【正文】 聯(lián)諧振的原理構(gòu)成。APF的基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流中僅含有基波分量。隨著運(yùn)營(yíng)能力和各類負(fù)荷的增加，作為高壓?jiǎn)蜗喾蔷€性負(fù)載的電氣化鐵道，已成為引起電力系統(tǒng)諧波污染的主要諧波源之一。電氣化鐵道是為數(shù)不多的高壓用戶，其任一次諧波都通過(guò)高壓系統(tǒng)向全網(wǎng)滲透，不受變壓器接線方式的阻礙。下面將分別介紹牽引變電所和牽引網(wǎng)的情況[7]。采用三相變壓器供應(yīng)單相牽引負(fù)載也有缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為變壓器容量不能得到充分利用及高壓側(cè)負(fù)荷不平衡等。 V/V接線時(shí)的原理電路圖v／v接線的單相牽引變電所一般采用容量相同的兩臺(tái)變壓器。兩臺(tái)變壓器并列，接線完全相同。另外，單相接線負(fù)序電流也較大。牽引電流經(jīng)由接觸網(wǎng)供給電力機(jī)車，然后沿軌道和大地流回牽引變電所。我國(guó)電氣化單線區(qū)段牽引網(wǎng)普遍采用單邊供電方式，即接觸網(wǎng)供電分區(qū)由牽引變電所從一邊供電。BT供電方式牽引網(wǎng)中架設(shè)吸流變壓器一回流線，可使?fàn)恳娏餮鼗亓骶€流回牽引變電所而不經(jīng)由軌道和大地，其原理可示于圖。 牽引網(wǎng)BT供電方式的原理圖AT供電方式在實(shí)行交流電氣化的前期，在牽引網(wǎng)中普遍應(yīng)用了BT供電方式。自耦變壓器為低阻抗變壓器，即低漏磁變壓器，其具有漏磁低，相應(yīng)渦流損耗、結(jié)構(gòu)損耗低，空載電流小，無(wú)功損耗低，體積小，重量輕，節(jié)省材料等特點(diǎn)。電力機(jī)車為了調(diào)速方便，一般采用直流電動(dòng)機(jī)，但向機(jī)車供電的供電臂提供的是交流電，因此電力機(jī)車上需要整流裝置，把交流電轉(zhuǎn)換為直流電。SS4型以后的電力機(jī)車一般采用多段橋式可控整流電流，完全實(shí)現(xiàn)了平滑調(diào)壓。忽略變壓器勵(lì)磁支路的分流，則根據(jù)牽引變壓器的變比，可計(jì)算出注入電力系統(tǒng)的諧波電流，即 () () () 整流負(fù)荷諧波源模型工礦企業(yè)的大中容量整流負(fù)荷廣泛采用三相6脈動(dòng)和三相12脈動(dòng)整流橋，由于整流器的非線性而產(chǎn)生諧波。非特征諧波是由于整流設(shè)備控制角不均勻、供電電壓不平衡、系統(tǒng)三相阻抗不對(duì)稱、負(fù)荷波動(dòng)等因素引起的，其諧波次數(shù)不能像特征諧波那樣由脈動(dòng)數(shù)決定。影響牽引供電系統(tǒng)諧波諧振點(diǎn)的主要因素有牽引網(wǎng)的單位長(zhǎng)阻抗和導(dǎo)納、牽引網(wǎng)長(zhǎng)度、機(jī)車位置、牽引變電所等值阻抗，當(dāng)機(jī)車向牽引網(wǎng)注入的諧波頻率等于或接近于牽引網(wǎng)的諧振點(diǎn)時(shí)就可能引起系統(tǒng)發(fā)生諧振。將牽引電動(dòng)機(jī)和平波電抗器組成的負(fù)載回路等效為一個(gè)電阻R、電感L和等效直流電壓E組成的串聯(lián)支路。(2) 本文粗略介紹了牽引供電系統(tǒng)。對(duì)于牽引供電系統(tǒng)中高頻帶的諧波對(duì)系統(tǒng)的影響目前研究較少，而現(xiàn)場(chǎng)中高頻帶諧波確實(shí)對(duì)系統(tǒng)造成了一定危害，故本文對(duì)牽引供電系統(tǒng)中的諧波引起的諧波電流放大進(jìn)行了仿真分析。以韶山4型機(jī)車為例，主電路采用大功率晶閘管與二極管組成的不對(duì)稱半控橋式整流電路(不等分三繞組，三段半控橋式整流調(diào)壓電路)。、分別為流向牽引變電所(SS)方向和分區(qū)所（SP）方向的牽引網(wǎng)電流。1(對(duì)于三相12脈動(dòng)整流橋)次的諧波電流。對(duì)于每一次諧波而言，它們均為正弦量，都可以用相量的形式表示出來(lái)，例如：A供電臂上第i臺(tái)機(jī)車的第n次諧波電流可以表示為 ()在圖中，設(shè)A供電臂上有N臺(tái)電力機(jī)車，則A供電臂上總的第n次諧波電流為 ()同理，B供電臂上總的第n次諧波電流為 () 牽引負(fù)荷注入系統(tǒng)的諧波電流牽引負(fù)荷是單相負(fù)荷，它注入系統(tǒng)的諧波電流在三相的分布是不對(duì)稱的，因此，必須分別計(jì)算每一相的諧波電流。SS1型電力機(jī)車采用二極管整流電路，通過(guò)調(diào)整機(jī)車變壓器的分接頭進(jìn)行電壓調(diào)整，以改變機(jī)車行駛速度。牽引網(wǎng)電壓水平較好較差最好牽引網(wǎng)電能損失~5%7~8%2~3%防干擾特性最差良好良好維護(hù)管理最少較多最多牽引網(wǎng)造價(jià)最少較大最大4 鐵路牽引供電系統(tǒng)諧波分析我國(guó)電氣化鐵路大多采用所謂的“BT”供電方式，來(lái)自電力系統(tǒng)的電源一般是100KV或220KV輸電線路。電力機(jī)車負(fù)荷接在接觸線和鋼軌之間，由25kV電壓供電。這樣就極大地減弱了周圍的磁場(chǎng)，從而使?fàn)恳娏髟卩徑耐ㄐ啪€中的影響大大減弱。對(duì)通信線的防護(hù)，可以采用將通信線遷移或改用屏蔽電纜的方法，但在通信線甚多的地區(qū)，由于通信改造投資過(guò)大，適宜采用治本的方法，從牽引網(wǎng)本身中采取措施。長(zhǎng)鋼軌每根長(zhǎng)25m。這種三相一兩相接線式變壓器的突出優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)兩個(gè)供電臂上的饋線電流相等時(shí)，一次側(cè)的三相電流對(duì)稱，從而大為降低了三相系統(tǒng)的不對(duì)稱狀態(tài)。且由于兩臺(tái)變壓器并列，供電可靠性比V/V接線牽引變電所提高。此時(shí)，地區(qū)三相電力供應(yīng)中斷，變電所三相自用電必須改由劈相機(jī)或單一三相自用變壓器來(lái)承擔(dān)。左邊供電分區(qū)的牽引網(wǎng)由bc相供電，右邊由ca相供電。三相牽引變電所的優(yōu)點(diǎn)是變壓器牽引側(cè)保持三相，因而有利于供應(yīng)牽引變電所三相自用電和地區(qū)三相電力。完成對(duì)電力機(jī)車供電的屬于鐵路部門管轄的裝置稱為電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為電牽引供電系統(tǒng)。諧波向量可在復(fù)平面4個(gè)象限上廣泛分布。因此，在目前電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行綜合治理的過(guò)程中，有效進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償、減少負(fù)序電流的影響以及抑制諧波已成為研究和應(yīng)用的三個(gè)重要技術(shù)課題。C型濾波器可用來(lái)補(bǔ)償較低次諧波，具有較寬的頻帶，而基波損耗也小。此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果也不甚理想。但是，高脈波數(shù)的換流裝置一般只在容量較小的用電設(shè)備中使用，這是因?yàn)椋绻捎幂^高的脈波數(shù)，則為了得到相應(yīng)的換相電壓，換流變壓器的結(jié)構(gòu)和接線將非常復(fù)雜，對(duì)于高電壓、大容量的換流裝置來(lái)說(shuō)，不但增加了設(shè)備制造的困難而且增大了投資，通常是不經(jīng)濟(jì)的。整流電路的時(shí)間常數(shù)約為1s，如此可避免短時(shí)失常所引起的誤動(dòng)作[5]。正常運(yùn)行時(shí)，線路的電導(dǎo)可以忽略，因而線路單位長(zhǎng)度導(dǎo)納可表示為 ()式中，——基波時(shí)的線路單位長(zhǎng)度電納值。在潮流計(jì)算中，通常以集中參數(shù)的型電路表示。在高次諧波作用下，變壓器繞組間及繞組中匝間的電容將起作用，但在所考慮諧波次數(shù)不太高時(shí)，可忽略不計(jì)，因而其等值電路為一連接原副邊節(jié)點(diǎn)的阻抗支路。在諧波計(jì)算中，一般沒(méi)有有功負(fù)荷或只有很小的數(shù)值。然而，確定影響頻率響應(yīng)的最重要的系統(tǒng)特性是很有價(jià)值的。另外，對(duì)偶次諧波的限制也要嚴(yán)于對(duì)奇次諧波的限制。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(jì)算即可接入電網(wǎng)的允許容量；② 規(guī)定每個(gè)用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值；③ 如國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議提出的建議。各標(biāo)準(zhǔn)中各級(jí)電網(wǎng)的諧波電壓允許值與電網(wǎng)的電壓等級(jí)有關(guān)，有的國(guó)家還對(duì)配電系統(tǒng)與輸電系統(tǒng)分開對(duì)待。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(shí)際工作中常以頻譜(幅頻特性)來(lái)表示諧波含有率。(2) 當(dāng)高次諧波產(chǎn)生時(shí)，由于頻率增大，電容器阻抗瞬間減小，涌入大量電流，導(dǎo)致電容器過(guò)熱，甚至損壞，還可能產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。(3) 獨(dú)立性平衡電力系統(tǒng)的線性網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同諧波的響應(yīng)是相互獨(dú)立的。半波對(duì)稱的特點(diǎn)是，沒(méi)有直流分量且偶次諧波(2，4，6，?)被抵消。(3) 對(duì)牽引供電系統(tǒng)高次諧波諧振運(yùn)用MATLAB進(jìn)行仿真。山西電科院、西南交通大學(xué)、北京交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和華北電力大學(xué)的研究人員對(duì)此進(jìn)行了長(zhǎng)期研究。諧波諧振在牽引供電系統(tǒng)中引起的最直接表現(xiàn)是諧波電流的成倍增大，由于系統(tǒng)諧振導(dǎo)致牽引變電所及分區(qū)所諧波電流嚴(yán)重放大，致使母線電壓升高，造成事故的案例己有發(fā)生。根據(jù)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃》(2008年調(diào)整)，到2020年我國(guó)鐵路總里程將達(dá)120000公里，其中電氣化鐵路72000公里，主要干線鐵路都將實(shí)現(xiàn)電氣化，鐵路電氣化率約為60%，承擔(dān)80%以上的運(yùn)量。由于功率大，分布廣，而且三相不對(duì)稱，在其運(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，并將在接觸網(wǎng)上激發(fā)起沿線分布的高次電壓和電流諧波，它們對(duì)電氣化鐵道沿線的通信系統(tǒng)會(huì)造成嚴(yán)重的干擾。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振時(shí)，會(huì)形成較大的過(guò)電壓和過(guò)電流，危害牽引變電所和電力機(jī)車等的絕緣設(shè)備，影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。隨著鐵路大提速以及客運(yùn)專線的建設(shè)，交—直—交型的交流傳動(dòng)機(jī)車在我國(guó)大量采用，其功率因數(shù)較高，注入系統(tǒng)的諧波電流較小，但其交流側(cè)仍然會(huì)存在一定量的高次諧波，在機(jī)車啟動(dòng)、爬坡、制動(dòng)等調(diào)節(jié)過(guò)程中諧波含量還會(huì)增大。鐵路牽引供電諧波問(wèn)題自提出以來(lái)，就受到了許多國(guó)家鐵路部門和電力部門的重視。1987年，鐵道科學(xué)研究院和原水利電力部聯(lián)合推出了諧波計(jì)算程序，該程序就是以測(cè)量結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算的。18世紀(jì)和19世紀(jì)的好幾位數(shù)學(xué)家，(1768～1830)，為諧波計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。基波和四次、七次、…諧波是正序的?？傢憫?yīng)就等于在時(shí)域上將所有諧波分量相加來(lái)得到。(5) 高次諧波還會(huì)對(duì)電腦、通信設(shè)備即音響設(shè)備、載波遙控設(shè)備等干擾，事通信中斷，產(chǎn)生雜訊，甚至產(chǎn)生誤動(dòng)作，另外還會(huì)對(duì)照明設(shè)備產(chǎn)生影響。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(lái)代替。中、高壓各級(jí)電網(wǎng)的諧波電壓限值，首先應(yīng)保證低壓電網(wǎng)的諧波電壓不超過(guò)允許值，同時(shí)應(yīng)保證本級(jí)電網(wǎng)及其設(shè)備如繼電保護(hù)、電容補(bǔ)償?shù)鹊陌踩煽窟\(yùn)行[3]。制定諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的目的是把公用電網(wǎng)的諧波量控制在允許范圍內(nèi)，以