无功功率。
1 我国电气化铁道牵引负荷的特征我国单相工频交流的电气化铁道牵引负荷主要有以下特点。
(1)牵引负荷具有稳态奇次性,电力机车牵引负荷在稳态运行时只产生奇次谐波电流。
(2)牵引负荷的相位分布广,复平面的四个象限上,且随着谐波次数的升高,谐波相量可均匀出现在四个象限上。
(3)牵引负荷具有随机波动性,负荷的波动性降低了牵引供电设备容量利用率,导致牵引网及牵引变电所上的电压出现波动。
牵引负荷的随机波动性主要是负荷电流的大幅度剧烈波动。
(4)牵引负荷具有不对称性和单相独立性,相对三相系统,牵引负荷产生大量负序电流,具有不对称性。
第43卷第1期2021年1月Vol.43No.1January2021铁道学报journal of the china railway society文章编号：1001-8360(2021)01-0064-13我国电气化铁路高次谐波谐振问题研究综述宋可荐打吴命利1,杨少兵1,潘朝霞2,马春莲3(1.北京交通大学电气工程学院，北京100044； 2.中国铁路太原局集团有限公司供电部，山西太原030013；3.大秦铁路股份有限公司大同西供电段，山西大同037005)摘要：自2007年京哈线第一次发生牵引供电系统高次谐波谐振以来，已有超过15条电气化铁路发生过谐振事故，严重影响铁路运输系统的安全稳定运行°通过案例分析和统计，总结谐振规律及其危害°根据电路结构阐明车网电气耦合关系，分别介绍交流机车谐波源特性和牵引供电系统阻抗频率特性的建模方法，并提供一种简化谐振机理分析来解释主要谐振规律°探讨地面和车上的多种谐振抑制措施，提岀解决谐振问题的基本思路°对谐振的研究工作将车、网在电气上看作一个耦合整体，同时考虑理论分析的准确性和工程应用的简明性需求，希望对牵引供电系统谐振及其预防和治理工作提供一个全面的参考°关键词：电气化铁道；牵引供电系统；牵引传动系统；车网电气耦合系统；谐波谐振；谐振抑制中图分类号：TM922；U233.6文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.l001-8360.2021.01.008Review of High-order Harmonic Resonances of Electric Railways in ChinaSONG Kejian1,WU Mingli1,YANG Shaobing1,PAN Zhaoxia2,MA Chunlian3(1.School of Electrical Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing100044,China；2.Power Supply Department,China Railway Taiyuan Group Co.,Ltd.,Taiyuan030013,China；3.Datong West Power Supply Section,Daqin Railway Co.,Ltd.,Datong037005,China)Abstract:Since the first occurrence of a high-frequency harmonic resonance in traction power supply system(TPSS)in the Beijing-Harbin railway line in2007,more than15Chinese electric railway lines have experienced similar incidents, some with serious impact on the safe and stable operation of the railway transportation system.In this paper,following the analysis and statistics of the cases of resonance incidents,the features and impacts of harmonic resonance in traction power supply system(TPSS)were summarized.The electrical interaction between the TPSS and AC drive locomotives was illustrated based on their corresponding circuit models.The modelling methods of both AC locomotive harmonic characteristics and TPSS impedance-frequency characteristics were discussed.Moreover,a simplified resonance mechanism analysis was provided to explain the key resonance features.Several wayside and on-board methods for resonance elimination were presented,followed by the proposal of a principle for resonance elimination.By addressing the complete set of interactions between the TPSS and the locomotives,and considering both the validity of theoretical analysis and simplicity of engineering implementation,this research work aims to serve as a single comprehensive reference on TPSS resonances,their prevention and elimination.Key words:electric railway；traction power supply system；traction drive system；network-train interaction system；harmonic resonance；resonance elimination收稿日期：2018-12-24;修回日期：2019-06-16基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发课题(P2018X011)；国家科技部“十三五”重点研发计划(2017YFB1200802)；博士后创新人才支持计划(BX201700026)第一作者：宋可荐(1988—),男，湖南株洲人,副教授，博士°E-mail-songkj@通信作者：吴命利(1971—),男，河北藁城人，教授，博士°E-mail:mlwu@铁路作为国家综合交通运输体系的骨干,是国民经济大动脉和关键基础设施,在我国经济社会发展中的地位和作用至关重要。
项目名称：高速铁路供电系统振荡机理与抑制技术推荐单位：西南交通大学项目简介：随着大量新型高速机车投运，机车与供电系统（车网）间的功率交换频繁、耦合加剧，极易造成车网系统的电气/控制参数失配，引起供电系统频繁发生低频振荡、谐波谐振以及高次谐波放大等宽频带振荡问题。
导致保护误动、设备烧损/爆裂、机车降弓闭锁，致使客、货车晚点甚至停运，扰乱运输秩序。
项目组依托国家自然科学基金重点项目、铁道部科技开发项目。
历尽十年，从现场测试到试验验证，从理论分析到技术装备，在高铁供电系统宽频带建模、振荡机理及识别方法与抑制技术等方面取得重要突破和系统性成果，并实现了推广应用，主要创新点包括：（1）建立了动态运行下高速机车牵引传动系统与牵引供电网的宽频带耦合模型，揭示了高铁供电系统宽频带耦合振荡机理；（2）提出了高铁供电系统宽频带振荡判定条件与快速识别方法，研发了分析评估软件；（3）发明了高铁供电系统宽频带振荡抑制技术，研发了系列技术装备。
项目共发表SCI论文33篇（ESI热点1‰论文1篇、IEEE 连载4篇、IEEE Trans. 25篇），EI论文45篇，授权发明专利19项，软件著作权6项。
主要完成单位及创新推广贡献：本项目主要由西南交通大学、北京交通大学、中车株洲电力机车研究所有限公司、中国铁路上海局集团有限公司以及朔黄铁路发展有限责任公司合作完成。
西南交通大学作为该项目的第一完成单位，主持该项目中的高铁供电系统振荡机理、振荡识别、振荡抑制方面的基础理论研究、软件开发、装备研制等工作，同时作为牵头单位，负责所有单位的分工协作。
北京交通大学为该项目的第二完成单位，主要开展了大量铁路电能质量相关测试工作，获取了获得了基本涵盖我国主型电力机车和动车组的谐波频谱特性以及低频振荡发生的现场条件，研制了牵引供电网侧谐振抑制装装置；推广应用至京哈、京津线等高铁线路。
中车株洲电力机车研究所有限公司作为该项目第三完成单位，研制了大功率有源滤波器和高频滤波器联合谐波治理装置、兼具无功补偿和谐波抑制的SVG装置。
高次谐波放大及其抑制措施陈忠革;周福林;李鑫;赵元哲【摘要】On basis of the real tested data from Shuangyangdian traction substation and Lishan traction substation of Shenyang Railway Administration,analyzes theoretically the accidents of fuse break and explosive splashing of resolution of parallel compensated capacitors,andon basis of analyzing the domestic and overseas treating measures of harmonics resonant,and the actual situations of the electrified railways in the Administration,the paper puts forward the proposals for its treatment.%基于沈阳铁路局双羊店牵引变电所和立山牵引变电所的实测数据,从理论上对该局并联补偿电容器熔丝熔断、爆浆事故,以及目前国内外谐波共振现象的治理措施进行了分析,根据该局电气化铁路的实际情况给出了治理建议。
【期刊名称】《电气化铁道》【年(卷),期】2012(023)006【总页数】3页(P35-37)【关键词】电容器;爆浆;交-直-交机车;谐波共振【作者】陈忠革;周福林;李鑫;赵元哲【作者单位】沈阳铁路局沈阳供电段;西南交通大学电气工程学院;西南交通大学电气工程学院;西南交通大学电气工程学院【正文语种】中文【中图分类】U223.630 概述牵引网是由若干导线组成的多导体传输线，具有分布电容，在一定频率下牵引网分布电容和串联分布阻抗、变压器阻抗以及电源阻抗发生某种形式上的共振是一种必然现象。
高次谐波过电压对牵引变电设备的影响作者：和志文来源：《硅谷》2012年第14期摘要：由于陇海线新增HXD1C型交直交机车与HXD3、S7D、S7E、S4型机车混合牵引后产生高次谐波，直接影响牵引变电系统设备的正常运行。
通过分析高次谐波的产生原因，提出相应的治理措施和彻底根治高次谐波对变电设备危害的两种建议方案，消除高次谐波过电压对变电设备的影响，提高设备运行的可靠性。
关键词：高次谐波；变电设备；危害；治理措施；建议方案中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0720164-010 引言自2011年陇海线新增HXD1C型交直交机与HXD3、S7D、S7E以及S4型机车混合牵引以来，牵引变电系统设备故障明显增加，多次烧损变电设备：烧损系统电脑3次、烧损交流盘信号灯10次、直流模块2次、引起并电容系统跳闸39次，引起断路器故障3次。
并电容系统故障占总故障数的60%，是需要首要解决的问题。
对并电容保护装置故障报告进行重点分析后发现，并电容跳闸时谐波电流含量最低10.7%，最高77.8%。
经分析引起基波谐振的根源是HXD机车，通过与厂家对变电设备现场监测后结果统计分析，制定整治措施，消除了谐波过电压对变电设备的影响，提高设备运行的可靠性。
1 牵引供电系统产生高次谐波过电压的原因谐波是指频率为基波谐波整数倍的一种正弦波，因为在电力系统中经常有一些设备和负荷存在非线性特性，也就是所负载的电压与产生的电流成非线性的关系从而造成波形畸变。
牵引供电方式产生非正弦畸变波产生的原因有三类：1）机车降压变在机车运行过程中过分相时断电又带电产生的励磁涌流。
2）直流牵引机车整流回路采用晶闸管整流，控制极靠导通角输出脉冲调节直流输出电压、电流的质量，交流正弦波不能被全波吸收，残留波对正弦波的冲击。
3）有源逆变即再生制动和直流电机在发电机状态运行时，惯性机械力产生的电势。
由于铁路的多次提速及客货运输运量的不断增加，畸变波的谐波成分复杂化，基波峰值及谐波的速率进一步提高，电气铁道是当前中压供电系统中典型的三相不平衡谐波源。
高次谐波对供电系统的干扰及解决方法摘要：随着电力事业的发展越来越好，供电系统发生的高次谐波谐振，导致电力机车高压跳主断，牵引变电所主变低压侧过电压跳闸，甚至烧损机车、接触网电气设备，严重干扰正常运输秩序，需引起牵引供电从业人员高度关注，深入分析牵引网谐振机理，研究谐振抑制对策，采取被动和主动的防御手段，确保牵引供电安全。
关键词：高次谐波；供电系统；干扰；解决方法引言国民经济的发展日新月异、科技水平和人民生活水平也在不断地提高，要顺这样的时代潮流铁路运输就必须做到安全高效。
要保证铁路运输安全高效的运行，如何提高供电质量和可靠性也就成为了我们电力专业目前工作的重点。
众所周知影响供电质量和可靠供电的不利因素较多，其中高次谐波对供电系统的影响及危害就不容忽视。
1高次谐波的定义及其产生原因分析目前对于谐波的定义的说法较多，而国际上普遍认为谐波是一个有周期的正弦波的分量，其频率是基波的整数倍。
当电力系统的频率为额定频率50Hz，则基波频率为50Hz、2次谐波频率为100Hz、3次谐波频率为150Hz等。
而目前在电力系统中存在危害的谐波较多，高次谐波的危害越来越大，这也是今后电力系统改革中首要解决的问题。
由于各种非线性的电子元件日益应用到电力系统中，使得原本能产生正弦波的电源由于非线性元件的存在使在系统中和用户处的线路中总会产生高次谐波的电流和电压，产生高次谐波的元件比较多，例如一些交流电动机、电焊机、电石炉、变压器和感应电炉等，化工行业的高频炉、电解设备，钢铁行业的大型轧钢机，铁道部门的电气机车、电车公司的整流站等，家用电器如电视机等。
最为严重的是大型的整流装置和电弧炉，它们产生的高次谐波电流最为突出，是造成电力系统中谐波污染的最主要的因素。
在电力系统中运用的电气设备都能产生高次谐波，并对电力系统的安全运行产生很大的影响，在这里可通过以下设备进行分析：整流装置是电力系统中最重要的谐波源，例如在很多的设备中都是用整流装置，例如电视机、电池充电器、电力机车等；电弧炉因为在燃烧方面不够稳定，容易产生三相谐波电流；变压器则由于铁芯处于饱和状态，磁化的曲线呈非线性，电流畸变也会变大，这是一种稳态的谐波源。
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/SimulinkAbstractElectrifiedrailway,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，andsomeequipmentharmonicparametersareanalyzed，sothattheycanmoreprofoundunderstandingofharmonicdistributionofthetractionpo wersupplysystem，harmonicformationandcontrol,maintaintractionpowersupplysystemstabilityandre liability.Finally，thispaperthetractionpowersupplysystemofHHGsimulationandanalysis，moreintuitiveshowsofthetractionpowersupplysystemharmoniccharacteristicsandd istribution，furtherenhanceunderstanding。
Keywords：HHG,Tractionpowersupply，Harmoniccurrentamplification，MATLAB/Simulink目录摘要.................................................. 错误!未指定书签。
Abstract .................................................. 错误!未指定书签。
1绪论.................................................... 错误!未指定书签。
1。
1课题背景与意义................................... 错误!未指定书签。
1。
2课题研究现状..................................... 错误!未指定书签。
1。
3本课题的研究内容与目标........................... 错误!未指定书签。
2谐波.................................................... 错误!未指定书签。
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1谐波含义......................................... 错误!未指定书签。
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2谐波特性......................................... 错误!未指定书签。
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3高次谐波危害..................................... 错误!未指定书签。
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4畸变波形的度量指标............................... 错误!未指定书签。
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5谐波标准......................................... 错误!未指定书签。
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1国外谐波标准.............................. 错误!未指定书签。
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2我国谐波标准.............................. 错误!未指定书签。
2.6电力系统各元件等值电路的谐波参数.................. 错误!未指定书签。
2.6.1发电机...................................... 错误!未指定书签。
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6.2变压器..................................... 错误!未指定书签。
2.6。
3输电线路................................... 错误!未指定书签。
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7谐波测量......................................... 错误!未指定书签。
2.8输电线路谐波谐振频率分析方法...................... 错误!未指定书签。
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9谐波的限制措施................................... 错误!未指定书签。
3铁路牵引供电系统........................................ 错误!未指定书签。
3。
1电气化铁道——主要谐波源之一..................... 错误!未指定书签。
3。
2电牵引供电系统................................... 错误!未指定书签。
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1牵引变电所................................ 错误!未指定书签。
3.2.2牵引网...................................... 错误!未指定书签。
4铁路牵引供电系统谐波分析................................ 错误!未指定书签。
4。
1电力机车谐波分析................................. 错误!未指定书签。
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2供电臂谐波电流合成................................................................ 错误!未指定书签。
4.3牵引负荷注入系统的谐波电流................................................... 错误!未指定书签。
4.4整流负荷谐波源模型................................................................... 错误!未指定书签。
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5牵引供电系统谐波电流放大.................................................... 错误!未指定书签。
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6谐波仿真.................................................................................... 错误!未指定书签。
结论............................................................................................................. 错误!未指定书签。
