摘要：随着我国科学技术的迅速发展，各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器及开关电源等大规模使用，使得电力系统中谐波成分显著增加，其负面效应日益显见。“谐波污染”已经成为影响电能质量的主要因素之一，因此进行谐波治理也成为电力生产发展的迫切要求。本文主要对地铁配电系统的谐波进行了研究，着重分析了谐波的产生原因和危害，并提出了合理的治理方案。
关键词：地铁；低压配电系统；谐波；治理；
1 谐波的产生原因
在供配电系统中，当正弦电压施加在非线性电路上时，电流就变成非正弦波。对于非正弦周期的电压、电流，可进行傅立叶级数分解。其中频率与工频相同的分量称为基波，频率为整数倍基波频率的分量称为谐波。谐波次数n为谐波频率fn与基波频率f1的整数比（n=fn/f1）。电工技术领域研究谐波次数范围一般为2≤n≤40。供电系统中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波或分数谐波。国际电工标准给出的谐波定义为：谐波是频率为基波频率整数倍的正弦波。
地铁供电系统的谐波主要来源于向车辆供电的牵引供电系统，其次是来自于其它设备，如各种各样的电视机、监控机、计算机等。牵引供电系统的谐波主要是由整流机组产生的。随着24脉波整流装置在地铁牵引供电中的广泛应用，该装置在抑制谐波方面取得良好的效果，对电网造成的电流谐波含量比12脉波整流大大下降。从理论上讲，当牵引供电系统采用等效24脉波整流时，整流机组直流侧主要含有24次脉动电压，交流侧主要含有23、25次谐波电流。但实际上，由于电网电压不对称和整流变压器三相阻抗不对称等各种因素的存在，不可避免地产生非特征次谐波，在交流侧也将产生5、7、11、13次谐波。
2谐波的危害
城市轨道低压配电系统产生谐波将会对轨道的运行造成很大的影响，主要表现在以下四个方面。第一，同一个电网中的设备会产生很多附加的谐波损耗，这会使电气设备原本的使用效率大大降低，耗电量加大，也进一步增加了电网的压力，对电网线造成的损害也比之前严重很多；第二，谐波可能会使负荷侧谐波与系统侧电抗形成并联或者形成串联，这会将原本的谐波放大几倍甚至几十倍，这对整个城市轨道低压配电系统来说是非常不稳定的，会影响到系统的安全；第三，低压系统中的谐波增加，可能会使系统中的电力线开关因为高频电流的通过而产生错误的作用，这会严重阻碍轨道交通系统的正常运行；第四，系统的谐波含量太多，势必会对成个城市轨道交通低压配电系统中的信号传输造成严重的干扰，直接影响交通轨道的安全运行。以上均为低压系统产生谐波的潜在威胁，从当下的城市交通轨道低压配电系统的现状来看，原有的补偿方案是满足不了现在的要求，因此我们需要对其进行修改；另外，我国的节能减排趋势越来越明显，因此我们需要对配电低压系统进行调整，为节能减排提供一个更加稳定的配电系统。
3谐波的治理技术
电网中抑制谐波的方法很多，地铁供电系统常采用以下几方面措施：
（1）采用高脉波数的整流机组且三相整流变压器采用Y/△（或△/Ｙ）接线。采用Ｙ/△或△/Ｙ联接可以消除３的整数倍高次谐波，这样电网中的谐波电流只有5、7、11、13等奇次谐波。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆又因整流机组产生的高次谐波次数与整流机组输出脉波数有关，理想情况下，反映到整流机组高压侧产生的谐波电流次数n＝K×P±1（式中P为整流机组脉波数，K为正整数）。即高次谐波的次数是整流机组脉波数的整倍数，这样整流机组脉波数越高，产生较低次谐波越少，对电力系统影响也越小。
（2）采用无源滤波装置。利用电容器、电抗器和电阻器等无源元件适当组合而构成的滤波装置，对某一频率的谐波呈低阻抗通路，与电网阻抗形成分流的关系，使大部分该频率的谐波流入滤波器，以达到抑制高次谐波的作用。无源滤波器由电容、电抗和电阻组成，根据电容电阻固有的阻抗特性，对某一特定频率的谐波呈低阻抗，为负载谐波电流提供较低的阻抗通道，与电网阻抗形成分流的关系，使大部分该频率的谐波流入滤波器，而不流入电网。无源电力滤波器组成简单，成本也较低。但由于无源电力滤波器易受系统阻抗影响，很难达到预期要求。而且由于无源元件本身的特性，会与电网阻抗一起作用引起谐振，谐振将引起某次谐波放大数倍，这对于供电系统来说是非常危险的。电网阻抗一般较为稳定，但难免会波动，这样不但会影响滤波效果，而且可能引起谐振。对于一般的无源滤波器在正常运行的情况下其对谐波的滤除率最大只能达到 70%，在谐波比较严重的场合，经过无源滤波器滤除过的系统其畸变率有可能仍然过高，对系统的威胁依然存在。无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，现阶段广泛用于配电网中；但由于其滤波特性受供电系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象。
（3）采用有源滤波装置。
源电力滤波器是近几十年随着电力电子技术的发展而出现的一种新型滤波设备。有源滤波器的主要工作原理等同于一台谐波发生器。通过技术手段向电网注入一定量的谐波电流，这种谐波电流的频率、相位、幅值均可控。在检测负载谐波状况的前提下，使得输出电流能抵消掉谐波源负载产生的谐波电流，达到消除谐波危害的目的。有源电力滤波器分为两种即并联型有源电力滤波器及串联型电力滤波器，并联型电力滤波器主要解决谐波电流问题；串联型电力滤波器主要解决谐波电压问题。它们的原理基本相同，并联型有源滤波器检测负载电流，通过相应算法计算出其谐波电流，然后发出与负载谐波电流大小相等、方向相反的电流，与负载谐波电流相互抵消，以达到减小电网侧谐波电流的目的。
有源滤波装置利用可控的功率半导体器件向供电系统注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点：①具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点；②滤波特性不受供电系统阻抗等影响，可消除与供电系统阻抗发生谐振的危险；③不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理。有源电力滤波器的容量一般按照可滤除谐波电流的多少进行分类，其容量计量按照安培分类，并非传统的功率。按照滤除电流安培量的区别，容量有 30A、50A、60A、75A、100A、120A、150A、200A、300A 等诸多种类。有源电力滤波器分为三相三线与三相四线两种制式，三相四线制可滤除中性线谐波电流，三相三线制有源滤波器不具备此功能，在地铁系统中建议选用三相四线制有源电力滤波器。
参考文献：
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论文作者:张亮
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/23
标签：谐波论文; 滤波器论文; 电流论文; 无源论文; 供电系统论文; 系统论文; 电网论文; 《基层建设》2017年6期论文;