地铁牵引供电系统对公网谐波影响仿真研究

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1、研究与分析YANJIUYUFENX地铁牵引供电系统对公网谐波影响仿真研究王乃永，官澜z，李静，蒋光英，曹晖，吴广宁(1．西安供电局，陕西西安710032；2．西南交通大学电气工程学院，四川成都610031)摘要：地铁机车采用直流牵引，具有波动性强、系统谐波含量丰富等特点，极大地威胁到电力系统的安全稳定’

2、．运行。为了分析西安地铁对公共电网的影响，应用MATLAB／Simulink软件对即将投运的西安地铁2号线24脉波整流设备和牵引供电系统建模，并对其接入西安市公共电网后产生的谐波进行计算。结果表明

3、：地铁负荷的变化对公网谐波含量的百分比影响较小；地铁供电系统23、25、11、13次谐波所在的比例最大，对公共电网电能质量的影响也最为严重。建议对以上4种谐波采取相应的治理和防护措施；随着地铁牵引负荷的增大，建议预留谐波抑制设备的安装位置。关键词：24脉波整流：公共电网：谐波中图分类号：TM922．3；TM74文献标志码：A文章编号：1673～7598(2010)04—0030～040引言随着国民经济快速发展，以地铁为代表的轨道交通是解决城市交通问题的最佳选择和必然发展趋势。地铁机车采用直流牵引，

4、整流装置是地铁牵引供电系统的关键设备之一，完成交流到直流的转换(AC／DC)。地铁牵引供电系统中的整流为不可控桥式整流装置，分为3相6脉波整流、6相12脉波整流、12相24脉波整流3种。其中24脉波整流技术能够有效降低整流器成本，减少供电电网谐波，代表了今后的发图124脉波整流装置展方向。目前对于24脉波整流器运行方式的研究相原边采用延边三角形接法。其接线图及相量关系图对缺乏，特别是24脉波整流设备对城市公共电网造如图2所示成的谐波，极大地影响整个城市的电网质量及供电在理想情况下。对于24脉波整流

5、方式，网侧电流可靠性和稳定性l5。中只含有23次、25次等24n_+1次特征谐波，如图3所本文通过对即将投运的西安地铁2号线牵引供电示。24脉波的周期为ogT=,rr／6，电流均方根值为：系统接人西安公共电网的仿真，分析了24脉波整流设备产生的谐波特点及其对城市公共电网的影响。：=、／1十一6_s-~n,rr，d电流平均值，d为：124脉波整流的原理和特点24meos=sin，d(2)，d=1订2』J-'IT24脉波整流装置是由2台12脉波的整流变压器一百斗和与之匹配的整流器共同组成，如图1所示。

6、当供给2的傅氏级数为：个12脉波整流器的整流变压器高压网侧并联的绕组id-24(3)分别采用±7．5。外延三角形连接时，2套整流器并联耵sjn蠢l±∑c。skwt)运行即可构成等效24脉波整流。为此，在整流变压器n=24k，k=l，2，3···收稿日期：2010—02—08作者简介：王乃永(1968一)，男，陕两西安人，高级工程师，安交通大学硕士毕业，从事电网规划及电网建设相关工作和研究。YANJIUYuFENXI研究与分析一j?ll0≮鬻A移相接线j相量图CB图4地铁机车仿真模型f}J)网侧一7

7、．5。移相接线图与相量图图2整流器网侧绕组接线图表1整流设备基本参数参数名称容量／(kV·A)一次侧短路容量／(MV·A)网侧额定电压／kV阀侧额定电压，V穿越阻抗百分比／％半穿越阻抗百分比／％表2整流变压器电气参数电气参数型号2xDSPS】／62xDSPS1／4图324脉波相电流波形一一式(3)右侧首项为直流分量，其等于直流电流平均值，．=I，余项为交流分量，是n=24k(k=l，2，3⋯)次谐波电流之和组成。由此可以求出24脉波直流电源中的总谐波电流均方根值为直流电流平均值的0．26％[>71

8、。对仿真电路模型进行参数设计。2仿真分析2．1_3牵引供电系统模型图5为牵引供电模型。其中，降压变压器的主接2．1建立模型线为单Ydl1接线。牵引变电所交换电抗取0．1mH。2．1．1机车模型2．1-4西安市电网模型本文利用SVPWM的空间矢量控制策略方法，采西安电网330kV系统采用高压环网接线方式，用MATLAB／Simulink软件建立了交流传动地铁列车110kV系统采取由枢纽变电站辐射状供电或者小环仿真模型，以模拟机车运行状况，其模型如图4所示。网供电运行的方式。西安地铁2号线线路全长26

9、．42．1．224脉波整流设备模型km，二期建成后设牵引变电所12座，设主变电站2西安地铁2号线使用的整流器组及其配套的整座，行政中心主变电站和会展中心主变电站均为110流变压器基本特性、数据，分别列于表1和表2，依此kV进线，35kV馈线。主变电站参数如表3所示。研究与分析YANdlUYUFENXllIII—一接入机车负载前机年负载⋯·接＼机车负载后【＼¨f：＼ffI≮誊：7-时间／s图6A相接入侧电流波形!：‘-接机车负载B¨n图5地铁供电系统模型表3西安地铁2号线主变电站基本