（济南轨道交通集团有限公司设备安装部 山东济南 250012）
摘要: 地轨道交通系统的用电设备种类复杂,造成了恶劣的谐波环境，对保证电力系统和设备的安全正常运行造成了极大的威胁。本文通过对谐波问题产生的原因进行分析，提出利用有源滤波器来消除谐波，并提出了工程实施的解决方案。
关键词：地轨道交通系统；谐波；有源滤波器
1、引言
随着科技的进步，城市化水平的不断提高，城市ditie交通与人们日常生活息息相关。地轨道交通系统的用电设备缤纷复杂，其中像电力机车、空调水泵及风机、电梯、机房网络设备、UPS、灯光调控系统、消防系统、监控系统和其他电力电子设备分布在整个地铁的应用现场。造成了恶劣的谐波环境，对保证电力系统和设备的安全正常运行造成了极大的威胁。本文通过对谐波问题产生的原因进行分析，提出切合工程实施的解决方案。
2、轨道交通供电中存在的电能质量问题
轨道供电系统中主要存在以下五点问题：
(1) 轨道交通的供电系统是比较特殊的单相供电，这样导致了三相的严重不平衡。
(2) 电铁轨道交通供电系统是经大功率整流桥整流输出后供机车取流牵引，目前国内电铁机车都是采用直流斩波器作为牵引机车直流电源整流系统，机车牵引取流时负荷变化剧烈及快速，产生大量11 次、13 次谐波电流[1]。
(3) 其次是站用变频器、UPS、开关电源大量非线性负荷（3 次、5 次、7 次等），且随着节能的需要，变频负荷所占比重逐年提高。变频负荷逐年增加，其产生的谐波电流也在相应增加。
(4) 电力机车频繁启动、加速、制动使得系统无功快速变化，谐波存在也增加了系统无功的损耗，致使功率因数变化不定且低下。
(5) 根据GB50157-2003《地铁设计规范》，地铁动力照明供电系统应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。从理论上，该电力电容器无论在基波下还是在谐波下均表现为容性，因此，对于不论是来自于配电变压器高压侧的谐波还是来自于低压变频负荷产生的谐波均会起到放大作用。其放大作用已被国内多个地铁系统的实测结果所验证。
3、谐波产生的危害
（1）谐波污染对电网的影响
谐波对电网的安全性、稳定性、可靠性的影响还表现在可能引起电网发生谐振、使正常的供电中断、事故扩大、电网解裂等。
（2）谐波对电力变压器的影响
谐波电流使变压器铁损及铜损增加，同时使温度上升并产生噪声。变压器损耗的加大，会使绝缘介质老化并加速寿命缩短。
（3）谐波对电缆的影响
谐波污染会使电缆的介质损耗、输电损耗增大，泄漏电流上升，温升增大，干式电缆的局部放电增加，引发单相接地故障的可能性增加。
（4）对电容器的影响
使电网中的电容器产生谐振。
4、有源电力滤波器原理及应用
有源电力滤波器通过电流互感器，实时检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，实现滤波功能[2]。其原理如图1所示。
根据配电系统非线性负载分布的差异状况和客户需要达到的个性化治理效果，GM系列有源电力滤波器对谐波主要有三种治理方式 ：集中补偿适用于负载类型较多的供配电系统，非线性负载数量庞大、分散，并且单台非线性负载谐波含量小，可在电网的低压进线端安装有源电力滤波器，对配电系统中存在的谐波综合治理。就地补偿适用于单台谐波含量较大且分布较为分散的配电系统，在负载的输入端安装有源电力滤波器就可以达到理想效果。就地补偿适用于单台谐波含量较大且分布较为分散的配电系统，在负载的输入端安装有源电力滤波器就可以达到理想效果。某地铁供电变压器后段治理前后电流波形如图2所示：
由投入滤波器前后电网电流波形可以清楚地看出，电网电流谐波绝大部分被滤除掉，总的电流畸变率由15%降为1.3%，补偿率达到89%，功率因数由0.95 提高到0.99。对照国标电网谐波电流允许值可以清楚地看出，补偿前各次谐波电流明显超过国标要求数倍，补偿后各次谐波电流均能达到国标要求。对于轨道交通供电系统，安全运行是第一位的。有源滤波器投入后，配电系统谐波得到了很好的抑制，提升供电系统的供电可靠性，消除谐波对轨道交通系统的供电影响，保障了城市轨道系统的安全运行。
5、结论
本文分析了城市轨道交通系统的谐波存在源、谐波特性以及危害，介绍低压有源滤波器的原理，并通过某城市轨道交通系统中有源滤波器的应用案例，对比分析了有源滤波器投入前后的谐波治理情况，由有源滤波器投入前后对比图分析对城市轨道交通进行谐波治理后改善了电能质量，总体提升了轨道交通系统设备的运行效率和电力能源的使用效率。
参考文献
[1]王兆安，杨军，刘进军．谐波抑制和无功功率补偿[M]．北京：机械工业出版社， 2002．
[2]王广柱．并联型有源电力滤波器电流控制的等效原理[J]．中国电机工程学报，2006，26(15)：40-45.
论文作者:李福川
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/4
标签：谐波论文; 滤波器论文; 电流论文; 系统论文; 轨道交通论文; 电网论文; 负载论文; 《电力设备》2017年第11期论文;