電氣化鐵路電能質量問題

1、個人收集整理僅供參考學習電氣化鐵路對電網電能質量的影響及治理措施1 .電氣化鐵路帶來的電能質量問題電氣化鐵路是當前我國重點發(fā)展的交通方式，它可以提高鐵路運輸能力、改進鐵路運營，同時也有利于實現資源的合理分配、降低運 營成本、保護生態(tài)環(huán)境等，因此，和其它牽引方式相比，電氣化在鐵 路運輸中顯示出無可比擬的優(yōu)越性。 國務院批準的中長期鐵路網規(guī) 劃明確，到2020年，我國鐵路總里程將達到100000km,其中電氣 化鐵路為50000km，鐵路電氣化率約為50%,承擔的運量比重在80% 以上 。 文檔來自于網絡搜索電氣化鐵路由接觸網、鐵道及電力機車構成，當然還包括各運行 機構、指揮自動化系統及其他相關部

2、分。和傳統的蒸汽機車或柴油機 車牽引列車運行的鐵路不同，電氣化鐵路是指從外部電源和牽引供電 系統獲得電能，通過電力機車牽引列車運行的鐵路。它包括電力機車、 機務設施、牽引供電系統、各種電力裝置以及相應的鐵路通信、信號 等設備。它具有下述優(yōu)點：可廣泛利用多種一次能源功率大；速度高； 效率高過載能力強運輸成本低無煙氣排放污染；可靠性好不受外界條 件限制在山區(qū)和高寒地區(qū)電力機車功率發(fā)揮更好。電氣化鐵路的牽引動力是電力機車，機車本身不帶能源，所需能源由電力牽引供電系統 提供。牽引供電系統主要是指牽引變電所和接觸網兩大部分。變電所設在鐵道附近，它將從發(fā)電廠經高壓輸電線送來的電流， 送到鐵路上 空的接觸網

3、上。接觸網是向電力機車直接輸送電能的設備。 沿著鐵路 線的兩旁，架設著一排支柱，上面懸掛著金屬線，即為接觸網，它也可以被看作是電氣化鐵路的動脈。電力機車利用車項的受電弓從接觸 網獲得電能，牽引列車運行。牽引供電制式按接觸網的電流制有直流 制和交流制兩種。直流制是將高壓、三相電力在牽引變電所降壓和整 流后，向接觸網供直流電，這是發(fā)展最早的一種電流制，到 20世紀 50年代以后已較少使用。交流制是將高壓、三相電力在變電所降壓 和變成單相后，向接觸網供交流電。交流制供電電壓較高，發(fā)展很快。 我國電氣化鐵路的牽引供電制式從一開始就采用單相工頻（50赫）25千伏交流制 。 文檔來自于網絡搜索電力牽引有利

4、于提高能源的利用率。但是，電氣化鐵路電力機車 是大功率單相整流負荷，對于三相對稱的電力系統供電來說， 電氣化 鐵路牽引負荷具有非線性、不對稱和沖擊性等特點，將產生三相不平 衡的諧波電流和基波負序電流注入系統，引起公共連接點母線的諧波 電流、諧波電壓、三相電壓不平衡度等多項電能質量指標超標，嚴重 影響了電力系統安全、經濟、穩(wěn)定運行和電力用戶的安全用電，造成 發(fā)電機跳閘，繼電保護誤動作，發(fā)電機轉子燒壞，電力電容器及用戶 的電動機等用電設備的損壞。所以，根據國家有關標準必須對此類負 荷接入電網后所產生的諧波、負序、電壓閃變等進行分析論證。如不 能滿足國家標準所規(guī)定的允許值，則必須采取補償措施。隨著電

5、氣化 鐵路的比重增加，對系統各組成部分及其相互關系的研究提出了更高 的要求電力牽引系統還存在有若干技術難題尚未有效的解決，諸如諧波、無功、負序、弓網關系、故障探測、繼電保護等深層次的問題， 使系統很難達到最優(yōu)化的運行狀態(tài)在重載及高速電氣化的鐵路中這些問題更加突出，將會嚴重影響到我國鐵路電氣化的發(fā)展。文檔來自于網絡搜索2 .電氣化鐵路電能質量問題的治理措施個人認為電氣化鐵路對電能質量產生影響的主要原因有以下幾點：1） 單相。由于電氣化鐵路采用的是單相電路， 將向電網注入大量 的負序分量。2）整流設備。電力機車主要采用直流電機。直流電機需要電力電子設備將交流整為直流，整流器會帶來諧波和無功的問題。

6、當然， 目前也有機車采用的是交流電機，而交流電機的調速必然要用到 電力電子變頻器，同樣會帶來無功和負序的問題。文檔來自于網絡搜索3）電力機車在時空上的不確定性。當電力機車經過某段線路或牽引 變時，相當于是瞬時增加了一個有功和無功的負荷。對這一段電 網造成沖擊，因此會帶來電壓跌落，閃邊和諧波等問題。文檔來自于網絡搜索對電氣化鐵路電能質量治理的思路有兩個：一是從本身裝置入手。如果采用全控型電力電子裝置，則可以從裝置本身的控制著手，諧波 和無功甚至是一些暫態(tài)問題都可以得到很好的控制。另外一種思路就 是增加補償裝置，如無功補償裝置（固定電容器組，STATCO蹲）、電力濾波器（無源電力濾波器、 APF等

7、）。目前國內外的研究也主要 是從這兩方面著手的 。 文檔來自于網絡搜索2.1 諧波抑制限制電鐵諧波的主要原則有：1、把電網中的諧波電壓控制在允許的范圍內。2、限制諧波源注入電網的諧波電流及其在電網連接點 產生的諧波電壓。3、防止諧波對電網發(fā)供電設備的干擾，特別要防 止高壓電網發(fā)生諧振或諧波放大，維護電網安全經濟運行。4、保證供電質量，使接入電網的各種用電設備免受諧波干擾， 保持正常工作。 解決諧波污染的思路有兩個，一是設置濾波裝置；一是對電力電子裝 置自身進行改造，使其不產生諧波，并且功率因數可控制為1:這兩種思路派生出兩個研究方向：電力濾波器及單位功率因數變流器。文檔來自于網絡搜索電力濾波器

8、主要有LC濾波器和有源電力濾波器(APB, LC濾波 器技術比較成熟，電壓可以做得很高，容量也可以做得很大：可兼顧 無功補償。改善功率因數；結構簡單，成本較低。但LC濾波器存在固有缺陷，如：濾波特性依賴于系統參數；只能消除特定的諧波；易 出現串、并聯諧振，引起諧波放大、濾波器過載現象；體積龐大等。 有源電力濾波器是用全控型電力電子器件構成的PWM逆變器，其優(yōu)點是可以對快速變化的諧波及無功進行連續(xù)補償，并且響應迅速，此外，在APF中貯能元件容量小。但由于全控型功率器件的成本及性能， 制約了 APF的實際應用。采用混合濾波(Hybrid Filter)的方法，兼顧兩 種濾波器的優(yōu)勢，取長補短，從而

9、得到提高整個濾波裝置的性能價格 比的目的，和其他類型的電力濾波器相比更受青睞。文檔來自于網絡搜索單位功率因數變流器是指功率因數為 1,并且進線無諧波的變流 裝置。設計單位功率因數變流器是減少電網的無功與諧波的另一種重 要的措施。大容量變流器提高功率因數和減少諧波的主要途徑是采用多重化技術，即將多個方波疊加，以消除次數較低的諧波，從而得到 接近正弦的波形。如果要求功率因數為1,一般需使用自換相變流器， 再配合PWM控制技術，將會得到更好的效果。這種方法的缺點是需 要用到全控型器件，全控型器件的缺點是容量小、耐壓低、價格貴。 因此目前推廣程度還不是很高，但這是今后發(fā)展的一個趨勢O文檔來自于網絡搜索

10、2.2 無功補償出于同樣的思路，解決無功問題的思路有兩個，一是設置無功補 償裝置；一是對電力電子裝置自身進行改造，控制功率因數 1,甚至 提供系統無功。后者的優(yōu)缺點與諧波治理類似，在這里不再贅述。重 點介紹常見的無功補償裝置。 文檔來自于網絡搜索無功補償裝置主要有固定電容器和動態(tài)無功補償裝置。靜電電容器可串聯或并聯接入電網，提高系統穩(wěn)定，補償無功，改善電壓質量。 但固定電容器組有兩個明顯的缺點。 一是無功不能連續(xù)可調，二是當 系統電壓低時提供的無功反而降低，是一個負特性，三是動態(tài)特性慢， 在一些動態(tài)要求比較高的場合不太適合。因此出現了很多基于電力電 子技術的動態(tài)無功補償裝置。主要有靜止無功補償器（SVC,晶閘管 相控