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高速磁悬浮列车供电系统谐波分析与治理

时间:2019/1/17 12:01:00    来源:

高速磁悬浮列车作为一种新型轨道交通工具,它通过主动控制电磁铁来实现列车的悬浮和导向功能,在直线电机的推动之下高速运行。高速磁悬浮列车在轨道上行驶时,轨道与列车之间有8~15mm的间隙,没有任何机械接触,列车具有运行平稳、舒适、易于实现自动控制;噪音低,不排放气体,有利于环保等优点,磁悬浮列车作为轨道交通中的新技术有着广阔的运用前景。高速磁悬浮牵引系统主要由高压电器柜、电抗器、牵引逆变器、直线电机等主要部件组成。其中电抗器作为牵引部分中一个重要元件,用来限制直流侧滤波单元的电压、电流波动,滤除高次谐波、平滑电流波形,防止高次谐波反馈回电网的作用。以往的滤波电抗器为了减轻列车的重量,大多采用铝导线,由于铝导体的载流量比铜导体小,因此在同等电流下电抗器的体积很大。

在高速磁悬浮交通系统中,除了运行速度较低的区域外,一般采用大功率的变频器来提供牵引电流。变频器是该系统主要谐波源。磁悬浮列车的运行,从静止→起动→逐步加速→稳定高速,再从高速→逐步减速→制动→静止。这样过程具有明显的冲击性。大功率的冲击负荷,会导致电压骤降等问题。高速磁悬浮列车系统的谐波是一种典型的强非线性、冲击性电力负荷,它不可避免的引起电网谐波、电压波动和闪变等许多电能质量问题;是一重要的新类型谐波源。在没有补偿措施是,它会带来较严重的电网谐波问题。

高速磁悬浮列车系统的谐波问题,不仅是磁悬浮列车系统安全可靠运行所必须解决的,而且,在上海-浦东又是极为重要的高科技开发区,高速磁悬浮列车系统谐波问题的改善,有利于提高该地区电网的电能质量,保证相关电网安全可高地运行,减少设备故障、停电时间、降低损耗、改善电环境,适应面向开放的电力市场。高速磁悬浮列车系统中包含了大量的大功率变换模块(大功率整流器、逆变器)和其他血多非线性原件(直线同步电机。变压器等),产生较严重电网谐波问题,由此引起行业众多研究学者的关注。

高速磁悬浮列车系统的谐波分析

上海高速磁悬浮列车牵引供电系统主要有4部分组成:带长供电电缆的同步直线电机、逆变器、直流联结电路和整流器,通过这个能量变换系统产生变频变压(VVVF)信号,经过长供电电缆和分段开关对铺设在地面上的同步直线电机定子绕组进行供电,然后驱动告诉磁悬浮列车变速运行。

引起系统供电端谐波电流的途径有两种。遗失由于整流器的开关过程将谐波注入供电协同;而是逆变器整流器的动作。逆变器引起附加的纹波电流进入直流联结电路,该纹波电流可以反过来穿透到供电系统端,形成谐波。它的大小和频率主要和逆变器的设计和电机运行情况决定;然而,建立这样一个模型将是一件非常困难工作,而且即使这样一个模型可以建立,也很难获得足够的参数。幸运的是,广泛研究表明,一般情况下,没有必要将id建模为谐波电流源,也就是说,从系统供电端看,逆变器谐波可以忽略,这是因为逆变器谐波在穿透进入到供电端之前,其绝大部分已经被直流联结电路滤除。

高速磁悬浮列车供电系统的谐波抑制

滤波装置

在电网中的相应节点或用户侧设置滤波器,减少和控制注入电网的谐波电流,是网络中各节点的谐波电压满足相应的谐波标准,是谐波抑制的一种有效措施。通常采用无源滤波器装置和谐波源并列运行,在起到谐波抑制的同事还可以兼顾无功补偿及调压的需要。

给予补偿原理的LC滤波器出现较早。其具有结构简单、设备投资较少、可靠性高、运行费用低等优点,仍是目前应用最多的谐波抑制装置。

在高速磁悬浮列车供电系统中,LC滤波器设计的基本任务是:在确定的供电系统和谐波源的条件下,以最经济的投资达到母线电压畸变率和注入公共电网的歌词谐波电流满足规定指标,并能满足无功补偿容量的要求,同时能保证装置安全可靠和经济运行。在变电所内供牵引负荷的母线上联结LC滤波器,即滤波器与系统中最大的谐波源---变频器并联在母线上。这样,滤波器能够就近吸收(变频器所产生的谐波电流)谐波源。

由于实际的整流系统不可能完全处于理想的状态,因此在高速磁悬浮供电系统中不仅含有特征谐波(主要为11次、13次),还会有5次、7次等非特征谐波。因此,可采用3组LC滤波器:5次、7次。11次谐波滤波器。其中11次谐波滤波器并联有高通电阻,其并联合成阻抗不超过电阻值,具有一个较低的阻抗频率范围。

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本文来源于:http://www.satons-sh.com/

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