【正文】 一路經(jīng)電路5分離出基波分量；另一路通過基波抑制電路2和量程選擇電路3及諧波選擇電路4將各次諧波分量單獨(dú)分離出來，兩路各設(shè)一個(gè)精密檢波器6。然后驅(qū)動一個(gè)100μA的電流表使其滿刻度對相應(yīng)與報(bào)警值(例如3~5%)、諧波總量達(dá)到次值時(shí)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。 諧波電壓表方框圖 輸電線路諧波諧振頻率分析方法輸電線路由于存在分布的線路電感和對地電容，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)滿足一定條件時(shí)，就可能引起線路諧振現(xiàn)象的發(fā)生，使得諧波電流以及諧波電流發(fā)生放大。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。由于諧波源主要為電流源，因此要根據(jù)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把電力系統(tǒng)的諧波電壓抑制在允許范圍內(nèi)，以保證電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。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。所以，實(shí)際上針對系統(tǒng)中的諧波，能采用的是方法2。設(shè)置諧波補(bǔ)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(shí)用的方法。① 采用無源型交流濾波裝置該裝置由電力電容器、空芯電抗器和電阻器按要求組合而成。這種方法的主要缺點(diǎn)是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)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。盡管如此，無源型交流濾波器當(dāng)前仍是補(bǔ)償諧波的最主要手段。在實(shí)際工程應(yīng)用中接線和具體結(jié)構(gòu)可以靈活多樣。雙調(diào)諧濾波器在諧振頻率附近相當(dāng)于兩個(gè)并聯(lián)的單調(diào)諧濾波器，它能同時(shí)吸收兩種頻率的諧波。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。② 采用有源電力濾波器(Active Power Filter，簡稱APF)是牽引供電系統(tǒng)諧波抑制的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。由于APF可對頻率與幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到廣泛的關(guān)注。3 鐵路牽引供電系統(tǒng) 電氣化鐵道——主要諧波源之一在電氣化鐵道中，現(xiàn)行的電力機(jī)車有傳統(tǒng)的交直型和新發(fā)展起來的交直交型兩種，以交直型為主體。交直型電力機(jī)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(jī)波動性在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)序潮流。本文將討論電氣化鐵道的高次諧波問題。使用交直型電力機(jī)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(diǎn)：(1) 單相獨(dú)立性。(2) 隨機(jī)波動性。(3) 相位廣泛分布。(4) 高壓滲透性。(5) 穩(wěn)態(tài)奇次性。 電牽引供電系統(tǒng)在進(jìn)行諧波分析和仿真研究之前，首先應(yīng)該了解研究的對象，所以，在這一章中，將對本文所研究的電牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行介紹。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。它主要由牽引變電所和牽引網(wǎng)組成。 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)。(1) 三相牽引變電所三相牽引變電所的牽引變壓器線圈采用Y／△—ll接線。線圈ac與高壓側(cè)A相線圈同相，bc與C相線圈同相。另外，兩臺變壓器并列，當(dāng)一臺變壓器停電時(shí)，供電不致中斷。(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(diǎn)是變壓器的容量利用率可達(dá)到100％。① V/V接線：V/V接線是從三相接線脫胎而來的一種特殊接線方式。變壓器高壓端仍接入電力系統(tǒng)中的三相。由于變壓器線圈電流等于饋線電流，所以后者的長期容許值就等于變壓器的額定電流，變壓器容量可以得到充分利用。必要時(shí)兩臺變壓器也可視情形選用不同的容量。但兩臺變壓器不是并列運(yùn)行。這就需要一個(gè)倒閘過程。② 單相接線：單組接線又稱簡單單相接線。 單相接線時(shí)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。牽引變電所兩邊供電分區(qū)都由同一相供電。單相接線變壓器容量利用率也可達(dá)100％。單相接線的弱點(diǎn)是不能供應(yīng)地區(qū)三相電力負(fù)載和變電所自用三相電力。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]。這種接線方式把對稱三相電壓變換成對稱二相電壓，用其一相供應(yīng)一邊供電分區(qū)，另一相供應(yīng)另一邊供電分區(qū)。原邊的匝數(shù)要求為的，、副邊匝數(shù)相同。 T接線時(shí)的原理電路圖 牽引網(wǎng)牽引網(wǎng)是由接觸網(wǎng)和軌道地回路構(gòu)成的供電網(wǎng)的總稱。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。鏈形懸掛承力索用鋼絞線GJ70。型號有P50、P43等。(1) 牽引網(wǎng)的供電方式① 一般供電方式單線區(qū)段的牽引網(wǎng)的供電可分為單邊供電和雙邊供電兩種方式，復(fù)線區(qū)段的牽引網(wǎng)又分為單邊分開供電、單邊并聯(lián)供電和雙邊紐結(jié)供電。每個(gè)接觸網(wǎng)供電分區(qū)常稱為一個(gè)供電臂。按現(xiàn)行設(shè)計(jì)，兩個(gè)牽引變電所之間毗連的供電分區(qū)屬于同相。 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。目前有效的方法有兩種：一種是在牽引網(wǎng)中架設(shè)吸流變壓器一回流線，稱為BT供電方式；另一種是在牽引網(wǎng)中采用自耦變壓器一正饋線回路，稱為AT供電方式。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。吸流變壓器是1:1的變壓器。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)。但這種方式也有缺點(diǎn)，即電力機(jī)車處于吸流變壓器附近時(shí)防護(hù)效果差。為了克服高速．大功率機(jī)車在這種電路中通過吸流變壓器分段時(shí)，在受電弓上產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧的缺點(diǎn)，后來發(fā)展了一種新的牽引網(wǎng)供電方式——AT供電方式。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(diǎn)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。正饋線沿供電分區(qū)架設(shè)，與回流線相似。 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(kuò)大了牽引變電所間隔，減少了牽引變電所的數(shù)目。最簡單。最復(fù)雜。一般一條供電臂長度在20千米左右，供電機(jī)車臺數(shù)為1—3臺。所以，電力機(jī)車實(shí)際上是整流負(fù)荷，運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生大量的諧波電流，是電力系統(tǒng)的諧波源。所以，電氣化鐵路又是電力系統(tǒng)的不對稱負(fù)荷，運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生負(fù)序電流，是電力系統(tǒng)的負(fù)序源。目前，我國電氣化鐵路上運(yùn)行的主要是國產(chǎn)韶山系列電力機(jī)車，包括SS1型、SS3型、SS4型、SS7型、SS8型等。SS3型電力機(jī)車也采用二極管整流電路，但機(jī)車變壓器調(diào)壓級位減少，且級間采用了可控硅整流電路，實(shí)現(xiàn)了平滑調(diào)壓。根據(jù)電力機(jī)車的整流特性可知，SS3型電力機(jī)車的諧波特性介于SS1型電力機(jī)車和SS4型、SS7型、SS8型電力機(jī)車之間，其諧波特性具有一定的代表性。 供電臂諧波電流合成在實(shí)際鐵路運(yùn)輸過程中，一條供電臂上可能會同時(shí)有幾臺電力機(jī)車運(yùn)行，這時(shí)注入電力系統(tǒng)的諧波電流將是這些電力機(jī)車諧波電流的合成。這樣，同一供電臂不同位置上的電力機(jī)車產(chǎn)生的諧波電流可以直接進(jìn)行合成。在圖所示的牽引供電系統(tǒng)中，當(dāng)A、B兩個(gè)供電臂同時(shí)有機(jī)車時(shí)，可以根據(jù)疊加原理先求出一臂有機(jī)車時(shí)其諧波電流在牽引變壓器低壓側(cè)繞組中的分布，然后再求出另一臂有機(jī)車時(shí)其諧波電流在牽引變壓器低壓側(cè)繞組中的分布，二者相加，就是兩個(gè)供電臂同時(shí)有機(jī)車時(shí)諧波電流在牽引變壓器低壓側(cè)繞組中的分布。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。1，K=1，2，3，…即三相6脈動整流橋產(chǎn)生113等奇次諧波電流，三相12脈動整流橋產(chǎn)生11225等奇次諧波電流。1(對于三相6脈動整流橋)或12K177。例如，對于三相6脈動整流橋，產(chǎn)生15次等非特征諧波；對于三相12脈動整流橋，產(chǎn)生17次等非特征諧波。非特征諧波電流的精確計(jì)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(jì)的方法。 牽引供電系統(tǒng)諧波電流放大當(dāng)電力機(jī)車向牽引網(wǎng)注入諧波電流時(shí)，某些次數(shù)的諧波電流將會激勵(lì)牽引網(wǎng)發(fā)生諧振，諧波電流放大即為諧振的一種表現(xiàn)形式，它將引起牽引網(wǎng)設(shè)備的絕緣損壞以及保護(hù)誤動等問題。（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(jī)車電流。、分別為在機(jī)車位置向牽引變電所方向和分所方向看去的牽引網(wǎng)阻抗。 諧波仿真我國目前運(yùn)行的主力車型是交直型電力機(jī)車，主要包括韶山系列國產(chǎn)機(jī)車進(jìn)口的SK等車型。除早期車型采用多級變壓器外，大多數(shù)機(jī)車均為多段橋式相控整流，牽引電機(jī)串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電機(jī)。采用Matlab/Simulink軟件，建立交直型電力機(jī)車的仿真平臺，利用實(shí)際機(jī)車參數(shù)，創(chuàng)建現(xiàn)有各種車型的整流電路、直流電機(jī)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]。機(jī)車采用傳統(tǒng)的直流傳動方式，牽引電機(jī)為串勵(lì)脈流牽引電動機(jī)。(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(jī)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。當(dāng)保持機(jī)車輪軸功率和機(jī)車速度不變，網(wǎng)壓改變時(shí)，諧波電流仍然主要是低次的奇次諧波。結(jié) 論隨著交直交動車組在客運(yùn)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(diǎn)，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) 本文闡述了諧波的危害、標(biāo)準(zhǔn)及各元件的等值電路諧波參數(shù)。(3) 對鐵路牽引供電中的諧波進(jìn)行了分析并用MATLAB加以仿