摘要(yào)
：軌(guǐ)道交通運行(háng)中需要(yào)大量的變頻(pín)設(shè)備(bèi)，導致其電網中(zhōng)含有大(dà)量的諧波(bō)，這些諧(xié)波(bō)影(yǐng)響(xiǎng)到(dào)電網供(gōng)電(diàn)穩(wěn)定(dìng)性(xìng)，從而威脅到城市軌道交(jiāo)通運輸(shū)的安(ān)全(quán)性和(hé)穩(wěn)定性。有源濾波裝置(zhì)在城(chéng)市(shì)軌道交(jiāo)通中的應(yīng)用，可以(yǐ)消除電網中的諧波，確(què)保電網運行安全(quán)性(xìng)。

關鍵詞(cí)
：有源(yuán)濾(lǜ)波(bō)；城市軌道交通(tōng)；諧波(bō)治理(lǐ)

0引言(yán)

本文主要(yào)介紹了有源濾波(bō)裝(zhuāng)置，諧(xié)波(bō)對城(chéng)市(shì)軌道(dào)交通(tōng)的影響(xiǎng)以及有源(yuán)濾波(bō)裝置在(zài)某市(shì)地(dì)鐵4號綫的應用，取得了(liǎo)良(liáng)好(hǎo)的(dí)效果，電(diàn)流(liú)諧波畸(jī)變(biàn)率從(cóng)27%降(jiàng)低到2.3%，功率(shuài)因素(sù)從0.8提(tí)高(gāo)到0.95，諧(xié)波(bō)改(gǎi)善效(xiào)果非常(cháng)顯著。

1有源濾波(bō)裝置(zhì)

有源濾(lǜ)波裝置，就是一種(zhǒng)用(yòng)語(yǔ)動(dòng)態(tài)抑製諧波(bō)，補(bǔ)償(cháng)無功(gōng)的(dí)新型電(diàn)力(lì)電子裝置，能夠(gòu)對(duì)任(rèn)何諧波(bō)進(jìn)行治(zhì)理，在當前已經廣泛(fàn)的應用到了(liǎo)軌道交通行(háng)業中。有(yǒu)源濾波裝置，是(shì)采用(yòng)現代電力(lì)電子(zǐ)技術(shù)和基於(yú)高速DSP器件的(dí)數(shù)字信號處理技(jì)術(shù)，製(zhì)成的(dí)新型電(diàn)力諧波治理設備，它由(yóu)指(zhǐ)令電流電路(lù)和補償電流發生電(diàn)路(lù)構(gòu)成(chéng)。指(zhǐ)令(líng)電流電(diàn)路對實時電流(liú)進(jìn)行監(jiān)控(kòng)，並將(jiāng)模擬(nǐ)電流(liú)信號(hào)轉換為(wéi)數字電流(liú)信號(hào)，然後通過通(tōng)信(xìn)通(tōng)道(dào)傳(chuán)輸到(dào)數(shù)字信號處(chǔ)理器中(zhōng)，數字信(xìn)號處理(lǐ)器(qì)對數字信號(hào)進(jìn)行(háng)處(chǔ)理(lǐ)，將(jiāng)諧波和(hé)基波進(jìn)行分(fēn)離，並將(jiāng)脈寬調(tiáo)製(zhì)信(xìn)號向補償電流電路(lù)輸(shū)送(sòng)驅(qū)動脈(mài)衝，驅動IGBT和(hé)IPM模塊(kuài)，其(qí)生產(chǎn)的(dí)電(diàn)流幅(fú)值和電網諧(xié)波(bō)電流(liú)幅值相等，然後將極(jí)性(xìng)不同(tóng)的(dí)補(bǔ)償電流注入到電網中，從(cóng)而對電(diàn)網中產生的(dí)諧(xié)波電(diàn)流進行補償和抵(dǐ)消，消除電網(wǎng)中的(dí)電(diàn)力(lì)諧波。有(yǒu)源(yuán)濾(lǜ)波(bō)器打(dǎ)破了(liǎo)過去(qù)傳統濾波器(qì)隻(zhī)能(néng)固(gù)定補償(cháng)或者無(wú)功(gōng)補償的缺點(diǎn)，可(kě)以(yǐ)實(shí)現對電網電流進行動態跟蹤(zōng)補(bǔ)償，既可以消除(chú)諧波，又可以達到(dào)無(wú)功補償的目的[1]。

2諧波(bō)對城市軌(guǐ)道交(jiāo)通功的(dí)影響(xiǎng)

諧(xié)波指(zhǐ)的頻率為(wéi)50Hz基波頻(pín)率(shuài)整數(shù)倍的周期性正(zhèng)弦能(néng)量。諧波是影(yǐng)響供電(diàn)質量的重(zhòng)要因素(sù)，城市軌(guǐ)道(dào)交通運行(háng)過程(chéng)中(zhōng)，需要直流牽引(yǐn)網為列車供(gōng)電，直(zhí)流(liú)電源(yuán)需要通過(guò)矽整(zhěng)流獲得(dé)，整流在交，直流變(biàn)換過(guò)程(chéng)中產生諧(xié)波(bō)。同時(shí)，地(dì)鐵列車(chē)為了提高舒適(shì)性，安(ān)全性(xìng)和(hé)可(kě)靠性(xìng)，安裝大量的(dí)調頻(pín)裝置，風機，監(jiān)控係統，電(diàn)力機(jī)車等設備，這(zhè)些設(shè)備數量(liáng)比較多，在運行過(guò)程中，對(duì)城市軌道交通產生(shēng)重(zhòng)要影響(xiǎng)。

2.1影響(xiǎng)電網(wǎng)安全性

地鐵低(dī)壓電氣係(xì)統包括(kuò)AC400V開(kāi)關櫃(guì)進綫(xiàn)，配電(diàn)箱，動力(lì)配電(diàn)係統，照(zhào)明係統(tǒng)，應急(jí)電源(yuán)裝(zhuāng)置，接地與(yǔ)安全(quán)係統(tǒng)。地(dì)鐵(tiě)電網係統(tǒng)產生(shēng)大量(liáng)的(dí)諧(xié)波，導致電網接(jiē)地保護(hù)裝(zhuāng)置失效(xiào)，增加電(diàn)力損耗(hào)，影響(xiǎng)到電網的安全性(xìng)和(hé)可靠性。軌道交(jiāo)通產(chǎn)生大(dà)量的諧(xié)波(bō)，需(xū)要(yào)無(wú)功補償(cháng)裝(zhuāng)置(zhì)進(jìn)行補償(cháng)，增(zēng)加了(liǎo)電(diàn)力(lì)設(shè)備的損(sǔn)耗(hào)，導(dǎo)致電(diàn)力(lì)設備絕緣(yuán)體破裂，設(shè)備老(lǎo)化等(děng)問題。無功補償(cháng)裝(zhuāng)置(zhì)長期運(yùn)行(háng)，可能導致電力(lì)設備和(hé)綫(xiàn)路溫(wēn)度過高，加速設備的老(lǎo)化時(shí)間，從而(ér)導致(zhì)斷(duàn)路(lù)器電(diàn)弧(hú)熄(xī)滅時間延(yán)長，斷路(lù)器出(chū)現誤斷(duàn)現(xiàn)象(xiàng)，導(dǎo)致電力故(gù)障。

2.2增加變壓(yā)器(qì)的(dí)損(sǔn)耗

諧(xié)波(bō)增加變壓(yā)器內部電阻損(sǔn)耗，導(dǎo)體中的渦流(liú)損耗以及(jí)外(wài)部損(sǔn)耗(hào)，導(dǎo)致(zhì)變壓器發(fā)熱。目前(qián)地鐵(tiě)工(gōng)程(chéng)低(dī)壓(yā)配電(diàn)網(wǎng)的配電(diàn)變壓器大(dà)多(duō)數采用星型或者三角(jiǎo)形接綫方(fāng)式(shì)，這增加(jiā)了(liǎo)電網(wǎng)零(líng)序(xù)諧波為(wéi)變壓(yā)器一側繞(rào)組(zǔ)提供(gōng)了環流(liú)桐廬(lú)，抑(yì)製(zhì)諧波向電(diàn)源(yuán)端的傳(chuán)輸，然而這(zhè)種接綫(xiàn)方式(shì)不會阻止其他(tā)頻(pín)率(shuài)的諧波(bō)傳(chuán)輸到電源端(duān)，從而(ér)增加(jiā)變壓(yā)器的(dí)損耗，進(jìn)一(yī)步增(zēng)加電(diàn)力(lì)損耗(hào)，影(yǐng)響到供(gōng)電(diàn)質量。其(qí)次，諧波還(huán)會(huì)增加(jiā)變壓器(qì)的鐵(tiě)耗(hào)，導(dǎo)致變壓(yā)器(qì)發(fā)熱變形，這(zhè)主(zhǔ)要是(shì)由(yóu)於變壓(yā)器內的鐵(tiě)芯中的(dí)磁(cí)滯損(sǔn)耗(hào)增(zēng)加，諧(xié)波(bō)讓電壓(yā)的波形變(biàn)差，從(cóng)而(ér)增加了(liǎo)磁(cí)滯損(sǔn)耗(hào)。變壓(yā)器(qì)內部電阻(zǔ)損耗(hào)，鐵耗(hào)的(dí)增加，減少變(biàn)壓(yā)器實際電(diàn)壓，從而影(yǐng)響到變(biàn)壓(yā)器的(dí)發(fā)電容量，無法(fǎ)達(dá)到實際(jì)設計(jì)要求的電壓(yā)容(róng)量(liáng)。

2.3對(duì)補償(cháng)裝置(zhì)的(dí)損(sǔn)耗(hào)

為(wéi)了(liǎo)保(bǎo)證地鐵(tiě)列車正常(cháng)用(yòng)電(diàn)，城(chéng)市(shì)軌道交通變壓器要保證(zhèng)長時間供(gōng)電，電(diàn)壓(yā)器(qì)長期(qī)處於(yú)飽和(hé)狀態(tài)下，自(zì)身產生(shēng)一(yī)定(dìng)的(dí)諧波。安裝(zhuāng)電容(róng)器以(yǐ)後(hòu)，電(diàn)容(róng)器可以(yǐ)夠(gòu)抵消一些諧波，但是(shì)如果(guǒ)諧波的的(dí)含(hán)量過(guò)大(dà)，造成(chéng)電(diàn)容器發熱，增(zēng)加電(diàn)容器表(biǎo)麵絕緣(yuán)物質的老化(huà)，從而影響到電容器的(dí)使(shǐ)用時間。如果電(diàn)容器投入到電壓(yā)已經出現(xiàn)問題(tí)的電(diàn)網，則(zé)可以(yǐ)進(jìn)一(yī)步加劇諧(xié)波(bō)現象，大量的諧(xié)波(bō)讓電(diàn)壓出現尖頂波(bō)形，頂尖電(diàn)壓(yā)波(bō)可(kě)能(néng)誘(yòu)發局(jú)部(bù)放電(diàn)，由於電壓升(shēng)降變(biàn)壓化，導致(zhì)局(jú)部(bù)電流過大，從而(ér)加(jiā)劇絕(jué)緣介(jiè)質(zhì)的老化程度，影響到(dào)電(diàn)容(róng)器(qì)的使用壽(shòu)命。如(rú)果電(diàn)壓(yā)升高(gāo)10%，電容器(qì)的使用壽命縮短一(yī)半。

3有源濾(lǜ)波裝(zhuāng)置(zhì)在城市軌(guǐ)道(dào)交通(tōng)中的應(yīng)用(yòng)效果(guǒ)

3.1工(gōng)程概況

某市地鐵(tiě)4號綫工程起於航(háng)天新(xīn)城(chéng)，止(zhǐ)於北(běi)客站，綫(xiàn)路總長35.2km，共(gòng)設(shè)置(zhì)29座(zuò)車(chē)站(zhàn)。考慮到地鐵列(liè)車的配(pèi)電(diàn)係(xì)統(tǒng)在(zài)運行(háng)過程中(zhōng)，產量大(dà)量的諧波(bō)，為了改(gǎi)善配電(diàn)係(xì)統的(dí)電能(néng)質量，某市地鐵4號(hào)綫(xiàn)在(zài)全綫所有車站(zhàn)均安裝有(yǒu)源(yuán)濾波(bō)裝置(zhì)，實(shí)現對(duì)諧(xié)波(bō)的治理。

3.2諧波治理

某市(shì)地鐵4號(hào)綫選(xuǎn)擇的是(shì)LBAPF有源濾(lǜ)波(bō)器(qì)，對於(yú)諧(xié)波(bō)的治理主(zhǔ)要(yào)是(shì)對(duì)降(jiàng)壓(yā)變電(diàn)所(suǒ)的動力(lì)照(zhào)明係統進行(háng)電(diàn)能(néng)質量(liáng)綜合(hé)治理(lǐ)。在變壓器低壓(yā)側(cè)母綫采(cǎi)取(qǔ)集(jí)中治理的(dí)方(fāng)式進(jìn)行治理。治理效果比(bǐ)較(jiào)明(míng)顯，效率高(gāo)，能夠完成諧波(bō)的(dí)治(zhì)理(lǐ)，達(dá)到(dào)軌(guǐ)道(dào)交通的(dí)相關(guān)要(yào)求。LBAPF有(yǒu)源濾波裝(zhuāng)置具(jù)有極(jí)快(kuài)的響(xiǎng)應(yīng)時(shí)間，主(zhǔ)電(diàn)路(lù)拓撲和控製(zhì)算(suàn)法(fǎ)，其(qí)精(jīng)度(dù)高(gāo)，運(yùn)行(háng)更(gēng)穩(wěn)定。既可補諧波(bō)，又(yòu)可兼(jiān)補(bǔ)無功
：模(mó)塊化設計，便(biàn)於生(shēng)產調試便(biàn)利(lì)的並(bìng)聯設計(jì)
：具(jù)有完蓋的橋售(shòu)過(guò)流，保(bǎo)護功(gōng)能(néng)。使用(yòng)方便，易(yì)於操(cāo)作和(hé)維(wéi)護(hù)。LBAPF有源濾(lǜ)波器(qì)相(xiāng)關(guān)的(dí)技(jì)術參數和原件如下表:

表(biǎo)1為(wéi)有(yǒu)源濾(lǜ)波(bō)裝置相(xiāng)美(měi)技術(shù)參數(shù)表

3.3諧(xié)波(bō)治理效(xiào)果

為了檢(jiǎn)驗有(yǒu)源濾波(bō)裝置(zhì)對軌道交通供(gōng)電質量的改善，2019年(nián)1月8日(rì)到15日對(duì)某市地鐵4號綫已經安裝有源(yuán)濾波裝置(zhì)的車站使(shǐ)用電力(lì)分(fēn)析儀(yí)對配(pèi)電係(xì)統進行(háng)檢查(chá)。本次(cì)使用的電(diàn)力分析儀(yí)型號為CA8335，這(zhè)種型(xíng)號的(dí)分(fēn)析儀(yí)具有(yǒu)*的(dí)記錄功(gōng)能(néng)，可以(yǐ)對(duì)配電係(xì)統(tǒng)的電壓(yā)升(shēng)降，電壓(yā)中斷(duàn)，電壓頻率(shuài)，電流(liú)，電壓峰(fēng)值(zhí)，有功功率，無功功(gōng)率，閃(shǎn)變(biàn)，諧(xié)波電(diàn)壓，電(diàn)流不(bù)平(píng)衡(héng)率(shuài)等(děng)指(zhǐ)標進行(háng)長時(shí)間記錄。將(jiāng)電壓夾(jiā)，電流(liú)鉗等(děng)連接地鐵(tiě)車站的(dí)配(pèi)電係(xì)統，采(cǎi)集配電(diàn)係統的(dí)電(diàn)流，電壓，然後進行測(cè)試。通(tōng)過測(cè)試分析地(dì)鐵車(chē)站安裝(zhuāng)有(yǒu)源濾波裝置以(yǐ)後，電壓，電流的變化。測(cè)試(shì)儀(yí)器采集不(bù)同時(shí)段地(dì)鐵車站運行(háng)數(shù)據(jù)，從而(ér)測試(shì)配電係(xì)統的(dí)供電質(zhì)量(liáng)。經過長時間(jiān)的測試(shì)跟蹤(zōng)得出有(yǒu)源(yuán)濾波(bō)裝(zhuāng)置(zhì)開啟(qǐ)前後(hòu)功(gōng)率(shuài)，功率因(yīn)素(sù)平均(jūn)值，統計結果(guǒ)如下表
：

表2有源濾波(bō)裝置(zhì)開(kāi)啟前後功率以(yǐ)及(jí)公(gōng)功(gōng)率(shuài)因素(sù)平(píng)均(jūn)值(zhí)

表3為有源濾波(bō)裝置開(kāi)啟(qǐ)前後諧(xié)波(bō)電流百分(fēn)比

3.4結(jié)果分析(xī)

從(cóng)上述表格(gé)內(nèi)容(róng)可以得(dé)出(chū)，有(yǒu)源濾(lǜ)波裝(zhuāng)置開(kāi)啟(qǐ)前，4號綫的配電(diàn)係統(tǒng)3，5，7，9，11，13次諧波(bō)的(dí)電流(liú)比較大(dà)，功率(shuài)因數偏(piān)低。有源(yuán)濾波裝(zhuāng)置開啟(qǐ)後(hòu)，配電係(xì)統的諧(xié)波(bō)經過(guò)有(yǒu)源(yuán)濾波裝置的(dí)處理以(yǐ)後，效果比較好(hǎo)，A相(xiāng)總(zǒng)電(diàn)流(liú)畸變(biàn)率從(cóng)10.4%降低到(dào)2.1%；B相總(zǒng)電流畸變率從20.3%降低到(dào)2.8%；C相總(zǒng)電(diàn)流畸變率從27%降低(dī)到3.4%。功(gōng)率因素(sù)從0.8提高到(dào)0.95。所以(yǐ)，有(yǒu)源(yuán)濾(lǜ)波(bō)裝(zhuāng)置改善了4號綫的(dí)配電係(xì)統供(gōng)電質(zhì)量(liáng)，降(jiàng)低了(liǎo)配(pèi)電(diàn)係(xì)統的無(wú)功損(sǔn)耗，消(xiāo)除了配電(diàn)係統的諧波(bō)電流，提高了配(pèi)電係統(tǒng)的(dí)運行(háng)效率(shuài)和電力(lì)設(shè)備的(dí)使用壽命，有源(yuán)濾(lǜ)波(bō)裝置(zhì)的(dí)安裝(zhuāng)達到了(liǎo)設(shè)計(jì)要(yào)求(qiú)。

4安科瑞APF有源(yuán)濾(lǜ)波器產品(pǐn)選型(xíng)

4.1產(chǎn)品(pǐn)特點(diǎn)

(1)DSP+FPGA控(kòng)製方(fāng)式，響(xiǎng)應時(shí)間(jiān)短，全數(shù)字控(kòng)製算法，運行(háng)穩(wěn)定；

(2)一機多能，既可補(bǔ)諧(xié)波(bō)，又可兼補無功(gōng)，可(kě)對(duì)2～51次諧波進行全補(bǔ)償或特定次(cì)諧波(bō)進行(háng)補(bǔ)償；

(3)具(jù)有*的橋臂過流(liú)保護，直(zhí)流(liú)過(guò)壓保護，裝(zhuāng)置(zhì)過溫保(bǎo)護功(gōng)能(néng)；

(4)模(mó)塊(kuài)化(huà)設計，體積小(xiǎo)，安裝便利(lì)，方(fāng)便擴容(róng)；

(5)采(cǎi)用7英寸大屏幕彩(cǎi)色(sè)觸摸屏(píng)以實現(xiàn)參(cān)數設置(zhì)和控(kòng)製，使(shǐ)用方便(biàn)，易於操作和維護；

(6)輸出端加裝(zhuāng)濾(lǜ)波裝(zhuāng)置，降(jiàng)低高(gāo)頻紋(wén)波對(duì)電力(lì)係統(tǒng)的(dí)影響；

(7)多機並聯，達(dá)到(dào)較高(gāo)的(dí)電(diàn)流輸(shū)出等(děng)級；

4.2型(xíng)號說明

4.3尺寸說(shuō)明(míng)

4.4產品(pǐn)實物展(zhǎn)示(shì)

ANAPF有(yǒu)源濾(lǜ)波器(qì)

5安(ān)科瑞智能電容器產品選型(xíng)

5.1產品概述

AZC/AZCL係列(liè)智(zhì)能電容器是(shì)應用(yòng)於(yú)0.4kV，50Hz低壓配電(diàn)中用(yòng)於節省能源(yuán)，降(jiàng)低綫損(sǔn)，提(tí)高功(gōng)率因數(shù)和(hé)電(diàn)能(néng)質量的新一代無(wú)功(gōng)補償(cháng)設(shè)備(bèi)。它由智(zhì)能測控單元，晶閘(zhá)管復合(hé)開關電路(lù)，綫(xiàn)路(lù)保護(hù)單(dān)元，兩(liǎng)台(tái)共(gòng)補或一台(tái)分(fēn)補(bǔ)低(dī)壓電(diàn)力電容器(qì)構成。可(kě)替(tì)代常規由熔絲(sī)，復合(hé)開(kāi)關或(huò)機(jī)械式(shì)接觸器(qì)，熱繼電器，低壓電力電(diàn)容(róng)器，指示燈(dēng)等散(sàn)件在(zài)櫃(guì)內和(hé)櫃麵由(yóu)導(dǎo)綫(xiàn)連接而組(zǔ)成(chéng)的自(zì)動無(wú)功補償(cháng)裝置。具(jù)有體積(jī)更小(xiǎo)，功耗更(gēng)低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性(xìng)高的特點，適(shì)應(yīng)現(xiàn)代(dài)電(diàn)網(wǎng)對(duì)無(wú)功(gōng)補(bǔ)償(cháng)的(dí)更高要求。

AZC/AZCL係(xì)列智能電容(róng)器采(cǎi)用定式LCD液晶顯(xiǎn)示(shì)器，可(kě)顯(xiǎn)示三相母綫電(diàn)壓，三相(xiāng)母(mǔ)綫電(diàn)流，三(sān)相功率因(yīn)數，頻率(shuài)，電(diàn)容器路數(shù)及(jí)投切狀態，有功(gōng)功率(shuài)，無(wú)功功(gōng)率，諧波電(diàn)壓總(zǒng)畸變率，電容器溫(wēn)度等。通過(guò)內部(bù)晶閘(zhá)管復(fù)合開(kāi)關(guān)電路(lù)，自動(dòng)尋找適(shì)宜(yí)投(tóu)入(rù)（切(qiē)除）點，實現過零投(tóu)切(qiē)，具(jù)有(yǒu)過壓保(bǎo)護，缺(quē)相保護，過(guò)諧保護，過溫保(bǎo)護等保護功能。

5.2型號說(shuō)明

AZC係(xì)列(liè)智(zhì)能電容器(qì)選(xuǎn)型
：

AZCL係(xì)列智(zhì)能(néng)電(diàn)容器(qì)選型
：

5.3產(chǎn)品(pǐn)實物(wù)展示(shì)

AZC係(xì)列智能電容模(mó)塊(kuài)AZCL係列智能電(diàn)容模塊(kuài)

安科(kē)瑞無功補償裝(zhuāng)置智能電容(róng)方(fāng)案

6結束(shù)語

將有源(yuán)濾波裝置投入(rù)到城市軌道(dào)交通(tōng)的(dí)配(pèi)電係統中，降低(dī)了配(pèi)電係統(tǒng)諧(xié)波畸變率(shuài)，提高(gāo)了(liǎo)配(pèi)電網的功率因(yīn)素(sù)，降(jiàng)低了配(pèi)電係(xì)統的(dí)損耗(hào)，避免(miǎn)諧波對軌道交(jiāo)通供電(diàn)，列車調度(dù)，通信(xìn)信號(hào)等方麵(miàn)的影(yǐng)響，提(tí)高了(liǎo)整個供配電(diàn)係統(tǒng)的(dí)安全(quán)性。

參考文獻(xiàn)

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