谈述电气化铁路电气化铁路谐波对电网影响
最后更新时间：2024-02-11
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论文导读：路干线将逐步实现客货分流。电气化铁路将呈现出负荷功率增大，供电能力和供电可靠性要求提高等趋势。在一段时间内，动车组的出现虽然会使谐波问题大为缓解，但高次谐波却可能因高速铁路牵引功率的增大而变得更为突出。2基本概念表明设备的投切对系统影响不是很大。短路比的公式也同样适用于电力机车或者风电机组接人电
摘要:通过简单电力系统模型的仿真分析，指出尽管电气化铁路对电力系统产生的谐波一定，但对系统的危害程度是变化的，随着系统运行方式的变化，可能会破坏风电场风机的安全稳定运行，需引起高度关注和重视，并对电气化铁路谐波超标问题提出相应的措施及建议，同时也为风电场的谐波治理提出需关注的问题及建议。
关键词:电力系统;电气化铁路;谐波;运行方式
O引言
近年来，随着电气化铁路建设速度的不断加快，特别是“和谐号”高速动车组列车的最高时速达 486.1km，我国电气化铁路已进入快速发展时期。电气化铁路仍然是我国电力系统中主要的谐波源之一，必将对电力系统造成一定的影响，尤其是对于含风电的电力系统，可能引起风电场风电机组的附加损耗、附加振动、噪声和谐波过电压!”。本文主要从短路容量的角度再次分析了电气化铁路产生的谐波对电力系统的影响程度，并针对谐波超标问题提出相应的措施和建议，同时也对风电场的谐波治理提出需关注的问题及建议。
1我国电气化铁路发展现状
近年来，随着电气化铁路建设速度的不断加快，截止2009年底，我国铁路营业里程已达 8.6xl04km，跃居世界第二位;复线率、电气化率分别由2002年的33.3%、25.2%提高到2009年的38.8%、41.7%，路况规模和质量均大幅提高。特别是2010年12月3日“和谐号”CRH380高速动车组列车在京沪高铁枣庄一蚌埠试验运行，充分代表了我国高速铁路的发展水平。目前我国在建的客运专线已超过5000km，规模超过目前全世界已经建成的所有高速铁路总里源于：论文范例www.7ctime.com
程。到2020年全国铁路营业里程规划目标达到 1.2xlo，km以上，电气化率达到60%以上。客运专线达到1.6*104km以上，。这充分展示了我国高速铁路广阔的发展空间和巨大的发展潜力。由于电气化铁路牵引负荷具有多变性，随机性，移动性，对电网的干扰程度在不同的时段会产生不同的影响，构成了其对电网干扰的复杂性。韶山系列交直型电力机车多采用晶闸管换流器，必然会产生谐波电流，当谐波电流通过牵引变压器注人电力系统以后，必将引发电网中的元件产生附加损耗、机械振动、噪声及过电压等。但最近几年由于交直交型电力机车的快速发展，谐波含量大幅度减少。新的铁路技术政策也明确指出我国牵引动力将在十年之内，实现由直流传动向交流传动的转变，将会使谐波含量大幅度降低，从根本上解决我国电气化铁路的谐波问题。目前，重载和高速客运专线将是我国铁路发展的重点，随着高速路网的建成，主要铁路干线将逐步实现客货分流。电气化铁路将呈现出负荷功率增大，供电能力和供电可靠性要求提高等趋势。在一段时间内，动车组的出现虽然会使谐波问题大为缓解，但高次谐波却可能因高速铁路牵引功率的增大而变得更为突出。
2基本概念
表明设备的投切对系统影响不是很大。短路比的公式也同样适用于电力机车或者风电机组接人电力系统的情况，此时分母相应为电力机车牵引变压器安装容量或风电机组的并网容量。牵引变压器安装容量与系统短路容量的基本关系，显然随着牵引变压器安装容量的不断增大，对系统的短路容量的要求也越来越大。
3含风电电力系统的特点
由于风资源的分布受地理因素的限制，风电场一般建立在电力系统的末端，多与配电网直接相连，接人电力系统的短路容量一般较小，网络结构比较薄弱。因此含风电的电力系统具有以下特点
(l)电压易波动。由于风的随机性和间歇性，风力机组的有功出力随机波动，随着风电接人容量增大，风电场从系统吸收的无功功率增多，如果系统不能提供足够的无功，接人点电压就会逐渐降低。
(2)潮流波动。由于风电机组机端的输出功率随风速的波动而变化，风电场接入时会改变电力系统中原有潮流分布和电流水平。
(3)频率波动。由于风的随机性使风电场成了不稳定的电源，特别是当风电机组频繁的投人或切除，使风电场的潮流处于一个重新分配的过程，最为严重的情况是整个风电场突然切除，造成瞬间电源和负荷失衡，引起电力系统的频率瞬时降低。
(4)存在谐波问题。风力发电机组并网引起的谐波问题主要是由风力发电机组的本身特性和辅助装置中的电力电子元件引起。
4 谐波对电网运行的影响
对于理想的干净供电系统而言，电流及电压所产生的波形都是正弦波。论文导读：管电气化铁路对电网产生的谐波一定，但其对系统的危害程度是变化的，随着系统运行方式的变化而变化，变化的幅度可能引起风电场的风机的安全稳定运行，需引起高度关注和重视。由于系统短路容量越大，系统电压损失越小。因而提出可以根据实际情况提高牵引变电站接人电力系统PCC点的电压等级。对谐波超标问题，有必要对系统的最小短路
但当电流流经负载时，由于流经负载的电流与负载所加的电压不成线性关系，这种非线性负载导致谐波的产生。理想的公用电网所提供的电压，应该具有单一、固定的频率以及在规定范围内的电压幅值。在电气化铁路中，采用晶闸管控制的交-直流型电力机车本身会产生较大的谐波电流，而高速铁路采用可关断器件构成的交-直-交流型变频驱动方式，其交流侧存在一定量的高次谐波，一般稳态情况下的总谐波电流畸变率会达到 5%左右，而在启动、爬坡、制动等调节过程中会出现大量的谐波。电气化铁路出现谐波电流和谐波电压，会使公用电网中的元件产生附加谐波损耗，从而导致发电、输电及用电设备的效率降低。另外，大量的 3 次谐波流过中性线时，会使线路过热，容易发生火灾。谐波还会引起电机的附加损耗，使电机产生机械振动、噪声和过电压，且会造成变压器局部过热，从而导致电容器、电缆等变压器设备的过热及绝缘老化，寿命缩短，以至损坏。此外，谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波得以放大，进一步增加危害，甚至引起严重事故。同时，谐波会导致继电保护和自动装置误动作，并造成电气测量仪表计量不准。
5结语
本文对简单的电力系统模型进行计算分析，指出尽管电气化铁路对电网产生的谐波一定，但其对系统的危害程度是变化的，随着系统运行方式的变化而变化，变化的幅度可能引起风电场的风机的安全稳定运行，需引起高度关注和重视。由于系统短路容量越大，系统电压损失越小。因而提出可以根据实际情况提高牵引变电站接人电力系统PCC点的电压等级。对谐波超标问题，有必要对系统的最小短路容量及其对应时刻进行统计，必要时可以适当增大系统的短路容量提前预防。特别是对于含风电的电力系统，更应该采取相同的方法提前预防，一方面风电场变电站内可以集中加装无功补偿装置来提高并网点的电压水平和电压稳定裕度;另一方面，电网公司应该加强网架建设和无功储备，增强系统之间无功电源的互补能力，以保证含风电的电力系统安全可靠运行。此外，在谐波治理方面，采用同相供电系统，也是综合解决电气化铁路谐波等电能质量问题的理想方式。
[l]张新伟，晃勤，康建东，等.电气化铁路谐波对风电场的影响[J」.四川电力技术，2011，34(l):8一12.
于坤山，周胜军，王同勋，等.电气化铁路供电与电能质量[M].1版.北京:中国电力出版社，2011:1一5.
[3]王胜伟，冯双磊，张义斌.风电场最大装机容量和电网短路容量的关系IJ].国际电力，2005，9(2):31一34.
[4]姜代鹏.并网风电场对电力系统电压稳定性影响的研究[D].镇江:江苏大学，2010:38一41.
[5]迟永宁，刘燕华，王胜伟，等.风电接人对电力系统的影响[J].电网技术，2007，31(3):78一 81.
摘要:通过简单电力系统模型的仿真分析，指出尽管电气化铁路对电力系统产生的谐波一定，但对系统的危害程度是变化的，随着系统运行方式的变化，可能会破坏风电场风机的安全稳定运行，需引起高度关注和重视，并对电气化铁路谐波超标问题提出相应的措施及建议，同时也为风电场的谐波治理提出需关注的问题及建议。
关键词:电力系统;电气化铁路;谐波;运行方式
O引言
近年来，随着电气化铁路建设速度的不断加快，特别是“和谐号”高速动车组列车的最高时速达 486.1km，我国电气化铁路已进入快速发展时期。电气化铁路仍然是我国电力系统中主要的谐波源之一，必将对电力系统造成一定的影响，尤其是对于含风电的电力系统，可能引起风电场风电机组的附加损耗、附加振动、噪声和谐波过电压!”。本文主要从短路容量的角度再次分析了电气化铁路产生的谐波对电力系统的影响程度，并针对谐波超标问题提出相应的措施和建议，同时也对风电场的谐波治理提出需关注的问题及建议。
1我国电气化铁路发展现状
近年来，随着电气化铁路建设速度的不断加快，截止2009年底，我国铁路营业里程已达 8.6xl04km，跃居世界第二位;复线率、电气化率分别由2002年的33.3%、25.2%提高到2009年的38.8%、41.7%，路况规模和质量均大幅提高。特别是2010年12月3日“和谐号”CRH380高速动车组列车在京沪高铁枣庄一蚌埠试验运行，充分代表了我国高速铁路的发展水平。目前我国在建的客运专线已超过5000km，规模超过目前全世界已经建成的所有高速铁路总里源于：论文范例www.7ctime.com
程。到2020年全国铁路营业里程规划目标达到 1.2xlo，km以上，电气化率达到60%以上。客运专线达到1.6*104km以上，。这充分展示了我国高速铁路广阔的发展空间和巨大的发展潜力。由于电气化铁路牵引负荷具有多变性，随机性，移动性，对电网的干扰程度在不同的时段会产生不同的影响，构成了其对电网干扰的复杂性。韶山系列交直型电力机车多采用晶闸管换流器，必然会产生谐波电流，当谐波电流通过牵引变压器注人电力系统以后，必将引发电网中的元件产生附加损耗、机械振动、噪声及过电压等。但最近几年由于交直交型电力机车的快速发展，谐波含量大幅度减少。新的铁路技术政策也明确指出我国牵引动力将在十年之内，实现由直流传动向交流传动的转变，将会使谐波含量大幅度降低，从根本上解决我国电气化铁路的谐波问题。目前，重载和高速客运专线将是我国铁路发展的重点，随着高速路网的建成，主要铁路干线将逐步实现客货分流。电气化铁路将呈现出负荷功率增大，供电能力和供电可靠性要求提高等趋势。在一段时间内，动车组的出现虽然会使谐波问题大为缓解，但高次谐波却可能因高速铁路牵引功率的增大而变得更为突出。
2基本概念
表明设备的投切对系统影响不是很大。短路比的公式也同样适用于电力机车或者风电机组接人电力系统的情况，此时分母相应为电力机车牵引变压器安装容量或风电机组的并网容量。牵引变压器安装容量与系统短路容量的基本关系，显然随着牵引变压器安装容量的不断增大，对系统的短路容量的要求也越来越大。
3含风电电力系统的特点
由于风资源的分布受地理因素的限制，风电场一般建立在电力系统的末端，多与配电网直接相连，接人电力系统的短路容量一般较小，网络结构比较薄弱。因此含风电的电力系统具有以下特点
(l)电压易波动。由于风的随机性和间歇性，风力机组的有功出力随机波动，随着风电接人容量增大，风电场从系统吸收的无功功率增多，如果系统不能提供足够的无功，接人点电压就会逐渐降低。
(2)潮流波动。由于风电机组机端的输出功率随风速的波动而变化，风电场接入时会改变电力系统中原有潮流分布和电流水平。
(3)频率波动。由于风的随机性使风电场成了不稳定的电源，特别是当风电机组频繁的投人或切除，使风电场的潮流处于一个重新分配的过程，最为严重的情况是整个风电场突然切除，造成瞬间电源和负荷失衡，引起电力系统的频率瞬时降低。
(4)存在谐波问题。风力发电机组并网引起的谐波问题主要是由风力发电机组的本身特性和辅助装置中的电力电子元件引起。
4 谐波对电网运行的影响
对于理想的干净供电系统而言，电流及电压所产生的波形都是正弦波。论文导读：管电气化铁路对电网产生的谐波一定，但其对系统的危害程度是变化的，随着系统运行方式的变化而变化，变化的幅度可能引起风电场的风机的安全稳定运行，需引起高度关注和重视。由于系统短路容量越大，系统电压损失越小。因而提出可以根据实际情况提高牵引变电站接人电力系统PCC点的电压等级。对谐波超标问题，有必要对系统的最小短路
但当电流流经负载时，由于流经负载的电流与负载所加的电压不成线性关系，这种非线性负载导致谐波的产生。理想的公用电网所提供的电压，应该具有单一、固定的频率以及在规定范围内的电压幅值。在电气化铁路中，采用晶闸管控制的交-直流型电力机车本身会产生较大的谐波电流，而高速铁路采用可关断器件构成的交-直-交流型变频驱动方式，其交流侧存在一定量的高次谐波，一般稳态情况下的总谐波电流畸变率会达到 5%左右，而在启动、爬坡、制动等调节过程中会出现大量的谐波。电气化铁路出现谐波电流和谐波电压，会使公用电网中的元件产生附加谐波损耗，从而导致发电、输电及用电设备的效率降低。另外，大量的 3 次谐波流过中性线时，会使线路过热，容易发生火灾。谐波还会引起电机的附加损耗，使电机产生机械振动、噪声和过电压，且会造成变压器局部过热，从而导致电容器、电缆等变压器设备的过热及绝缘老化，寿命缩短，以至损坏。此外，谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波得以放大，进一步增加危害，甚至引起严重事故。同时，谐波会导致继电保护和自动装置误动作，并造成电气测量仪表计量不准。
5结语
本文对简单的电力系统模型进行计算分析，指出尽管电气化铁路对电网产生的谐波一定，但其对系统的危害程度是变化的，随着系统运行方式的变化而变化，变化的幅度可能引起风电场的风机的安全稳定运行，需引起高度关注和重视。由于系统短路容量越大，系统电压损失越小。因而提出可以根据实际情况提高牵引变电站接人电力系统PCC点的电压等级。对谐波超标问题，有必要对系统的最小短路容量及其对应时刻进行统计，必要时可以适当增大系统的短路容量提前预防。特别是对于含风电的电力系统，更应该采取相同的方法提前预防，一方面风电场变电站内可以集中加装无功补偿装置来提高并网点的电压水平和电压稳定裕度;另一方面，电网公司应该加强网架建设和无功储备，增强系统之间无功电源的互补能力，以保证含风电的电力系统安全可靠运行。此外，在谐波治理方面，采用同相供电系统，也是综合解决电气化铁路谐波等电能质量问题的理想方式。
[l]张新伟，晃勤，康建东，等.电气化铁路谐波对风电场的影响[J」.四川电力技术，2011，34(l):8一12.
于坤山，周胜军，王同勋，等.电气化铁路供电与电能质量[M].1版.北京:中国电力出版社，2011:1一5.
[3]王胜伟，冯双磊，张义斌.风电场最大装机容量和电网短路容量的关系IJ].国际电力，2005，9(2):31一34.
[4]姜代鹏.并网风电场对电力系统电压稳定性影响的研究[D].镇江:江苏大学，2010:38一41.
[5]迟永宁，刘燕华，王胜伟，等.风电接人对电力系统的影响[J].电网技术，2007，31(3):78一 81.