京沪高铁谐波综合治理方案研究.pdf

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京沪高铁谐波综合治理方案硏究
侯日根:京沪高速鉄路股份有限公司,高级工裎师,北京,10038
赵元哲:西南交通大学电气工程学院,博士研究生,四川成都,610031
摘要:电气化鉄路中的谐波问题一直是铁路与
电力部门关注的焦点。介绍高速铁路牵引供电
系统的构成与特点,通过实际测试分析牵引负
荷谐波分布特性,提出背靠背有源滤波器和阻
波高通滤波器相结合的谐波综合治理方案,并
分別阐述其结构和功能等。该方案在有效解决
高速铁路请波问题的同时,还可以补偿负序电
流,必要时提供牵引负荷所儒无功功率。
高次谐波成分增加,当高次谐波电流频率与牵引网自然
关键词:京沪高铁;谐波;率引供电系统;有频率重叠时,牵引供电系统会发生谐振,使得电压、电
源滤波器;高通滤波器
流严重畸变,进而使谐波电流进一步増大,以至烧毁
设备叫。牵引供电系统的谐波不仅影响公用电网电能质
中图分类号:U223.6
文献标识码:A
量,还严重威胁高速铁路的安全、稳定、可靠运行,
文章编号:1001-683X(2016)01-0034-07
此对牵引供电系统进行谐波的综合治理非常必要。
谐波治理可以从两方面入手,一方面是谐波源,改
变牵引负荷变流装置的结构和控制策略等;另一方面是
采取必要的补偿措施。由于高速鉄路牵引负荷已经采用
0引言
了最为先进的变流技术和交流传动控制技术,因此从补
偿的角度研究治理方案是必要的。对于谐波治理始终是
近年来,我国电气化铁路尤其是高速铁路得到迅速铁路和电力部门关注的热点,经双方协商,共同确认在
发展,凭借其在速度、运量、节能降耗等方面的巨大优京沪3个供电单元开展有针对性的试验研究。
越性,大大提高了国民出行的便利,促进了我国经济社
谐波补偿装置分无源滤波器和有源滤波器(APF)
会发展。但由于动车组牵引负荷的非线性特点,使其存两大类。我国普速铁路谐波治理主要采用无源型单调谐
在产生诺波、影响电网质量的问题
滤波器治理低次谐波,但存在只能对单次谐波进行滤波
传统的交-直型电力机车主要采用单相整流(桥式的弱点?。高速铁路牵引负荷中谐波电流的频谱较宽
或中抽式),产生的谐波电流含有率较高,主要是3、5若采用单调谐无源滤波器进行谐波治理需设置多个支
和等次数的谐波";目前电气化铁路尤其是高速铁路中路,基波容性无功电流不可避免地要流经滤波器的各支
已广泛采用交-直-交型动车组牵引,交-直-交型牵引负路,使装置的容量和损耗增加?,可行性不高。APF采
荷采用PWM脉宽调制技术,功率因数极高,谐波含量尤用基于IGBT的全控,可实现动态、实时和快速的有源滤
其是低次谐波相比交ー直型机车大大减少,对电力系统波功能,可连续补偿感性或容性无功功率,提高牵引变
的谐波影响已经显著降低?。但其谐波电流频谱更宽,电所功率因数和稳定母线电压。但APF主要用于数
AAAA CH/NA RA/LWAY 2016/07
京沪高铁诸波综合治理方案研究侯日根等
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百赫兹以下频率谐波电流的治理,无法对更高次数的谐
表1高速动车组的主要参数
波进行有效治理。采用高通滤波器是治理高次谐波最有
项目
CRH380AL
CRH380BL
效、经济、可靠的方式,传统的二阶高通滤波器虽然可运行最高速度
(km.h)
350(380)
350(380)
以有效地滤除高次诸波,但其在基波发出较大的无功电
轮周功率/kW
19418
19200
流,不适用于功率因数接近于1的高速铁路系统中,因
负荷电流/A
单车:1020
单车:960
此需要提出一种在基波下不产生电流,高频下叮滤除高
受流方式
双弓受流
次谐波的新型高通滤波器。在此,根据高速铁路羍
电制动方式
再生制动
引负荷特性和各种谐波补偿设备的特点,提出基于背靠
功率因数
背有源滤波器和新型阻波高通无源滤波器的谐波综合治
网侧电流总谐波畸变小于网侧电流总谐波畸变率小
理方案。
10%,等效千扰电流小于于5%,等效于扰电流小于
谐波电流含量25A,其中3~11、1~252.0A,其中仅3、5次谐波
和43~51次谐波电流含量较电流含量相对较高
京沪高铁牽引供电系统
高
1.1概述
由表1可见,高速动车组的功率因数较高(其值
京沪高铁牵引供电系统主要采用2x25kVAT供电般为0.98左右),动车组谐波特性复杂,虽单次谐波含
方式,牵引网由接触线、正馈线、钢轨组成,供电臂长量较低,但频谱较宽并具有一定的随机波动性。在同等
度20~30km,每15km左右设置自耦变压器所。牵引变条件下,CRH38OAL型动车组对网側谐波的影响明显大
电所接引电力系统两回独立、可靠的220kV电源,互为于CRH380BL型动车组。
热备用,设2个牵引变压器组、每组由2台单相变压器组
2牵引变电所谐波实测分析
成,互为备用。
1.2外部电源系统
通过京沪高铁周立营羍引变电所的现场测试,分析
外部供电系统采用220kV电源供电。高速铁路具有负荷谐波特性,旨在为制定谐波综合治理方案提供依据
列车运行高速度、高密度、大功率的特点,所需变压器和参考。
容量大,牵引供电系统采用220kV等级的受电电压是必2.1谐波电压
要的。同时,220kV及以上系统负序的承受能力强,能
对连续24h的实测数据进行分析,获得周立营变电
有效降低对电力系统的影响,使供电质量和可靠性得到所高压侧A、B、C三相电压、牵引側a、b两相T线F线电
提高。
压总谐波畸变率(THD)的统计值(见表2)。全天的
1.3牵引变压器
三相电压总谐波畸变率趋势见图1。
京沪高铁牵引变压器组采用的Vx接线,将三相
由表2和图1可知,周立营变电所高压侧三相电压畸
220kV的交流电变为两相2x27.5kV,分别供给2个供电变率显著低于牵引侧,说明作为牵引侧负荷的各型高速
臂,具有结构简单、容量利用率高、负序对外部电源系
表2谐波电压总谐波畸变率
统影响不大等特点。
电压
最大值
95%概率大值
平均值
1.4自耦变压器
沿线路每15km左右设置自耦变压器,自耦变压器
的作用是连接接触线和正馈线,并通过与轨道相连以提
0.72
0.50
供AT供电的中性点,通过自耦变压器实现电压变换
0.85
1.5牵引负荷
京沪髙铁的主要牵引负荷是采用大功率交流传动技
8.10
1.77
0.85
术的各型高速动车组,两种常用的长编组高速动车组的
主要参数见表1。
5.27
CH/MARA∥WMAY201601e
35