【正文】 裝置。1987年，鐵道科學研究院和原水利電力部聯(lián)合推出了諧波計算程序，該程序就是以測量結果為依據(jù)進行計算的。實測法需要投入大量的人力物力，周期長，通用性也不太好。但是實測法仍然必不可少，它對仿真法具有重要的參考價值，是驗證模型準確度的標準。 本課題的研究內(nèi)容與目標本文主要關注以下內(nèi)容：(1) 了解高次諧波的定義、危害、標準、參數(shù)、抑制及其測量等。(2) 了解電氣化鐵道的供電系統(tǒng)。(3) 對牽引供電系統(tǒng)高次諧波諧振運用MATLAB進行仿真。2 諧波 諧波含義國際上公認的諧波含義為:“諧波是一個周期電氣量的正弦波量，其頻率為基波頻率的整倍數(shù)”。由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)，我們也常稱它為高次諧波[2]。18世紀和19世紀的好幾位數(shù)學家，(1768～1830)，為諧波計算奠定了基礎。他提出的傅立葉分析是一種研究和分析諧波畸變的有效方法。通過傅立葉分解能夠?qū)儾ㄐ蔚母鞣N分量進行檢查，一般來說，任何周期的波形都可以被展開為傅立葉級數(shù)，即 ()式中，——一個頻率為的周期函數(shù)，其角頻率，周期——第n次諧波，它的幅值為，頻率為，相位為。 諧波特性(1) 對稱性奇對稱的特點是，展開為傅立葉級數(shù)時沒有余弦項。偶對稱的特點是，展開為傅立葉級數(shù)時沒有正弦項，只有余弦項。半波對稱的特點是，沒有直流分量且偶次諧波(2，4，6，?)被抵消。因為電力系統(tǒng)是由雙向?qū)ΨQ元件組成的，這些元件產(chǎn)生的電壓和電流具有半波對稱性。(2) 相序性在一個三相對稱平衡系統(tǒng)中，單頻率諧波分量只能是完全正序的，或完全負序的，或完全零序的。基波和四次、七次、…諧波是正序的。二次、五次、八次、…諧波是負序的。三倍諧波(三次、六次、九次、…)是零序的。這里指出兩點：如果存在諧波，則無論系統(tǒng)是否平衡，都存在零序和負序電流。由于平衡的三倍諧波電流是零序，因此不能流入三角形連接電路中或中性點不接地的星形連接電路中。(3) 獨立性平衡電力系統(tǒng)的線性網(wǎng)絡對不同諧波的響應是相互獨立的。這一特性使得我們可以將各次諧波分別來處理。也就是，對各次諧波分別建立等效電路(在頻率域)并求解電流和電壓?？傢憫偷扔谠跁r域上將所有諧波分量相加來得到。 高次諧波危害系統(tǒng)發(fā)生諧振后，諧波電流和諧波電壓可能成倍增大，產(chǎn)生過電壓和過電流，危害設備安全運行。諧波諧振的危害可總結為以下幾點：(1) 電流和電壓諧波會增加變壓器的銅耗和鐵耗，結果是變壓器溫度上升，影響絕緣能力，造成容量裕度減小。諧波還能產(chǎn)生共振及噪聲。諧波電壓回事變壓器激磁電流增大，效率變化，并惡化其功率因數(shù)。(2) 當高次諧波產(chǎn)生時，由于頻率增大，電容器阻抗瞬間減小，涌入大量電流，導致電容器過熱，甚至損壞，還可能產(chǎn)生振動和噪聲。(3) 由于諧波電流使開關設備在啟動瞬間產(chǎn)生很高的電流變化率，使暫態(tài)恢復峰值電壓增大，破壞絕緣，還會引起開關跳閘，引起誤動作。(4) 電力電子設備通?？烤_電源零交叉原理或電壓波形的形態(tài)來控制和操作，若電壓有諧波成分時，零交叉移動，波形改變，易造成許多誤動作。(5) 高次諧波還會對電腦、通信設備即音響設備、載波遙控設備等干擾，事通信中斷，產(chǎn)生雜訊，甚至產(chǎn)生誤動作，另外還會對照明設備產(chǎn)生影響。 畸變波形的度量指標(1) 畸變波形的有效值周期性電壓和電流的瞬時值都隨時間而變，在工程實際應用中常采用有效值這個數(shù)字特征量來衡量電流和電壓的大小。以周期電流i(t)為例，它的有效值定義為 ()在頻域分析中，畸變的周期性電壓和電流分解成傅里葉級數(shù) () ()式中，——基波的角頻率； 、——（）第n次諧波電壓和電流的有效值； n——諧波次數(shù)，必須為正整數(shù)。 ()由此可見，非正弦周期性電流的有效值，等于其各次諧波電流有效值的平方和的平方根值。所以，非正弦量的有效值只與其所含各次諧波分量的有效值的大小有關，而與它們的相位無關。電壓有效值有相同的定義和形式 （）(2) 諧波含有率電壓畸變波形的第n次諧波電壓含有率等于其第n次諧波電壓方均根值與其基波電壓方均根值的百分比 ()電流畸變波形的第n次諧波電流含有率等于其第n次諧波電流方均根值與其基波電流方均根值的百分比 （）實際工作中常以頻譜(幅頻特性)來表示諧波含有率。(3) 總諧波畸變率波形畸變的程度，常以其總諧波畸變率來表示，作為衡量電能質(zhì)量的一個指標。各次諧波含有率的平方和的平方根值稱為總諧波畸變率THD(Toatl Harmonic Distortion)，簡稱畸變率DF(Distortion Factor)。電壓的總諧波畸變率 （）式中為常用基波電壓的有效值，但有的用額定電壓來代替。許多國家規(guī)定低壓供電電壓的畸變率不得超過5%，通常將符合這種標準工業(yè)供電的電壓波形，近似認為是實際上的正弦波行。電流的總諧波畸變率 （） 諧波標準由于電網(wǎng)中的諧波電壓和電流會對電網(wǎng)本身和用電設備造成很大的危害，所以必須限制諧波電流流入電網(wǎng)和控制諧波電壓在允許的范圍內(nèi)，以保證供電質(zhì)量。世界許多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標準，或由權威機構制定限制諧波的規(guī)定。 國外諧波標準(1) 諧波電壓標準限制正弦波形的畸變均采用電壓總諧波畸變率(%)和各次諧波電壓含有率(%)兩個指標。各標準中各級電網(wǎng)的諧波電壓允許值與電網(wǎng)的電壓等級有關，有的國家還對配電系統(tǒng)與輸電系統(tǒng)分開對待。各級電網(wǎng)的限制均由低壓電網(wǎng)經(jīng)中壓電網(wǎng)到高壓電網(wǎng)逐級減小，在電網(wǎng)正常運行方式下，并把國際大電網(wǎng)會議推薦的“低值”作為電網(wǎng)諧波正常水平的限制值。各國規(guī)定的限制各級電壓電網(wǎng)電壓波形畸變率是非常接近的，電壓總諧波畸變率大致如下低壓電網(wǎng)(KV):＝4%~5%中壓電網(wǎng)(~72kV):＝%~5%高壓電網(wǎng)(84kV及以上):＝l%~%其中，低壓電網(wǎng)的諧波電壓允許值是諧波標準的基礎限值。中、高壓各級電網(wǎng)的諧波電壓限值，首先應保證低壓電網(wǎng)的諧波電壓不超過允許值，同時應保證本級電網(wǎng)及其設備如繼電保護、電容補償?shù)鹊陌踩煽窟\行[3]。(2) 諧波電流標準諧波電壓是諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生的電壓降。在電網(wǎng)連接點的諧波電壓，可能是一個諧波源的諧波電流造成，也可能是多個諧波源的諧波電流造成。因此，要限制系統(tǒng)的諧波電壓，就必須限制諧波源用戶注入的諧波電流。諧波電流的限制是根據(jù)保證系統(tǒng)電能質(zhì)量、把諧波電壓限制到允許范圍以內(nèi)的基本要求所確定的。根據(jù)不同情況和要求，再考慮到管理上的方便，可采取多種形式和方法，主要有：① 規(guī)定換流器或交流調(diào)壓器諧波源不經(jīng)計算即可接入電網(wǎng)的允許容量；② 規(guī)定每個用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值；③ 如國際大電網(wǎng)會議提出的建議?？鄢弦患夒娋W(wǎng)傳到本級電網(wǎng)的諧波電壓后，剩余的諧波電壓即為本級電網(wǎng)對其全部用能承擔的全部諧波能力，再按每個用戶接入本級電網(wǎng)取用的供電容量額，計算該用戶允許注入電網(wǎng)的諧波電流。 我國諧波標準我國諧波國家標準GB/T14549．93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》是國家技術監(jiān)督局于1993年7月31日發(fā)布，1994年3月1日起實施的。制定諧波國家標準的目的是把公用電網(wǎng)的諧波量控制在允許范圍內(nèi)，以保證供電電能質(zhì)量，防止諧波對電網(wǎng)和用戶的各種電氣設備造成危害，保證電網(wǎng)及用戶安全經(jīng)濟運行。標準適用的范圍是交流50Hz、1IOkV及以下的公用電網(wǎng)及其供電的電力用戶。對于220kV電網(wǎng)及其供電的電力用戶，可參照標準對110kV電網(wǎng)的規(guī)定執(zhí)行。(1) 諧波電壓標準 公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值電網(wǎng)標稱電壓/kv電壓總諧波畸變率/%各次諧波電壓含有率/%奇次偶次5641043536631102對于不同電壓等級的公用電網(wǎng)，允許電壓諧波畸變率也不相同。電壓等級越離，諧波限制越嚴格。另外，對偶次諧波的限制也要嚴于對奇次諧波的限制。，同時為保證大量而普遍存在的低壓電動機、并聯(lián)電容器的安全運行，保證計算機的正常工作和符合保護及遠動裝置對電源諧波的要求，其電壓總諧波畸變率確定為5%。(2) 諧波電流標準 注入公共連接點的諧波電流允許值標稱電壓(KV)基準短路容量(MVA)諧波次數(shù)及諧波電流允許值(A)2345678910786239622644192161004334213414241111101002620132015352501512126650016131310075012標稱電壓(KV)基準短路容量(MVA)諧波次數(shù)及諧波電流允許值(A)101112131415161710162813241112186100161310101003525066500100750標稱電壓(KV)基準短路容量(MVA)諧波次數(shù)及諧波電流允許值(A)1819202122232425101614126100101003525066500100750