电气化铁道电能质量分析

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电气化铁路电能质量及其综合控制技术培训课件

供电可靠性：包括供电可靠性指标和供电质量指标等
2
电气化铁路电能质量
电气化铁路对电能质量的要求
01
电压稳定：保证电气化铁路正常运行，
防止电压波动对设备造成损害
Байду номын сангаас
02
频率稳定：保证电气化铁路正常运行，
防止频率波动对设备造成损害
03
谐波含量低：保证电气化铁路正常运
行，防止谐波对设备造成损害
04
电压波动小：保证电气化铁路正常运
电压闪变：电压闪变可能导致设备性能下降或损坏
电能质量的评价指标
电压质量：包括电压偏差、电压波动和闪变等
频率质量：包括频率偏差、频率波动和频率稳定度等
谐波质量：包括谐波含量、谐波畸变率和谐波失真度等
电压不平衡度：包括三相电压不平衡度和零序电压不平衡度等
电压波动和闪变：包括电压波动率和闪变率等
05
实践操作：提供实际操作练
习和指导
06
总结回顾：总结课程要点，强调重点和难
点
07
结束语：感谢学员参与，鼓励学员学以致
用
课件内容设计
电气化铁路电能质量概述
电能质量影响因素分析
电能质量综合控制技术介绍
案例分析与解决方案
培训总结与反馈
课件制作技巧
内容组织：根据培训目标，合理组织课程内容，确保课程结构
电压不平衡：由于电力系统负荷分布不均匀、设备故障等原因导致的电压不平衡，影响电气化铁路的正常运行
电气化铁路电能质量改善措施
优化供电系统：提高供电可靠性，降低电压波动和闪变
采用无功补偿技术：提高功率因数，降低谐波含量

电气化铁路供电电能质量测试主要结果分析蔡俊锋

电气化铁路供电电能质量测试主要结果分析蔡俊锋摘要：为掌握电气化铁路供电电能质量现状，确保电网安全运行，满足电气化铁路快速发展的供电需求，进行系统研究。

文章根据向电气化铁路供电的变电站电能质量测试，就谐波、负序等主要测试数据及电气化铁路供电中的主要问题进行整理和分析。

结果表明，电气化铁路牵引负荷功率因数偏低，产生的谐波和负序分量普遍超标，劣化了电网电能质量，给电网安全稳定带来隐患，应引起高度重视并积极解决。

关键词：电气化铁路；供电电能质量；测试分析近年来我国电气化铁路发展迅猛，“十一五”基金项目：。

期间将建设新线17000km，其中客运专线7000km，既有线电气化改造1500km。

2010年全国铁路营业里程将达到9万km以上，电气化率达到45%以上。

由于电力机车采用单相、整流供电方式，机车运行时从电网吸收工频功率，向电网注入谐波和负序电流；同时，电气化铁路负荷还具有冲击性和沿线分布广的特点。

随着列车速度的提高，列车取用功率成倍增加，使得电气化铁路对电网的影响日益突出。

电气化铁路对电网电能质量的影响及其监测进行了研究，本文重点介绍现场实测数据及分析结果。

电力系统是一个开放的公共系统，担负着向全社会提供电能的职责。

因此，在满足电气化铁路供电需求的同时，确保电网的安全稳定运行，实现铁路与电网双赢发展的目标是铁路与电力双方共同的责任。

为了掌握电网向电气化铁路供电地区的电能质量现状，进行电能质量测试，针对我国电气化铁路牵引供电的特点，选择不同供电电压、不同供电方式、不同地区、不同机车负荷等有代表性的电力系统变电站，对电能质量实测。

通过测试，掌握了目前电网和用户负荷受电气化铁路影响的基本状况，为开展后续研究提供了依据，测试数据可供管理决策部门、设计和生产单位参考。

一、供电系统供电电源电气化铁路的电能来源为电力系统变电站，通过高压输电线接收电源，可以说供电电源是由电力系统变电站以及高压输电线共同组成，供电电源包含两个方面的内容，分别为电压等级、供电方式。

电气化铁路的电能质量问题及改进措施

电气化铁路的电能质量问题及改进措施摘要：电气化铁路具有很多非常好的优良特点，但是由于电气化铁路的工作量是非常大的，在接入电网的过程中会给供电的系统带来很大的困扰，导致很多质量上的问题发生，这对于铁路系统还有电网系统非常不利的。

本编文章将主要介绍电气化铁路再接入电网之后存在的问题以及对于问题的相关分析还有解决办法，当前我们最常用的手段就是将铁路系统出现的一系列问题进行归类还有分析，然后做出解决方案进行改进和完善。

将主要的简述几种常见问题还有相关的解决办法，并且综合性的整理比较了国内外的相关政策还有不同方式的运作模式。

关键词：电气化铁路、问题、改进办法【正文】：现如今，我国电气化铁路行业的发展是非常的快的。

电气化铁路的主要工作类型分为两种，这两种机车的工作类型不同主要是因为机车中所包含的系统不同。

电气化铁路会产生较大的电能消耗，这就会导致电路系统的问题发生，给电网的工作带来非常大的工作挑战，电气化铁路带来的问题一直备受人们的关注，所以我们一定要尽全力的解决相关问题的发生，保证高质量高效率的进行工作。

在本文章中我们会分析电气化铁路再接入中出现的问题然后对于相关的问题进行解决，对于解决的措施我们将主要的分为两大类，会通过这两类的措施来对相关的问题进行改善，会正确的认识到电路化铁路在工作的过程中出现的主要问题，然后实施共赢的局面。

一、我国电气化铁路中存在的问题电气化铁路现在处于非常快的发展之中，电气化铁路也对于我们的社会产生了很多的影响，并且在这个过程中对于自身的体系也产生了很多的问题还有对于工作中的干扰，对此我们要对于相关的问题进行探讨。

1.1波动性还有冲击性都很强在我国还有相对于发达的国家都有很多的研究数据，电气化铁路工作的工作量是非常大的，因为在工作过程中有很多的因素都会导致相关问题的产生例如车体本身的重量，车体在运行过程中出现的线路问题还有在使用是空间上面的不便利这都具有很大的波动性这会给电气化铁路在运行的过程中产生很多的不方便影响。

[精选]05-电气化铁路电能质量实测分析--资料

电力系统公共连接点正常电压不平衡度限值为2%，短
时不得超过4%。
低压系统零序电压限值暂不作规定，但是各相电压必
须满足GB/T12325的要求。
标准规定对每个用户电压不平衡的一般限值为1.3%，
短时不超过2.6%。根据公共连接点的负荷状况以及临近发电机、继电保护和自动装置安全运行要求，该允许值可作适当变动，但是必须满足上述规定。
泸沽牵引变电所110kV母线最小短路容量为 600MVA左右。尽管该所负荷远远小于洛阳东牵引变电所，但从测试结果看，该所110kV母线三相电压不平衡度远远高于洛东变电所。
5.4 公用电网谐波
国际标准 IEC61000-3-6 G5/4（G5/3）
IEEE STD519-1992（IEEE STD519-1982）
2.4 1.6
1.2 0.8
IEC61000-3-6
提出了决定大型畸变负荷（产生谐波和/或谐间波）
接入公用电力系统所依据的一些基本原则目的在于为工程实践提供指导保证对所有接入系统的用户都有合适的供电质量
兼容水平是用来协调供电网络设备或由供电网络
供电的设备发射和抗扰度的参考值，以保证整个系统（包括网络及所连设备）的电磁兼容性。规划水平是在规划时评估所有用户负荷对供电系统的影响所用水平。发射水平是针对用户的。
接触网末端电压(kV)
16.76
18.077
对于更弱小的电网，情况更是如此，运行中，系统较小的变动都可能导致网压较大波动，下图是青藏线安多35kV配电所的电压测试情况。
在当雄－安多铁路专用输电线路退出时，35kV铁路配电所均由查龙水电站（装机容量8000 kW）供电，此时电网电压出现较大波动。
（2）负荷端口的系统三相短路容量尽可能地大。由此可见，维持良好的供电电压水平，取决于供电部门和电力用户双方的共同努力。

电气化铁路电能质量问题

电气化铁路对电网电能质量的影响及治理措施1.电气化铁路带来的电能质量问题电气化铁路是当前我国重点发展的交通方式，它可以提高铁路运输能力、改进铁路运营，同时也有利于实现资源的合理分配、降低运营成本、保护生态环境等，因此，和其它牵引方式相比，电气化在铁路运输中显示出无可比拟的优越性。

国务院批准的《中长期铁路网规划》明确，到2020年，我国铁路总里程将达到100000km，其中电气化铁路为50000km，铁路电气化率约为50％，承担的运量比重在80％以上。

电气化铁路由接触网、铁道及电力机车构成，当然还包括各运行机构、指挥自动化系统及其他相关部分。

和传统的蒸汽机车或柴油机车牵引列车运行的铁路不同，电气化铁路是指从外部电源和牵引供电系统获得电能，通过电力机车牵引列车运行的铁路。

它包括电力机车、机务设施、牵引供电系统、各种电力装置以及相应的铁路通信、信号等设备。

它具有下述优点：可广泛利用多种一次能源功率大；速度高；效率高过载能力强运输成本低无烟气排放污染；可靠性好不受外界条件限制在山区和高寒地区电力机车功率发挥更好。

电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统提供。

牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部分。

变电所设在铁道附近，它将从发电厂经高压输电线送来的电流，送到铁路上空的接触网上。

接触网是向电力机车直接输送电能的设备。

沿着铁路线的两旁，架设着一排支柱，上面悬挂着金属线，即为接触网，它也可以被看作是电气化铁路的动脉。

电力机车利用车项的受电弓从接触网获得电能，牵引列车运行。

牵引供电制式按接触网的电流制有直流制和交流制两种。

直流制是将高压、三相电力在牵引变电所降压和整流后，向接触网供直流电，这是发展最早的一种电流制，到20世纪50年代以后已较少使用。

交流制是将高压、三相电力在变电所降压和变成单相后，向接触网供交流电。

交流制供电电压较高，发展很快。

我国电气化铁路的牵引供电制式从一开始就采用单相工频(50赫)25千伏交流制。

高速电气化铁路对地区电网电能质量影响

高速电气化铁路对地区电网电能质量影响发布时间：2021-09-02T05:38:39.661Z 来源：《当代电力文化》2021年第13期作者：张曦匀[导读] 高铁采用的交流型电力机车作为动力源张曦匀中国铁路济南局集团有限公司青岛供电段山东省青岛市 266000摘要：高铁采用的交流型电力机车作为动力源，此类电力机车负荷具有单相性、非线性以及波动性等特点，导致接入电网后会造成谐波和负序等严重的电能质量问题。

关键字：高速电气化铁路；电能质量由于电力机车采用单相、整流供电方式，机车运行时从电网吸收工频功率，向电网注入谐波和负序电流；同时，电气化铁路负荷还具有冲击性和沿线分布广的特点。

随着列车速度的提高，列车取用功率成倍增加，使得高速电气化铁路对电网电能质量影响日益突出。

1.高速电气化铁路及其供电的方式1.1高速电气化铁路基本的概念分析高速电气化的铁路主要是由电力机车、供电系统所组成的，供电电源与牵引供电系统将构成整体的供电系统。

供电电源则包含牵引供电系统的供电高压输电线、电力系统的变电站，牵引网与牵引变电所构成牵引供电的系统。

电力机车作为铁路运输牵引的动力，自身不携带能源，接收牵引网输送电流，由牵引电动机经过车载变流器驱动车轮。

1.2供电的方式高速电气化铁路的牵引网供电方式主要有：BT（吸流变压器）供电方式、AT（自耦变压器）供电方式和TR直接供电方式。

由于高速铁路功率大，牵引网电流较大，因此一般采用功率输送能力最强的AT供电方式。

牵引供电系统主要由牵引变电站、自耦变压器AT、接触网T、负馈线F、钢轨R与大地以及高速列车组成，供电系统电压为±25kV交流制。

牵引供电系统运行的基本原理为：牵引变电站为整个牵引供电系统提供电源，电流从牵引变电站流出，通过接触网给高速列车提供电能，然后通过负馈线流回牵引变电站。

从功能上牵引供电系统可以划分为牵引变电站和牵引网两部分：（1）牵引变电站牵引变电站将公用电网的三相交流电变换成适合高速列车使用的单相交流电，牵引变压器是牵引变电站的心脏，与传统的三相电力变压器相比完全不同，其专门针对牵引供电方式特点设计制造。

电气化铁路电能质量问题分析

Advances in Energy and Power Engineering 电力与能源进展, 2016, 4(1), 1-8Published Online February 2016 in Hans. /journal/aepe/10.12677/aepe.2016.41001Analysis of Power Quality Issues ofElectrified Railway SystemJinhao Wang1, Long Xu1, Lei Feng1, Huipeng Li1, Xiaohui Lv2, Yonghai Xu21Shanxi Electric Power Company and Electric Power Research Institute, Taiyuan Shanxi2School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, BeijingReceived: Mar. 2nd 2016; accepted: Mar. 24th, 2016; published: Mar. 28th, 2016Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractRailway electrification has advantages such as high speed, heavy load, high energy utilization and good economic benefits. But the traction load of electrified railway is a high power, single phase and nonlinear load, its access to the grid will bring about power quality problems such as har-monics, three-phase imbalance which go against safe and economic operation of power system.Firstly after electrified railway connects to power system the characteristics of power quality are introduced in this paper. The main problems, harmonic and negative sequence caused by the trac-tion load of electrified railway, are analyzed in detail. Then, the influence of harmonic and nega-tive sequence on power system is summarized. Finally, the current measures to improve the pow-er quality of the utility grid are classified. A reference is provided for the power quality evaluation and treatment after the electrified railway connects to power system.KeywordsElectrified Railway, Power Quality, Harmonics, Three-Phase Imbalance, Evaluation, Treatment电气化铁路电能质量问题分析王金浩1，徐龙1，冯磊1，李慧蓬1，吕晓慧2，徐永海21国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原2华北电力大学电气与电子工程学院，北京王金浩等收稿日期：2016年3月2日；录用日期：2016年3月24日；发布日期：2016年3月28日摘要电气化铁路具有高速化、重载化、能源利用率高、经济效益好等优点。

电气化铁路电能质量控制

静态功补（无源补偿方法）
装设补偿装置
动态无功功率补偿
有源电力滤波器（APF）
} 无功补偿电容器
装设于机车上或变电所
LC无源滤波器
静止无功补偿装置（SVC）
静止无功发生器（SVG）
单独使用的APF
混合型APF
谐波的抑制措施
❖为减少谐波及其危害，可采取的抑制方法有： ➢改进换流装置 ➢设置滤波装置
❖为使电力系统经济运行和提高电能质量，尽可
能降低负序是十分必要的。
理论依据由负序电流的一般表达式来观察负序的合
成特性：
i 13pn1Kpipej(2pp)
可见，在各种负荷条件不变的情况下，只要合理安排负荷所在的端口，就能最大程度的使构成负序电流的各分量互相抵消，从而减少总的负序电流。
❖抑制负序主要措施
❖系统谐波电流和谐波电压分别为
iSh
ZFh ZSh ZFh
ih
USh
ZShZFh ZSh ZFh
in
❖理想滤波器时，Z Fh 0
❖实际滤波效果取决于滤波器阻抗及系统阻抗的关系。
❖二、交流滤波器的分类 ❖1 按接入系统的方式，可分为串联和并联两种类型。
➢串联滤波器
✓串入系统 ✓调谐滤波器，利用L－C并联谐振来阻碍谐波进入系统 ✓基波下呈感性 ✓经受全部电流，绝缘水平要求高
1 单相牵引变电所换相连接方案1：由3台单相变构成相别循环
A B C
U ab
U bc
U bc
U ab
电分相承受电压
U ca
电分相上承受电压为 327.5kV
方案2：由6台单相变构成相别循环
A B C
U ab
U ac
U ca

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ｔｈｅｎｔｈｅｓｉｇｎａｌｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｅｘｔｅｎｄｅｄＰｒｏｎｙｂａｓｅｄｏｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｐｈｒｏｌｏｙｇｉｆｈｅｒｍｅｔｈｏｄ
电气化铁道牵引负载会产生大量谐波进入高电压系统，国内外学者对此做了大量研究。分析电气化铁道谐波的方法较多，主要有傅里叶变换、
号幅值往往大于谐波信号幅值１～２个数量级，直接使用ＨＨＴ极易产生频谱混叠。而扩展Ｐｒｏｎｙ法的特点在于对信号观测区外的数据不假设为零，相比于傅里叶变换方法，该假设隐含着对数据的外推８１。因此，在此基础上建立的算法频率分辨率高，也不易受频谱泄漏的影响。但该方法极易受到噪声影响，若事先不对信号进行滤波处理，则分析
顾辰方－，马宏忠，钱康
（１．河海大学能源与电气学院，南京２１００９８；
２．江苏省电力设计院电网部系统室，南京２１００９８）
摘要：为了研究电气化机车运行中公共电网的电能质量，依次对电气化铁路的牵引网、牵引变电站、ＡＴ所和电力机车建立了仿真模型。基于扩展Ｐｒｏｎｙ法，利用数学形态学滤波器滤除周期性脉冲噪声，并对信号进行分析，结果表明，基于数学形态学滤波的扩展Ｐｒｏｎｙ法能够很好地克服自身对噪声敏感的缺陷。
ｃａｎｏｖｅｒｃｏｍｅｉｔｓｄｅｉｆｃｉｅｎｃｉｅｓｏｎｎｏｉｓｅ — ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｔｅｎｄｅｄＰｒｏｎｙｍｅｔｈｏｄ；ｆｉｌｔｅｒｏｆｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｙ；ｓｇｔｒｕｃｔｕｒｅｆａｃｔｏｒ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｒａｉｌｗａｙ；ｈａｒｍｏｎｉｃａｎａｌｙｓｉｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｐｏｗｅｒｑｕｌｉａｔｙｏｆｐｏｗｅｒｄｗｈｉｃｈｉｓａｆｅｃｔｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｍｏｄｅｌｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｒａｉｌｗａｙｔｒａｃｔｉｏｎ，ｔｒａｃｔｉｏｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ，ＡＴａｎｄｅｌｅｃｔｉｒｃｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓａｒｅｆｏｕｎｄｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃ — ｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｅｘｔｅｎｄｅｄＰｒｏｎｙ，ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｉｆｌｔｅｒｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅｍｏｖｅｔｈｅｐｅｉｏｒｄｉｃｐｕｌｓｅｓｉｎｔｈｅｓｉｇｎｌａａｎｄ
关键词：扩展Ｐｒｏｎｙ法；数学形态学滤波；结构因子；电气化铁道；谐波分析
中图分类号：ＴＭ７４３文献标志码：Ａ文章编号：１００３ — ８９３０（２０１３）０５ — ０１３３ — ０５
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＲａｉｌｗａｙｓＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙ
ＧＵＣｈｅｎ－ｆａｎｇ，ＭＡＨｏｎｇ－ｚｈｏｎｇ，ＱＩＡＮＫａｎｇ
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｙｓｔｅｍＲｏｏｍｏｆＪｉａｎｇｓｕＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，
２０１３年１０月
电力系统及其自动化学报
ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＵ－ＥＰＳＡ
Ｖ０１．２５Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１３
电气化铁道电能质量分析