瞬时无功功率理念下混合式电力滤波器研究

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1、瞬时无功功率理念下混合式电力滤波器研究第一章绪论1.1课题的背景2006年，浙赣线电气化改造工程竣工，我国已建成开通49条电气化铁路，标志着我国电气化铁路里程已突破24000千米，成为继俄罗斯之后世界第二大电气化铁路国家，我国铁路电气化率已达到27%，承担铁路总运量的43%。预计到2010年底，电气化铁路的总里程将达到全国铁路总里程的一半，承担铁路运量的比重将达到80%。到那时，我国的电气化铁路不论在技术装备和里程长度上，还是在所承担的客货运输量上都将跨入世界先进行列。电气化铁路以其高速、节约初级能源、重负荷能力的优点，越来越广泛地服务

2、于中国的交通运输业，成为国民经济的大动脉、国家的重要基础设施和大众化交通工具。我国电气化铁道供电系统主要由牵引变电所和牵引网两大部分组成。牵引变电所一方面按不对称方式从三相电力系统（110kV）取得电能；另一方面，经牵引变电所降压为27.5kV或55kV后，向接触网和电力机车供电。牵引网部分主要包括馈电线、接触网、轨道、大地以及回流线，其主要功能就是将变电所的电能输送到电力机车，并且把轨道、大地中的牵引回流电流导入牵引变电所的主变压器。工频交流整流器式电力机车（即交直传动机车）是我国目前广泛使用的电力机车。这种交直型电力机车属于波动性的

3、大功率整流负荷，其特点是具有非线性、不对称性、稳态奇次性以及不稳定性。机车是一个典型的谐波源，在运行中产生大量谐波，供电臂上的谐波电流畸变率高达25%~30%，而且同一供电臂上经常运行2台或3台机车，其谐波电流幅值很大，谐波大量流入电力系统，会引起三相电力系统不对称运行，给电力系统及其用户带来严重危害；同时，由于牵引电机电抗器的存在，以及相控整流的结果，使得机车电流滞后于牵引网电压，机车的功率因数比较低，一般在0.8~0.85之间。高次谐波电流流入电网，将严重影响电力系统的电能质量，严重时造成电力系统运行事故和设备的损坏。其危害主要有以

4、下几点：(1)容易引起电网局部并联或串联谐振。在牵引变电所附近，并联和串联谐振的比例明显高于其它地方，从而造成谐波放大，使其他方面的危害大大增加，甚至引起事故；(2)对电网输电设备的影响。谐波电流流经牵引变压器，会产生谐波电压降，高次谐波电压、电流会引起变压器的附加铁损和铜损，使变压器容量减小，效率降低。另外谐波电流还可能使电力线路和旋转电机上的附加损耗增大，引起过热，缩短绝缘寿命，降低设备容量的利用率和功率因数；(3)容易引起继电保护装置误动作。谐波对继电器的运行有明显影响，可使其动作特性发生较大改变，导致其频繁起动，或发生误动或拒动

5、；(4)对计量仪表产生影响。测量仪表是在纯正弦波情况下进行校验的，如果供电的波形发生畸变，计量仪表的测量误差将随着频率的升高而逐步增大；(5)对邻近通讯系统产生干扰。谐波对通信线路的干扰，一般通过电磁感应、传导耦合及静电感应这三种方式施加到通信线路上，轻者产生噪声，使通信质量降低；重则导致信息丢失，造成通信系统无法正常工作。电气化铁道严重的谐波污染已经严重影响着电力系统安全、经济、可靠运行。对于电力系统而言，电气化铁道属于大宗工业用户，因此，电气化铁道的谐波问题引起了电力部门的高度重视。1997年，电力工业部发出了关于加强电气化铁道谐波

6、治理工作的通知。通知要求今后凡是新建电铁工程必须有谐波治理措施。随着我国电力市场运作的日渐规范，电力部门采用新的计量标准，并充分利用经济杠杆对电网谐波进行更加严格的管理。因此，目前在对电气化铁道牵引供电系统进行综合治理的过程中，抑制谐波以及有效进行无功补偿、减少负序电流的影响已成为研究和应用的重要课题；同时，这些问题的有效解决也是提高牵引供电质量，促进铁路发展的必由之路。1.2课题的研究现状及发展前景电气化铁道谐波及无功治理方法大致可分为两种。一种是对谐波源进行改造，就是设法使电力机车少产生或不产生谐波，目前较成熟的办法有：使用交-交型

7、或交-直-交型电力机车。另一种方法是通过外部装置抑制或补偿谐波，减少谐波源对电力系统或公共连接点上其它负荷的影响。由于我国几十年来生产了大量的交-直型电力机车，而且正在生产的电力机车中交-直型仍占了绝大部分，所以，在未来若干年内交-直型机车仍将是我国电力机车的主体。因此，本文的研究内容属于第二种方法。装设谐波补偿装置的方法也可分为两种：一种是采用由电感、电容和电阻构成的无源电力滤波器（PassivePoforanalysisofHVDCandFACTSsystem[A].ProceedingoftheInternationalConfe

8、renceoftheEnergyManagementandPoalimpedanceterminationof25-kVelectrifiedrailsforimprovedpowerquality.IEE