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摘要：电力系统运行中，谐波问题的产生会造成一定的谐波污染，进而对电力系统电能供应的效率和质量产生一定影响。尤其是在地铁的电力系统中。产生谐波问题之后将对电力系统的有效电能供应造成严重威胁，进而影响地铁运行的安全性和稳定性，为人们的安全出行带来一定威胁。鉴于以上问题，我们需要加强对谐波产生原因的研究力度，依据谐波产生原因做好相应的防治措施，进而保证地铁电力系统的稳定运行，使电力系统中的各项指标能够符合国家安全标准。
关键词：电力系统；地铁；谐波问题；防治措施
由于电子装置具备较强的功能性和适应性，被大量应用到各个领域中，表现最为突出的就是逆变器、整流器和开关电源等。对于地铁电力系统来说，由于地铁运行所需的电能较多，对电能的质量也具有较高的要求，在电力系统中也应用了大量的电子装置，这就导致谐波污染的大量发生。
一、谐波的定义
谐波指的是在供配电系统运行的过程中，正弦电压作用于非线性电路时，所产生的电流即可成为非正弦波。而此时所形成的电压、电流均可采取傅立叶分解的方式进行级数确认。在频率和工频处于同一阶段时，我们将其称为基波，当频率和基波的频率呈现出整倍增长的趋势时，此时的基波频率分量便为谐波。我们将n作为谐波产生的次数。相关数据显示，谐波次数发生的范围在2≤n≤40。除此之外，在电力系统运行的过程中还存在不以整数倍数为发展的谐波，我们将其称为非谐波和分数谐波。基波与谐波波形如图1所示。
图1基波与谐波波形
二、谐波畸变率相关介绍
一般情况下，地铁电压波形呈现为周期性标准正弦波，在电力系统实际运行中，存在着一定的非线性阻抗性的供电设备，便会对地铁电网注入谐波电流，使其在电网中产生谐波电压，这类的谐波电压被称为谐波源。大量的谐波源会影响电压的正常波形，从而使其发生偏离，即产生电压正弦波形的畸变，电压波形畸变的程序是通过电压正弦波畸变率来衡量的，也可以叫做电压波形畸变率，用英文表示为THDu。
电压谐波畸变率以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。
电压谐波畸变率THDu=√（U2*U2+U3*U3+...+Un*Un）*100%/ U1
式中Un--第n次谐波电压有效值，U1--基波电压有效值。
下表1为谐波电压（相电压）限值
三、地铁供电系统中谐波的成因
就地铁的供电系统而言，谐波问题成因主要是整流机组导致的。在谐波问题对地铁供电系统的重要影响下，相关学者加大了对抑制谐波问题方式方法的研究力度，24脉波整流装置就是在此基础上被研发出来的，利用24脉波整流装置替换原有的整流机组，可以有效降低谐波问题的发生几率，对供电系统的稳定运行具有积极作用。
从理论的角度出发，在供电系统中应用24脉波整流进行电压交流操作时，整流机组中的侧相电压会存在23和25次谐波电流。但是在实际运行的过程中可以发现，供电系统中的电网,电压存在不对称的现象，同时受到整流变压器的影响以及运行过程中其他因素的影响，会产生不成倍增长的谐波，即在交流过程中形成5、7、11、13次谐波。
在应用24脉波整流机组对列车运行的过程提供电能时，可以发现，由于列车运行的过程中车辆自身会产生一定的波动，此时，在列车内部设置的电源也会随之产生波动，整流机组中的相应构架产生大负荷变化，而列车在启动和制动的过程中，电源波动量会随之增大，这些均会对车辆中的供电系统形成谐波问题。另外，不平衡电流也是较为常见的现象。
四、供电系统谐波的防治措施
1、采用高脉波数的整流机组
采用高脉波数的整流机组且三相整流变压器采用Y／A(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。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，l=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
无源滤波装置指的是采用特定的无源元件所共同组成的滤波结构，在实际运行的过程中可以实现对谐波的抗衡作用，降低供电系统中谐波的发生几率。主要工作原理为，利用无源滤波中的电阻器和电抗器对供电系统中某一频率中所产生的谐波进行阻抗，之后利用电网的运行特点使其形成分流模式，在分流的作用下，频率中的谐波会被分入到滤波器中，进而起到防治谐波的作用。无源滤波装置与其他防治方式相比，在经济性能和抑制谐波的性能上表现出明显的优势，为此，已经成为电网系统中控制谐波的主要方式之一。
3、采用有源滤波装置
有源滤波装置指的是通过注入电流的方式来改善供电系统中所产生的谐波问题，主要运行原理为，利用与谐波源电流值一致的电流来平衡供电系统中的谐波值，使其谐波电流保持在零的状态，这便实现了对供电系统电流的有效补偿。其自身的特征表现在以下几个方面：其自身的自动适应性较强，能够对供电系统中的谐波次数进行获取之后，调节控制能力，对谐波的发生规律进行分析，并且做出相应的响应；运行的过程中不会受到供电系统参数变化的影响，避免发生谐振隐患；对谐波问题具有一定的补偿能力，同时在经济性能上也有较大的优势。
结语：地铁供电系统中，由于存在的电子装置较多，在实际运行的过程中，很容易产生谐波问题，严重威胁整个供电系统的运行安全和运行质量，还会产生一定的谐波污染，对供电系统中的电压质量造成一定威胁。要想改善这类问题，就需要对引发谐波的原因进行分析，并且研究出相应的防治措施，避免对地铁供电系统的有效运行带来影响。
参考文献：
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[2]左燕,张浩.地铁电力系统中谐波产生原因及危害探讨[J].城市建设理论研究:电子版,2013(4);
[3]罗媛.浅谈地铁供电系统的谐波计算及有效抑制[J].硅谷,2011(1):31-31.
论文作者:肖慈鑫
论文发表刊物:《科技新时代》2018年6期
论文发表时间:2018/8/9
标签：谐波论文; 供电系统论文; 电压论文; 地铁论文; 基波论文; 电力系统论文; 机组论文; 《科技新时代》2018年6期论文;