牽引供電系統(tǒng)無源濾波器的相關(guān)研究

胡建平 湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院

牽引供電系統(tǒng)無源濾波器的相關(guān)研究

胡建平 湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院

在最近幾年的發(fā)展過程中，鐵路電氣化建設(shè)也在飛速發(fā)展，對于電氣化發(fā)展中牽引網(wǎng)出現(xiàn)的高次諧波，給當(dāng)前使用交流電和直流電的機車正常運行，帶來了諸多的問題，甚至對鐵路運輸行業(yè)的正常運行造成了嚴(yán)重的影響。針對問題，第一時間對電氣化鐵路牽引網(wǎng)中出現(xiàn)的高次諧波所帶來的影響進(jìn)行闡述個分析，以傳統(tǒng)高通濾波器的工作提點和性能進(jìn)行全放為的提升，在和傳統(tǒng)的高通濾波器之間進(jìn)行相互比較，得出新型的高通濾波器在性能和實踐工作中，帶來的影響和作用都要高于傳統(tǒng)的高通濾波器。最后在根據(jù)相關(guān)的測試數(shù)據(jù)，證明新型濾波器能在電氣化鐵路牽引網(wǎng)中也能正常發(fā)揮作用和效果。

電氣化鐵路 高次諧波 高通濾波器

電氣化鐵路在當(dāng)前的國內(nèi)鐵路發(fā)展中的投入和使用，同樣也帶動了交、直、交電力機車的發(fā)展，這一點方面和傳統(tǒng)形態(tài)下交、直機車相比，交、直、交電力汽車在實際工作過程中，對電力負(fù)荷因數(shù)接近1，同時也不需要無功補償，使得交、直、交電力機車的高次諧波與傳統(tǒng)交、直電力機車相比，得到了顯著改善。但是相對的，在電力機車工作中得到了改善，就會在電網(wǎng)中進(jìn)行高次諧波的注入，尤其是在電網(wǎng)開關(guān)頻率的整數(shù)倍地區(qū)，可以清楚的感受到高次諧波有著明顯的增強，這樣一來，高次諧波如果進(jìn)入牽引網(wǎng)，將會引發(fā)牽引網(wǎng)的高次諧振出現(xiàn)。同時，在電力的傳導(dǎo)過程中，進(jìn)入到交、直電力企業(yè)的工作中去，也會對本身正在運行的電車造成阻礙，使運行出現(xiàn)問題。

1 牽引網(wǎng)諧波的分布

對牽引網(wǎng)的整體分布來說，只要包括了電力系統(tǒng)中電網(wǎng)和電力回流網(wǎng)兩部分。讓當(dāng)前電網(wǎng)由接觸網(wǎng)T組成，并且其內(nèi)容還包含了電網(wǎng)接觸線、承力索和加強線等設(shè)施，而回流網(wǎng)則是由鋼軌R、正、付饋線NFTF以及保護(hù)線PW等結(jié)構(gòu)組成。這些部分都有著其特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)使當(dāng)前牽引網(wǎng)出現(xiàn)了多種供電方式，但是在當(dāng)前眾多供電方式中，主要使用的防式為帶有負(fù)饋線的直接和子偶兩種供電方式，在這兩者之中，人們使用最多的就是直接供電方式，因此，針對研究方向，也會選擇直接供電方式進(jìn)行研究工作。

由于當(dāng)前的鐵路建設(shè)還在發(fā)展時期，對于鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)采用的都是交、值整流型號的機車，傳統(tǒng)的電力機車整流器一般情況下都是晶閘管相控整流器，這樣一來就導(dǎo)致了電力機運行過程中，從電網(wǎng)供電獲得適合工作頻率的電能時，還會在同一時間向電網(wǎng)種傳入諧波，傳播的次數(shù)為3、5、7。對于交、直、交電力機車來說，所使用的四象限變流器是根據(jù)電力脈寬調(diào)制所控制的，因此電力運輸過程中，開關(guān)周圍的頻率就會相對較高，讓低次諧波得到了控制，但是高次諧波的含量就會提升，而這些提升的諧波一部分流入了牽引網(wǎng)，另一部分通過牽引網(wǎng)流入了交、直電力機車的運作中，使電力機車的運作出現(xiàn)問題。

在實際運作中，交、直、交電力機車作為諧波源，所產(chǎn)生的諧波分成了三個流向，一種是流向了變電站；另一種則是流向了電網(wǎng)分區(qū)亭；最后一種則是根據(jù)電網(wǎng)的交織，流向了其他的機車負(fù)載。這樣一來，高次諧波流向牽引網(wǎng)的比分看就容易與線路中的其他參數(shù)出現(xiàn)耦合的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生諧振，而流向交、直電力機車的高次諧波則會對機車的運行產(chǎn)生惡劣的影響，嚴(yán)重的還會出現(xiàn)鐵路事故、從而嚴(yán)重影響了鐵路運輸?shù)陌踩珕栴}。

2 諧波治理的常用措施

諧波的濾除工作主要采用的是無源濾波和有源濾波兩種形式，其中有源濾波在諧波消除工作中的效果十分顯著，但是使用價格太貴，設(shè)備整體體積大，在電力機車和鐵路方面，不能夠進(jìn)行車載安裝工作。無源濾波雖然沒有有源濾波高效，但是在設(shè)備整體性上，相對簡單，使用效果與有源濾波器相差也不是很多，因此，無源濾波器更加適合推廣。

2.1 常用濾波器分類

人們?nèi)粘Ｉ詈丸F路日常工作過程中，通常對高通濾波器分成一介、二階、三階和C型四種。高通濾波器在實際工作使用中，對于低頻率的波段阻礙相對比較顯著，而高頻率的波段阻礙相對就會較小。因此在工作的過程中，能夠有效的強除掉電網(wǎng)線路中出現(xiàn)的高次諧波，保證鐵路運輸安全。

其中在軀體的該分類方面，一介高通濾波器在結(jié)構(gòu)上相對簡單，造價也相對便宜，但是在工作過程中，需要很大的電容支持，對基本波形也會造成損害，因此在工作中一般不會采用一介的形式。

二階在工作中就體現(xiàn)了高通濾波器性能的優(yōu)勢，和一介的高頻濾波器進(jìn)行比較，二階上增加了電網(wǎng)關(guān)聯(lián)電感，從而在工作中減少了電力自身工頻和功率的消耗，但是根三階相比，二階對于基礎(chǔ)波段的損耗還是相對較高。

三階段，高速濾波器相比于二階段，多了一個電容，這個電容的出現(xiàn)，不僅減少了基出波段的損耗，還有小的提升了濾波的效率。雖然如此，但是三階的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，對參數(shù)的計算也沒有簡單的解釋和算法，在造價上也會相對較高。

而C型高通濾波器在時間工作中，其工作性能在二階和三階之間，處于相對穩(wěn)定的工作形式，因此在實際工作中，可以大大減少基礎(chǔ)波段的損耗。這樣做也會有一個缺點，就是對基礎(chǔ)波段的元件相對敏感，容易在工作中受到外界影響。

對于這四種高通濾波器來說，對其加強合理化設(shè)計和工作完善，可以有效的利用他們在高頻率下呈現(xiàn)的低阻抗，來對高粗諧波進(jìn)行清除，在這些早發(fā)中，最常用被人們使用，并且有著優(yōu)越的效果，就是二階高通濾波器，除了對二階的推崇，C型在當(dāng)前消除高次諧波工作中也得到了跟好的推動和發(fā)展。然而，這四種高通濾波器在使用過程中，都需要在電網(wǎng)系統(tǒng)中吸取大量的能量來維持自身的工作，因此對原有的電網(wǎng)設(shè)別和電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)，都有著很大的影響，并且想要讓高次諧波徹底清除，只能使用這一方法。

2.2 新型濾波器的出現(xiàn)

新型濾波器則是根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展建設(shè)和鐵路運輸自身條件的結(jié)合下，所提出的一種新的濾波器。在電抗器組出現(xiàn)聯(lián)諧振的時候，對外外界來說，就是呈現(xiàn)出了無窮大的阻抗，這樣一來，就相當(dāng)于對整個電路出現(xiàn)了阻礙，形成了斷路。在工作的過程中，如果讓點錄制在工頻下發(fā)生并聯(lián)諧振，這樣就可以避免出現(xiàn)電力裝置和電網(wǎng)線路之間的武功傳輸，同時也避免及出波段的消耗，從而使過濾波裝置內(nèi)部通過的電流減少，同時在工頻，對于電網(wǎng)線路和電網(wǎng)設(shè)備之前也不會產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

3 幾種高通濾波器的性能對比

文章上述了集中人們生活和工作中常見的高通濾波器，并且針對這些濾波器的優(yōu)點和缺點，也都進(jìn)行了詳細(xì)的分析工作，接下來的分析中，就是對性能進(jìn)行簡單的了解。在工頻下，可以了解新型高通濾波器在對高次諧波的清除工作中，使支路已處于與電流干路的斷路狀態(tài)，沒有電流經(jīng)過，可見對于高次諧工作是非常有效的。并且在工作過程中，由于不用太大功率的電額和設(shè)施要求，新型濾波器的阻抗隨率下降的更加迅速，體現(xiàn)出了看良好的濾波效果。

4 總結(jié)

通過對當(dāng)前電力發(fā)展過程中，基線傳統(tǒng)的高通過濾器進(jìn)行了優(yōu)點、缺點的分析，從而引出了一種新型高通濾波器的原理，并且還能在分析中得出新型高通濾波器在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢，然后根據(jù)一些案例和實際情況，對之前的分析進(jìn)行確定。這樣一來，可以了解到新型高通濾波器對基波起到了相對較好的隔斷作用，同時也沒有對基波做出相應(yīng)的損害，在工頻下進(jìn)行工作時，還能對電力設(shè)施和線路做出一定的保護(hù)，可以說，不僅解決了高次諧波的清理工作，還讓電力設(shè)施和線路在一定程度上受到保護(hù)，因此這樣的濾波器非常值得當(dāng)前研究和推廣。

[1]杜晨輝,陳斌,楊文煥,等.牽引供電系統(tǒng)的無源濾波器的研究[J].信息技術(shù),2015(10):78-81.

[3]張民,何正友,高仕斌.不同負(fù)荷模型下高速鐵路牽引供電系統(tǒng)諧波諧振敏感度分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2015,43(20):21-28.

啟 事

本刊2017年第9期（總第143期），通信與網(wǎng)絡(luò)欄目，《電力通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源信息維護(hù)流程分析》（P128作者：蘇萌、郭志濤）一文，作者及對應(yīng)單位更正為“蘇萌 國網(wǎng)邢臺供電公司 郭志濤 河北工業(yè)大學(xué)”。