【正文】 (3) 對鐵路牽引供電中的諧波進(jìn)行了分析并用MATLAB加以仿真。結(jié) 論隨著交直交動車組在客運專線上的大量采用，牽引供電系統(tǒng)的中諧波特性呈現(xiàn)出了許多新的特點，即在低頻帶的諧波大大減少甚至消除，而高頻帶的諧波問題卻凸顯出來。(1) 第一橋段 第一橋段仿真模型 第一橋段諧波仿真電壓波形(2) 第二橋段 第二橋段仿真模型 第二橋段諧波仿真電壓波形(3) 第三橋段 第三橋段仿真模型 第三橋段諧波仿真電壓波形SS4G型電力機車網(wǎng)側(cè)電流中主要含有低次的奇次諧波，尤以3次和5次諧波含量最高。采用Matlab/Simulink軟件，建立交直型電力機車的仿真平臺，利用實際機車參數(shù)，創(chuàng)建現(xiàn)有各種車型的整流電路、直流電機和牽引控制系統(tǒng)的仿真模型，過仿真分析各種工況下不同車型的的諧波特性[10]。 諧波仿真我國目前運行的主力車型是交直型電力機車，主要包括韶山系列國產(chǎn)機車進(jìn)口的SK等車型。（a） 牽引供電系統(tǒng)原理圖（b） 等值電路圖 牽引供電系統(tǒng)原理圖及其等值電路 () （） （）其中:為機車電流。非特征諧波電流的精確計算一般是不可能的，而且許多因素和參數(shù)難以確定，所以非特征諧波一般采用估計的方法。1(對于三相6脈動整流橋)或12K177。通過整流過程分析可知，三相6脈動和三相12脈動整流橋產(chǎn)生的特征諧波電流次數(shù)分別為：6脈動n=6K177。這樣，同一供電臂不同位置上的電力機車產(chǎn)生的諧波電流可以直接進(jìn)行合成。根據(jù)電力機車的整流特性可知，SS3型電力機車的諧波特性介于SS1型電力機車和SS4型、SS7型、SS8型電力機車之間，其諧波特性具有一定的代表性。目前，我國電氣化鐵路上運行的主要是國產(chǎn)韶山系列電力機車，包括SS1型、SS3型、SS4型、SS7型、SS8型等。所以，電力機車實際上是整流負(fù)荷，運行時將產(chǎn)生大量的諧波電流，是電力系統(tǒng)的諧波源。最復(fù)雜。 AT牽引網(wǎng)的原理圖AT牽引網(wǎng)不僅能防止接觸網(wǎng)上的諧波對電氣化鐵路沿線的通信系統(tǒng)造成干擾，還大大降低了牽引網(wǎng)中的電壓損失，從而擴大了牽引變電所間隔，減少了牽引變電所的數(shù)目。AT表示自耦變壓器，變比為2：l，其一端接入接觸網(wǎng)1，中點接入鋼軌2，另一端接入正饋線3，將50KV交流電變換為25KV交流電。為了克服高速．大功率機車在這種電路中通過吸流變壓器分段時，在受電弓上產(chǎn)生強烈電弧的缺點，后來發(fā)展了一種新的牽引網(wǎng)供電方式——AT供電方式。這種裝置的防護(hù)作用在于：它把本來是尺寸很大的接觸網(wǎng)一軌道大地回路(返回電流經(jīng)軌道和大地流回的回路)，改變成尺寸相對很小的接觸網(wǎng)一回流線回路(返回電流經(jīng)回流線流回的回路)。吸流變壓器設(shè)在分段的中央，其原邊串入接觸網(wǎng)l，副邊串入沿鐵路架設(shè)的回流線3。 線區(qū)段牽引網(wǎng)的單邊供電原理圖② 兩種改進(jìn)的供電方式交流牽引網(wǎng)的高壓電場和交變磁場會對沿線通信線產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，從而對周邊的通信線路造成干擾，降低通信質(zhì)量。每個接觸網(wǎng)供電分區(qū)常稱為一個供電臂。型號有P50、P43等。電氣化鐵道的接觸網(wǎng)常采用架空式單鏈形懸掛或采用簡單懸掛。原邊的匝數(shù)要求為的，、副邊匝數(shù)相同。所以這種接線只適用于電力網(wǎng)比較發(fā)達(dá)，三相電力可以可靠地由地方電網(wǎng)得到供應(yīng)的場合[8]。單相接線變壓器容量利用率也可達(dá)100％。 單相接線時的原理電路圖變壓器高壓端只接入三相電力系統(tǒng)中的兩相。這就需要一個倒閘過程。必要時兩臺變壓器也可視情形選用不同的容量。變壓器高壓端仍接入電力系統(tǒng)中的三相。(2) 單相牽引變電所同三相牽引變電所比較，單相牽引變電所的突出優(yōu)點是變壓器的容量利用率可達(dá)到100％。線圈ac與高壓側(cè)A相線圈同相，bc與C相線圈同相。 牽引變電所牽引變電所由電力系統(tǒng)110KV網(wǎng)以雙電源方式供電，并供給牽引網(wǎng)。我國的干線電氣化鐵道均采用單相工頻交流制，額定電壓為25KV。(5) 穩(wěn)態(tài)奇次性。(3) 相位廣泛分布。使用交直型電力機車的電氣化鐵道產(chǎn)生的諧波與其他非線性負(fù)荷的諧波相比具有以下特點：(1) 單相獨立性。交直型電力機車的牽引負(fù)荷是單相整流非線性的，其功率因數(shù)偏低，含有較豐富的奇次諧波，還因牽引變電所接線方式和兩饋線負(fù)荷的隨機波動性在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)序潮流。由于APF可對頻率與幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補償且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到廣泛的關(guān)注。其中二階減幅型的基波損耗較小，結(jié)構(gòu)簡單，且具有較好的阻抗頻率特性，故工程中用得最多。在實際工程應(yīng)用中接線和具體結(jié)構(gòu)可以靈活多樣。這種方法的主要缺點是補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使濾波器過載甚至燒毀。設(shè)置諧波補償裝置就是采用交流濾波器就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，這是抑制諧波污染的一種有效措施，也是迄今為止對諧波進(jìn)行抑制的一種比較實用的方法。比如：增加換流裝置的脈波數(shù)，可以減少特征諧波的組成成分并提高最低次特征諧波的次數(shù)，從而使諧波含量減少。這樣描述系統(tǒng)的方法稱為狀態(tài)變量分析法，其中和稱為串聯(lián)諧振電路的狀態(tài)變量。然后驅(qū)動一個100μA的電流表使其滿刻度對相應(yīng)與報警值(例如3~5%)、諧波總量達(dá)到次值時給出警號，并有一電子鎖定電路將電表指針固定在滿標(biāo)處，等待手動復(fù)位。 諧波測量(1) 諧波測量器的形式 諧波測量器的形式形式原理特點失真度計式抑制基波得到總諧波有效值，指示后者與基波有效值之比測總諧波幅值度并可連續(xù)記錄外差選頻式用外差原理分別選測某次諧波不能同時測各次諧波分量帶通選頻式采用多個窄帶濾波器逐次選出各次諧波分量多次諧波分量可連續(xù)測量或記錄采樣數(shù)字式對待測號采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換并離散化，然后用計算機處理可打印出各次諧波的幅值和相位(2) 測諧波電流的原理方框圖 測量諧波電流的原理性方框圖，來自電流互感器副的電流i經(jīng)輸入電路1轉(zhuǎn)換為與i成比例的電壓，由方框5選出基波電流分量經(jīng)檢波器6在顯示器7上展示出的幅值。輸電線路的電容和電感值可認(rèn)為是不隨所加的交流電頻率而變的常量。在高次諧波下，輸電線路的分布參數(shù)特性較明顯。 輸電線路輸電線路是具有均勻分布參數(shù)的的電路，經(jīng)過完全換位的輸電線路可看作是三相對稱的。從而其電抗值是相應(yīng)基波電抗與諧波次數(shù)的乘積，即 ()式中，——變壓器在基波時的相應(yīng)序電抗，由該次諧波的序特性確定顯然，當(dāng)高次諧波具有零序特性時，其電抗即是零序電抗，它與變壓器的接線方式有關(guān)，即此支路可能是聯(lián)系變壓器兩側(cè)的支路，也可能是連接其中一側(cè)與中線(地)支路，而與另一側(cè)無關(guān)。在較粗略計算時也可忽略它的作用。如果這是個等值發(fā)電機，即它是包含有線路、變壓器及負(fù)荷等元件的綜合等值發(fā)電機，可按其阻抗角為估計。在基波計算時，通常均按發(fā)電機阻抗為純電抗計算。零序電流一般不會進(jìn)入發(fā)電機，當(dāng)它進(jìn)入發(fā)電機時在定子中產(chǎn)生的三相合成磁通為零，因而發(fā)電機的高次諧波零序電抗等于基波時的零序電抗與該次諧波次數(shù)n倍的乘積。一般的諧波分析的建模是非常困難的，影響系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的參數(shù)很多。 電力系統(tǒng)各元件等值電路的諧波參數(shù)諧波研究的目的在于計算母線諧波電壓，支路諧波電流，電壓和電流總諧波畸變率，以及找出諧振條件。電壓等級越離，諧波限制越嚴(yán)格。制定諧波國家標(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(shè)備造成危害，保證電網(wǎng)及用戶安全經(jīng)濟運行。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。中、高壓各級電網(wǎng)的諧波電壓限值，首先應(yīng)保證低壓電網(wǎng)的諧波電壓不超過允許值，同時應(yīng)保證本級電網(wǎng)及其設(shè)備如繼電保護(hù)、電容補償?shù)鹊陌踩煽窟\行[3]。 國外諧波標(biāo)準(zhǔn)(1) 諧波電壓標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)。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。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(guān)，而與它們的相位無關(guān)。(5) 高次諧波還會對電腦、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)生誤動作，另外還會對照明設(shè)備產(chǎn)生影響。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)?？傢憫?yīng)就等于在時域上將所有諧波分量相加來得到。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?；ê退拇?、七次、…諧波是正序的。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。18世紀(jì)和19世紀(jì)的好幾位數(shù)學(xué)家，(1768～1830)，為諧波計算奠定了基礎(chǔ)。(2) 了解電氣化鐵道的供電系統(tǒng)。1987年，鐵道科學(xué)研究院和原水利電力部聯(lián)合推出了諧波計算程序，該程序就是以測量結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行計算的。在對電力機車主電路及控制系統(tǒng)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，建立其數(shù)學(xué)模型，通過軟件仿真的方法可分析機車的電能質(zhì)量特征。鐵路牽引供電諧波問題自提出以來，就受到了許多國家鐵路部門和電力部門的重視。電力機車作為諧波含量豐富的特殊諧波源，其向牽引供電系統(tǒng)中注入大量諧波電流，牽引供電系統(tǒng)成為最直接的諧波電流源激勵對象，也最有可能因為諧波諧振造成設(shè)備損害。隨著鐵路大提速以及客運專線的建設(shè)，交—直—交型的交流傳動機車在我國大量采用，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)仍然會存在一定量的高次諧波，在機車啟動、爬坡、制動等調(diào)節(jié)過程中諧波含量還會增大。到2007年底，我國電氣化鐵路里程已突破29470公里，%，電氣化總里程位于世界第二位。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振時，會形成較大的過電壓和過電流，危害牽引變電所和電力機車等的絕緣設(shè)備，影響系統(tǒng)安全運行。這主要是因為在電氣化鐵道上行駛的電