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1、 .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，
2、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/SimulinkAbstractElectrified railway, as the nonlinear load of p
3、ublic electric net,has become one of main harmonic sources causing harmonic pollution in the power system,which is mainly because that electric locomotive running on the electrified railway is single-phase rectifier load.On account of its great power, wide distribution and threephase asymmetric,it w
4、ill produce a great deal of highorder harmonics and on the contact net will excite highorder voltage and current harmonics distributing along the line,which will interfere seriously,with the communication system along the electrified railwayWith the wide application of ACDCAC multiple units in elect
5、ric railway, harmonic characteristic in the traction Power supply system has been changed. Not only the loworder harmonies,for example,thirdorder,fifthorder and seventhorder harmonic were included in this system, but also a lot of highorder harmonic were contained. Although the content rate of these
6、 highorder harmonics very low,the possibility of harmonic resonance in the system will greatly increase.When harmonic resonance occurred in the system,overvoltage and overcurrent will produce,which can endanger equipment insulation of traction substation and train and influence the system safety ope
7、ration. In this paper the harmonic characteristic of power system to do a detailed theoretical research and analysis,expounds the traction power supply system harmonic formation, and some equipment harmonic parameters are analyzed,so that they can more profound understanding of harmonic distribution
8、 of the traction power supply system,harmonic formation and control,maintain traction power supply system stability and reliability.Finally, this paper the traction power supply system of HHG simulation and analysis,more intuitive shows of the traction power supply system harmonic characteristics an
9、d distribution, further enhance understanding.Key words：HHG，Traction power supply，Harmonic current amplification，MATLAB/Simulink目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景与意义11.2 课题研究现状11.3 本课题的研究容与目标22 谐波32.1 谐波含义32.2 谐波特性32.3 高次谐波危害42.4 畸变波形的度量指标42.5 谐波标准62.5.1 国外谐波标准62.5.2 我国谐波标准72.6 电力系统各元件等值电路的谐波参数92.6.1 发电机
10、92.6.2 变压器102.6.3 输电线路112.7 谐波测量132.8 输电线路谐波谐振频率分析方法142.9 谐波的限制措施153 铁路牵引供电系统173.1 电气化铁道主要谐波源之一173.2 电牵引供电系统173.2.1 牵引变电所173.2.2 牵引网214 铁路牵引供电系统谐波分析254.1 电力机车谐波分析264.2 供电臂谐波电流合成264.3 牵引负荷注入系统的谐波电流264.4 整流负荷谐波源模型274.5 牵引供电系统谐波电流放大284.6 谐波仿真29结 论34致 35参 考 文 献36.word版本. 1 绪论1.1 课题背景与意义近年来，我国电气化铁路建设进入了高
11、速发展阶段。到2007年底，我国电气化铁路里程已突破29470公里，电气化率达到37.8%，电气化总里程位于世界第二位。根据国务院批准的中长期铁路网发展规划(2008年调整)，到2020年我国铁路总里程将达120000公里，其中电气化铁路72000公里，主要干线铁路都将实现电气化，铁路电气化率约为60%，承担80%以上的运量。其中将建成京沪、京广、京哈、沪涌深及徐兰、杭长、青太及沪汉蓉“四纵四横”高速铁路客运专线16000公里，形成我国铁路快速客运网。我国目前既有普速铁路线上，主要采用的是交直型电力机车，其采用半控桥式整流装置，通过控制晶闸管的导通角来实现机车出力的调节，这种方式使得交直型机车
12、的功率因数较低，并产生丰富的谐波，这些谐波注入到电力系统中后将对电网造成污染，危及电力系统的稳定运行。随着铁路大提速以及客运专线的建设，交直交型的交流传动机车在我国大量采用，其功率因数较高，注入系统的谐波电流较小，但其交流侧仍然会存在一定量的高次谐波，在机车启动、爬坡、制动等调节过程中谐波含量还会增大。与交直型机车谐波特征不同，交直交型机车产生的谐波虽然消除了低频带的谐波，但却产生了高频带的谐波，注入系统的谐波电流次数相应提高，加之我国各类车型混跑的情况，使得牵引供电系统中谐波含量丰富，谐波频带分布广泛，而这种情况大大增加了系统产生谐波谐振的可能性。当系统参数满足一定条件时，相应次数的谐波注入
13、便会激励系统产生谐波谐振。这不仅对于牵引供电系统本身的设备造成危害，当其注入电网后，引起的过电压过电流将危及系统的安全稳定运行，使得供电可靠性降低1。电力机车作为谐波含量丰富的特殊谐波源，其向牵引供电系统中注入大量谐波电流，牵引供电系统成为最直接的谐波电流源激励对象，也最有可能因为谐波谐振造成设备损害。谐波谐振在牵引供电系统中引起的最直接表现是谐波电流的成倍增大，由于系统谐振导致牵引变电所及分区所谐波电流严重放大，致使母线电压升高，造成事故的案例己有发生。因此有必要对牵引供电系统中的谐波谐振特性进行分析和研究，为避免发生谐波谐振提供相应的理论参考。1.2 课题研究现状随着电力系统谐波被广泛关注
14、，铁路牵引供电谐波也成了谐波领域中的一项重要研究对象。铁路牵引供电谐波问题自提出以来，就受到了许多国家铁路部门和电力部门的重视。早在1920至1930年间，德国就提出了由于静态换流器引起的波形畸变问题，到50至60年代由于高压直流输电技术的发展，对换流器谐波问题才有大量的研究。我国铁路长期以交直型电力机车为主，而且相对来说这种机车的谐波问题更加突出，因此目前的研究大多集中于此。计算机仿真是研究电力机车谐波问题的主要工具。在对电力机车主电路及控制系统进行深入分析的基础上，建立其数学模型，通过软件仿真的方法可分析机车的电能质量特征。电科院、西南交通大学、交通大学、交通大学和华北电力大学的研究人员对
15、此进行了长期研究。我国曾经组织数次较大规模的电气化铁道谐波测试工作，主要是在牵引变电站进行长时间的实地测量，通过对实测数据的处理，找出牵引变电站电流谐波的分布规律。1984年铁道科学研究院机车车辆研究所在石板滩、养马河等牵引变电所安装测量装置，得到了牵引负荷的功率因数和谐波特性，并以此为依据投入补偿装置。1987年，铁道科学研究院和原水利电力部联合推出了谐波计算程序，该程序就是以测量结果为依据进行计算的。实测法需要投入大量的人力物力，周期长，通用性也不太好。但是实测法仍然必不可少，它对仿真法具有重要的参考价值，是验证模型准确度的标准。1.3 本课题的研究容与目标本文主要关注以下容：(1) 了解高次谐波的定义、危害、标准、参数、抑制及其测量等。(2) 了解电气化铁道的供电系统。(3) 对牵引供电系统高次谐波谐振运用MATLAB进行仿真。2 谐波2.1 谐波含义国际上公认的谐波含义为:“谐波是一个周期电气量的正弦波量，其频率为基波频率的整倍数”。由于谐波的频率是基波频率的整数倍数，我们也常称它为高次谐波2。18世纪和19世纪的好几位数学家，特别是J.B.Fourier(17681830)，为谐波计算奠定了基础。他提出的傅立叶分析是一种
