1、山东职业学院 毕业设计（论文）题目：电气化铁道电能质量分析与研究系 别： 电气工程系 专 业： 电气化铁道技术班 级： 学生姓名： 指导教师： 完成日期：摘 要电气化铁路对国民经济发展和社会进步具有重要意义。然而，电力机车负荷的非线性、不对称、冲击性等特点，引发了电力系统谐波、负序电流以及电压波动和闪变等电能质量问题，降低了电力系统的供电质量，影响电力系统的安全和经济运行。因此，必须采取有效的补偿措施对电气化铁路电能质量进行综合治理。本文针对现有的传统电气化铁路和大力发展的高速铁路中存在的电能质量问题分别进行了探讨，提出了相应的治理方案并进行仿真验证，仿真结果验证了所提出方法的有效性。关键词
2、电气化铁道；电能质量；主要指标；改善措施目录摘 要1目录2绪论31.1电能质量定义41.2电能质量的指标51.2.1电压偏差51.2.2频率偏差51.2.3高次谐波61.2.4电压波动和闪变61.2.5三相不平衡度71.3本章小结82 电气化铁路牵引负荷电能质量特性及对电网电能质量的影响102.1分析电气化铁道牵引供电系统的负荷特性102.2电气化铁道牵引负荷对电能质量的影响因素112.3本章小结123 电能质量的改善措施及未来展望143.1电能质量的改善措施143.2结论和展望153.3本章小结15总结17致谢18参考文献191 绪论电力牵引相对内燃牵引具有污染小,功率大，能源综合利用率高等
3、特点，因此在各国都得到了广泛的应用。2000年在南非共和国召开的世界铁路会议上，许多国际知名专家人为；在客货运量比较大，基础设施比较好的国家，像俄罗斯、中国这样的国家应大力发展电气化铁路，其所占比重应在50%60%以上，所承担的铁路客运比重应在80%90%以上，我国水力资源丰富，发展电气化铁路有得天独厚的优势。近几年以来我国加快了铁路建设的速度，其中电气化铁路占了很大比重。随着我国电气化铁路的发展，电牵引负荷对电力系统的电能质量的影响问题，也越来越引起人们的关注。电力牵引负荷为单相非线性冲击负荷，功率大，在运行过程中有较大的负序电流注入电网，导致电力系统三相不对称运行，还会产生高次谐波，使电网
4、电压波形产生畸变，以及大量无功的需求使供电系统电压偏移和波动，从而使电网的电能质量受到严重影响。牵引负荷的负序、谐波、无功以及电压波动，几者间具有一定的内在联系，因此有必要对其进行分析研究，并提出综合治理措施，力求把电力牵引负荷对电能质量的影响降到最低程度，其中谐波是关键问题。目前我国电气化铁道几乎所有的牵引变电所斗都采用固定并联电容补偿装置，一方面用于提高功率因数，一方面用于滤除3次谐波。在采用无功“反送正记”的计量方式后，将过补偿视为欠补偿，导致功率因数大幅度下降，尤其运量小、无负荷和轻负荷概率较大，过补偿十分突出，投入固定并补的功率因数比不投时还低，有的牵引变电所的功率因数低至0.6及以
5、下，牵引变电所因功率因数而被罚款者达到每年两百多万元，因此改进现有的补偿方式，寻求无功、负序、谐波综合补偿的最优方法具有重要意义。TSC为现阶段较为成熟的方案。从发展趋势看，APF能同时补偿无功和滤除谐波，补偿效果不受系统特性影响，为理想的补偿方案。1.1电能质量定义电能质量(Power Quality)，从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。电能质量问题可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸
6、变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。从不同角度理解通常包括：电压质量：给出实际电压与理想电压的偏差，以反映供电部门向用户分配的电力是否合格。电压质量通常包括电压偏差、电压不平衡、电磁暂态现象、电压波动与闪变、短时电压波动、电压谐波、电压缺口、欠电压、过电压等。电流质量：电流质量与电压质量密切相关。为了提高电能的传输效率，除了用户要求汲取的电流是单一频率正弦波外，还应尽量保持该电流波形与供电电压相同。电流质量通常包括电流谐波、间谐波、电流相位超前与滞后、噪声等。研究电流质量有助于电网电能质量的改善，降低线路损耗，但不能概括大多数因电压原因造成的质量问题，而后者往往并不总是用电造成的
7、。供电质量：它包括技术含义和非技术含义两部分。技术含义有电压质量和供电可靠性;非技术含义是指服务质量，包括技术供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度等。用电质量：用电质量反映供用电双方相互作用与影响的责任和义务，它包括技术含义和非技术含义等。技术含义包括对电力系统电能质量技术指标的影响和要求。非技术含义是指用电责任和义务的履行质量，如用户是否按时、如数缴纳电费等。 电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和不干扰用户使用电力的物理特性。该定义来自 IEC(1000-2-2/4)标准。根据这一定义，现代电能质量除了保证额定电压和额定功率下的正弦波形外，还包括频率偏差、电压偏差、电
8、压波动与闪变、三相比平衡、波形畸变、所有电压瞬变现象，如冲击脉冲、电压下跌、瞬间中断及供电连续性等。这个定义包括了电能质量问题的成因和后果，还包括了供电可靠向性的问题。1.2电能质量的指标 电能质量是指电压、频率和波形的质量。电能质量的主要指标有：电压偏差、频率偏差、电压波动和闪变、公用电网谐波、电压波动和闪变及三相电压不平衡度等。1.2.1电压偏差供电系统正常运行时，某一节点的运行电压与系统额定电压之差对系统额定电压的百分数称为该节点的电压偏差，其数学表达式为:电压偏差=（实际电压系统标称电压）/系统标称电压100%；GB 50052-2009供配电系统设计规范规定：正常运行情况下，用电设备
9、端子处的电压偏差允许值（以Un的百分值表示）宜符合下列要求：（1）电动机规定为5%（2）电气照明在一般工作场所为5%；对于远离变电所的小面积一般工作场所、难以满足上诉要求时，可为5%10%；应急照明、道路照明和警卫照明等为5%10%。1.2.2频率偏差频率偏差是指电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差。频率偏差表达式为： fffn式中f为频率偏差，f为系统的实际频率，fn为系统的额定频率，即50Hz。频率偏差对电力系统极其设备的影响，取决于偏离值的大小和偏移持续时间。概括地说正负0.5Hz之内主要是经济问题，即引起设备的效率降低。偏离值超过了正负0.5Hz不仅使设备效率降低，还
10、有可能危及设备的安全，轻则引起不可逆的累积性损伤，重则立即损坏设备，导致系统瓦解甚至崩溃。 我国电力系统的正常频率偏差允许值为0.2HZ，当系统容量较小时，频率偏差值可以放宽到0.5HZ；系统有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因。1.2.3高次谐波谐波，是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍次的各次分量，通常称为“高次谐波”。而基波，极其频率与工频（50HZ）相同的交流分量。谐波的危害：1) 使各台并列运行的整流变压器二次侧互有相位差谐波电流通过变压器，可使变压器的的铁芯损耗度明显增加，从而使变压器铁芯过热，缩短使用寿命。2) 谐波电流通过交流电动机，不仅会使电
11、动机的铁芯损耗明显增加，而且会使电动机转子发生振动，严重影响机械加工的产品质量，同时噪声增大。3) 谐波电压加在电容器两极时，由于电容器对谐波的阻抗很小，因此电容器很容易发生过负荷甚至烧毁。谐波的抑制措施：1) 三相整流变压器采用Yd或Dy接线。2) 增加整流变压器的二次侧的相数。3) 装设分流滤波器。4) 选用Dyn11联结组别的三相配电变压器。5) 抑制谐波的其他措施。1.2.4电压波动和闪变电压波动是指电网电压的快速变动或电压包络线的周期性快速变动。电压变动值，以电力系统中多个用户公共连接点的相邻最大与最小电压方均根值Umax与Umin之差对电网额定电压Un的百分值来表示，即 U%=(U
12、max-Umin)/Un*100% 闪变是指人眼对灯闪的主观感觉。闪变是由于照明灯端电压出现电压波动而产生的。 电压闪变对人眼有明显的刺激作用，可引起心悸，甚至使人无法正常工作和学习。电压波动和闪变的抑制措施：1）采用专线或专用变压器供电。2）减小线路阻抗。3）选用短路容量较大或电压等级较高的电网供电。4）采用静止补偿装置。1.2.5三相不平衡度 三相电压不平衡度是指三相系统中三相电压的不平衡程度，用电压或电流负序分量与正序分量的均方根百分比表示。三相电压不平衡（即存在负序分量）会引起继电保护误动、电机附加振动力矩和发热。额定转矩的电动机，如长期在负序电压含量4%的状态下运行，由于发热，电动机
13、绝缘的寿命将会降低一半，若某相电压高于额定电压，其运行寿命的下降将更加严重。我国目前执行的GB/T 155431995三相电压允许不平衡度规定了电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，同时规定了短时的不平衡度不得超过4%，其短时允许值的概念是指任何时刻均不能超过的限制值，以保证继电保护和自动装置正确动作。对接入公共连接点的每个用户引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3% 。三相电压的不平衡度U用其负序分量的方均根值U2对其正序分量方均根值U1的百分比值来表示，即 g=U2/U1*100%大部分用户在使用过程中发生的三相电力不平衡主要原因如下：1）太偏重于单相负载使各相之间发生不平衡
14、； 2. 系统的无效电力，高次谐波电流使各相之间发生不平衡；3. 机器接触端子及电缆接触不良导致另外的不平衡；4. 外部环境的人力，电力导致不平衡的发生；三相不平衡对负载的影响： 1) 电压不平衡的发生导致达到数倍的电流不平衡的发生； 2) 诱导电动机中逆扭矩增加使温度上升，效率降低，损失增加，发生震动，输出节减等影响；3) 各相之间不平衡的发生带来缩短机器寿命和加快机器及部品交替周期和增加了设备维持补修的费用；4) 断路器容许电流的余量减少，负载变更时或负载交替时发生超载、短路；5) 中性线中流入过大的不平衡电流所以中性线增粗； 三相负载不平衡运行对变压器的危害 1) 三相负载不平衡将增加变
15、压器的损耗； 2) 三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件温升增高；三相负荷不平衡对线损的影响采用三相四线制供电方式，由于用户较为分散，线路较长，如果三相负荷不平衡，将直接增加电能在线路的损耗：当三相负荷平衡时线损最小；当一相负荷重，两相负荷轻的情况下线损增量较小。当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重的情况下线损增量最大。当三相负荷不平衡时，不论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。为此在三相四线制的低压网络运行中，应经常测量三相负荷并进行调整，使之平衡，这是降损节能的一项有效措施，对于输送距离比较远的配
16、电线路来说，效果尤为显著。2 电气化铁路牵引负荷电能质量特性及对电网电能质量的影响2.1 电气化铁道牵引供电系统的负荷特性 电气化铁道牵引供电系统的负荷特性主要取决于电力机车的电气特性、铁路线路条件和运输组织方案等因素。2.1.1电力机车的电气特性交直型电力机车电力机车从接触网取得25kV工频单相交流电,经车载变压器降压为 1500V,整流后向牵引电动机供电。交直型电力机车工作原理如下图所示:交流25kV接触网受电弓断路器 直流电机整流器1500V车载变压器交直型电力机车采用半控桥式整流,通过晶闸管控制导通角来控制机车出力,所以,交直机车在整流过程中会产生独立他励系统 辅助回路牵引电流从钢轨回
17、流至变电所钢轨 谐波,功率因数较低。 交直交型电力机车(动车组)为克服交直型电力机车的缺点,世界各国竞相开展了交流传动电力机车的研制,1979 年德国开发了世界首台大功率干线交流传动电力机车,随后欧洲等主要发达国家迅速推广采用。我国于1991年开始进行交流传动电力机车的研究,先后研制成功了交直交动车组和交直交货运电力机车。近年已从国外引进技术合资合作生产高速动车组,第六次大提速已开始大量投入运行,今后将全面推广交直交型电力机车和动车组。交直交型电力机车工作原理如下图所示: 交流25kV 接触网受电弓断路器整流器车载变压器直流逆变器交流电机辅助回路牵引电流从钢轨回流至变电所钢轨交直交型电力机车工
18、作原理图交直交机车采用四象限整流,通过GTO或IGBT控制导通和关断角来控制机车的出力,可分别控制导通和关断机车主变压器的若干个低压绕组的整流,使电流波形逼近正弦波,且电流与电压的相位基本同步。所以,交直交型电力机车的谐波含量很小、功率因数高。2.1.2列车的负荷特性列车的负荷大小主要与列车牵引质量、运行速度、线路坡度等因素有关。1.列车负荷与牵引质量的关系在运行速度、线路坡度相同的情况下,列车负荷与牵引质量成正比。2.列车负荷与运行速度的关系 列车运行速度越高,空气阻力越大,空气阻力随速度呈几何级数增长。在牵引质量、线路坡度相同的情况下,运行速度越高,牵引功率和能耗大幅度提高。2.1.3铁路
19、运输组织方案对牵引负荷的影响 铁路根据运量和线路条件编制运输组织计划,列车在行车调度的指挥下,在铁路上按信号运行。单线铁路一般采用站间闭塞方式,一个区间只能有 1 列车运行。双线铁路一般采用划分区段闭塞方式,按固定间隔时间追踪运行,目前货车一般追踪时间间隔8分钟,最小追踪时间间隔5分钟;客运专线高速列车设计最小追踪时间间隔,近期4分钟,远期3分钟,城际列车在高峰期可能比照市内轨道交通追踪时间间隔更小。铁路建设时,基础设施均按远期线路能力一次规划建设到位,运输设备按近期需要配置。2.1.4牵引变电所负荷特性牵引变电所一般向两侧供电臂供电,牵引变电所的负荷大小,与供电臂中运行的列车数量、铁路线路坡
20、度及列车运行速度等因素有关。实测牵引变电所负荷曲线实例如下图:牵引变电所负荷具有如下特点:1.负荷波动频繁铁路沿线线路条件千差万别,列车运行时速度和线路坡度随时都在变化;且列车在铁路上按信号运行,在铁路运输状态发生变化时,在供电臂内列车数量疏密不等。所以,牵引变电所两供电臂内,列车的数量及每一列车的负荷状态随时都在变化,牵引变电所的负荷呈现频繁波动的状态。2.2电气化铁道牵引负荷对电能质量的影响因素电气化铁路迅速发展的同时对电力系统带来了一些不利影响。谐波和负序是电气化铁路负荷引起电网电能质量问题的两个根本原因。因此,结合具体的地区电网模型,对其电能质量影响进行预测评估具有一定实践意义。电气化
21、铁路电力机车是大功率单相整流负荷，对于三相对称的电力系统供电来说，电气化铁路牵引负荷具有非线性、不对称和冲击性等特点，将产生三相不平衡的谐波电流和基波负序电流注入系统，引起公共连接点母线的谐波电流、谐波电压、三相电压不平衡度等多项电能质量指标超标，严重影响了电力系统安全、经济、稳定运行和电力用户的安全用电，造成发电机跳闸，继电保护误动作，发电机转子烧坏，电力电容器及用户的电动机等用电设备的损坏。所以，根据国家有关标准必须对此类负荷接入电网后所产生的谐波、负序、电压闪变等进行分析论证。如不能满足国家标准所规定的允许值，则必须采取补偿措施。随着电气化铁路的比重增加，对系统各组成部分及其相互关系的研
22、究提出了更高的要求电力牵引系统还存在有若干技术难题尚未有效的解决，诸如谐波、无功、负序、弓网关系、故障探测、继电保护等深层次的问题，使系统很难达到最优化的运行状态在重载及高速电气化的铁路中这些问题更加突出，将会严重影响到我国铁路电气化的发展。因此提高电网系统的可靠性及电能质量已迫在眉睫，具有十分重要的意义。在我国现行电网条件下，电力机车运行时，对供电电网产生了很大的影响。电力机车的供电和驱动方式决定了大功率单相整流牵引性的负荷特性，因此具有以下特点：1)不对称性，产生负序电流，引起电网三相不对称2)非线性，产生谐波，引起电压波形畸变3.冲击性，引起电压波动4.功率因数低。在畸变系统中，谐波同时
23、影响了系统的无功功率和功率因数，并且产生谐波的装置一般也要消耗基波无功，补偿谐波的装置一般也是补偿基波无功的装置。3 电能质量的改善措施及未来展望3.1电能质量的改善措施电能质量的好坏是电气化铁道电力工业水平的重要标志。改善电能质量，抓好管理工作是不可忽视的环节，因此我们可以做一些工作：1）建立质量管理体系。2）电气产品的电能质量管理。3）改善 电能质量还要对电能质量进行研究。4）随着高性能的电力电子元器件(例如 GTO、IGBT、LTT 等)的出现，国外专家提出了柔性交流输电(FACTS)技术。在此基础上也提出了一些解决电能质量问题的方法。 (1) 调节有载调压变压器的分接头，可保持电压稳定
24、，保证电压质量，但不能改变系统无功需求平衡状态，同时也可能影响变压器运行的可靠性。(2) 局部并联电容器组的投切，可补偿系统无功功率，解决电压偏低的情况，但对轻载电压偏高的电能质量问题却无能为力。 (3) 无源滤波器是传统的抑制谐波电流的主要手段，它通过 LC 谐振吸收电网中的谐波电流但只能抑制固定频率的谐波，同时也可能造成系统谐振。(4) 通过备用发电机组和机械式双电源切换装置（2 S）等方法对重要用户连续供电。 以上方法都能在一定程度上解决电能质量问题，但也都存在着本身无法克服的缺陷，因此必须提出新的解决电能质量问题的方法。 1988 年美国 N.G.Hingorani 博士首次提出了Cu
25、stom Power 的概念，即将电力电子技术、微处理器技术、控制技术等高新技术运用于中、低压配、用电系统，以减小谐波畸变，消除电压波动、电压闪变、电压的不平衡和供电的短时中断，从而提高供电可靠性和电能质量的新型综合技术。用户电力技术的提出为全面解决供电网电能质量问题提供了一种新的途径。作为FACTS技术在配电系统应用的延伸DFACTS 技术（又称Custom Power 技术）已成为改善电能质量的有力工具，该技术的核心器件IGBT 比GTO 具有更快的开关频率，并且关断容量已达MVA级，因此DFACTS 装置具有更快的响应特性。目前主要的DFACTS 装置有：有源滤波器（APF）、动态电压恢
26、复器（DVR）、配电系统用静止无功补偿器（D STATCOM）、固态切换开关（SSTS），统一电能质量控制器（UPQC）等。其中APF（属于并联补偿）是补偿谐波的有效工具；而 DVR（属于串联补偿）通过自身的储能单元，能够在 ms 级内向系统注入正常电压与故障电压之差，因此是抑制电压暂降的有效装置， UPQC 综合了串联补偿和并联补偿的特点，既能抑制电流谐波，又能补偿电压畸变量，是一种综合的补偿装置。3.2 电气化铁道电能质量的改善铁路通常采用安装 固定式并联无功补偿装置来提高功率因数 。对运输繁忙的双线铁路补偿效果较好，对运量小的铁路，在负荷轻时过补偿比较 严重，按无功功率反送正计的考核办法
27、，投入固定补偿比自然功率因数还低。谐波问题目前铁路继续使用中的交直型电力机车，由于采用二极管整流或相控整流，会产生3、5、7等奇数次高次谐波电流，对电力系统及相关设备产生不利影响。推广使用的交直交型电力机车和动车组，高次谐波电流很小。三相不平衡（负序）问题对于三相交流电力系统，电力机车或动车组是不对称的单相负荷，由于铁路行车组织方案的不均衡性和铁路线路的纵断面起伏变化，牵引变电所两供电臂负荷呈现不平衡特性，且几乎随机变化，三相负载每时每刻都不平衡，从而对电力系统产生负序影响。在这种种问题背后给我们了很大提示，只有我们不断去优化改善电气化铁路电能质量，才能保证并实现我国电气化铁路成功走出了一条从
28、无到有、从低吨位到重载、从常速到高速的探索创新之路。通过原始创新、集成创新和消化吸收再创新，我国电气化铁路不仅总里程跃升第一，在技术水平和建设质量上也达到世界领先水平。在重载电气化铁路技术发展方面，我国大秦铁路年运量已经突破4亿吨，可开行2万吨单元重载列车。电气化牵引供电系统是高速铁路的核心技术之一。牵引负荷较小的一般铁路，在电力系统短路容量满足要求时，可采用110kV电源供电，在电力系统薄弱地区，应加强电网能力或采用更高电压等级供电客运专线、重载铁路，应当采用220kV、330 kV电源供电。对于超大容量牵引站，技术经济合理时，也可以采用500kV电源供电。针对不同铁路的具体条件，必要时可采
29、取适当缩短供电臂长度、降低牵引网阻抗、提高功率因数、采用阻抗电 压低的牵引变压器等提高网压的措施。并应适当考虑提高列车牵引质量、提高列车速度、缩短列车追踪间隔时，牵引供电系统的适应能力。解决功率因数问题，铁路通常采用安装并联无功补偿装置来提高功率因数，对运输繁忙的双线铁路补偿 效果较好，对运量小铁路，在负荷轻时过 补比较严重，目前采用动态补偿措施，可很好解决好功率因数低的问题。客运专线采用交直交动车组，功率因 数在0.95以上。 解决谐波问题（一） 在牵引变电所内安装并联电容无功补偿装置，兼顾 滤波作用，一般3次谐波可滤除50，5次谐波可滤除20，7次谐波可滤15。 （二） 在部分交直型电力机
30、车上加装补偿装置，补偿功率因数，并兼滤部分高次谐波。（三） 特殊情况设置综合治理负序、谐波、无功的补偿装 置，采用SVC、SVG等装置。 （四） 发展交直交型电力机车和动车组牵引，逐渐淘汰交直型电力机车，全面推广交直交型电力机车和动车组。电气化铁路全部采用交直交机车或动车组，谐波含量大 幅度降低，将会根本解决好电铁谐波问题。解决三相不平衡（负序）问题 ；（一） 选择短路容量大的公共点接入；（二） 采用相序轮换接入电力系统；（三） 牵引变电所供电的二个供电臂负荷尽可能设 计均衡。（四） 采用负荷平衡性较好的牵引变压器接线型式 ，如V/V接线等。 在运输组织上尽量使列车均衡发车。以及尽量均衡牵引变
31、电所两相负载等措施降低负序影响。在牵引变电所馈线出口处取消电分相；在分区所处试验取消电分相可行方案；功率因数达到0.95以上负序达到国标要求，可以做到任意好； 母线电压稳定在国标范围内：无论是交直机车还是高速交直交动车组，彻底改善谐波指标。关于同相供电技术 电气化铁路的单相供电制式及负荷的特性引起了电能质量问题，需要引起人们的重视并积极治理。随着交流传动的快速发展，电气化铁路负荷引起的功率因数问题、低次谐波问题逐步解决，负序与电压不平衡问题会更突出。我国电力电子技术在电力系统中应用已经取得阶段性成果，需要进一步加大投入，取得更大的成果。3.3结论和展望 电气化铁道牵引网电能质量综合控制与改善措
32、施与方案具有重要的工程意义。电气化铁道的电能质量是一个突出且严峻的课题与难题，要求我们不断探求新的综合补偿方法，来综合控制与治理影响电能质量的无功、谐波、负序等因素，以提高电网电能质量，确保电网安全、经济运行。相信在不久的将来电气化铁道系统会有一个全新的面貌。3.3本章小结本章节是对电气化铁道电能质量的应用于改善，学习如何去改善电能质量，改善后电能质量对于电气化铁路的重要作用及意义。我国的铁路电气化工程建设，是从1958年6月开始的1961年8月15日，第一条电气化铁路宝成线宝鸡至风州段建成通车，揭开了我国电气化铁路建设的序幕至2005年，我国电气化铁道通车里程己达二万余公里，铁道运输用电量达
33、到230亿千瓦时，铁道电气化率接近30。由于新材料和新技术不断被应用于电气化铁路中，电气化铁路在数量和质量上都将迅速发展。如今，电气化铁路己成为世界各国铁路现代化的重要标志其运输能力大、行驶速度快、消耗能源少、运营成本低、工作条件好对运量大的干线铁路和具有陡坡、隧道的山区干线铁路实现电气化，在技术和经济上均有明显的优越性。由于电气化铁路电力机车牵引定数比一般内燃机车和蒸汽机车提高约4050，时速在6.15的坡度上可提高50100以上，加之电力机车整备时间、启动均短于其他类型机车，因此将大幅度提高铁路运输能力。而且电力牵引有利于提高能源的利用率但是，电气化铁路电力机车是大功率单相整流负荷，对于三
34、相对称的电力系统供电来说，电气化铁路牵引负荷具有非线性、不对称和冲击性等特点，将产生三相不平衡的谐波电流和基波负序电流注入系统，引起公共连接点母线的谐波电流、谐波电压、三相电压不平衡度等多项电能质量问题，严重影响了电力系统安全、经济、稳定运行和电力用户的安全用电，造成发电机跳闸，继电保护误动作，发电机转子烧坏，电力电容器及用户的电动机等用电设备的损坏。所以，根据国家有关标准必须对此类负荷接入电网后所产生的谐波、负序、电压闪变等进行分析论证。如不能满足国家标准所规定的允许值，则必须采取补偿措施。随着电气化铁路的比重增加，对系统各组成部分及其相互关系的研究提出了更高的要求电力牵引系统还存在有若干技
35、术难题尚未有效的解决，诸如谐波、无功、负序、弓网关系、故障探测、继电保护等深层次的问题，使系统很难达到最优化的运行状态在重载及高速电气化的铁路中这些问题更加突出，将会严重影响到我国铁路电气化的发展，为此改善电气化铁路电能质量就显得尤为重要。解决谐波问题的主要思路有两个，一是设置滤波装置；一是对电力电子装置自身进行改造，使其不产生谐波，并且功率因数可控制为。通过对两种方法的学习研究，最终使我们对于改善电气化铁路电能质量有了更为深刻的理解。总结经过多年的运营充分表明了电气化铁路具有性能优良、适宜高速重载、能耗小、运营成本低、能源适应范围广、环境污染少等优点。但是电气化铁路对电力系统的电能质量产生严
36、重的污染，诸如谐波、无功和负序等电能质量问题。随着我国铁道电气化水平的不断提高，电网中的谐波和无功问题将会比较突出，同时对电力设备的使用寿命和经济运行会产生不良的影响。因此，研究电气化铁道谐波和无功的电能质量综合治理，对提高牵引供电系统的功率因数、减少谐波、提高电网及电气化铁道自身的运行安全、增大电力设备的利用率、改善电网环境以及提高电气化管理手段具有非常重要的现实意义。本文在论述谐波抑制与无功补偿技术研究现状的基础上，阐述了电力滤波器的发展与分类。电气化铁道电能质量是一个突出且严峻的课题和难题，要求我们不断探求新的综合补偿方法，来综合控制与治理影响电能质量的无功、谐波、负序等因素，以提高电网
37、电能质量，确保电网安全、经济运行。致谢在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师老师的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，匡老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了匡老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝
38、贵意见的各位专家表示衷心地感谢！参考文献1 于立珺，电气化铁路导致电能质量问题的研究D：山东大学，20092 贺仁睦，叶静，范瑞祥，对牵引负荷实测数据的选取与分析J。现代电力，20093 范瑞祥，辛建波，上官帖，电气化铁路江西段开放式点放式电能质量检测系统的开发与应用J。电网技术，20084 周迅泉，吴国忠。电力牵引系统供电方式及其负荷对电能质量影响的分析研究J。电气应用，20065 姚宗傅，侯世英，祝石厚。电气化铁路牵引负荷对固原电网的影响J。电网技术，20076 解绍峰，李群湛，赵丽平。电气化铁道牵引负载谐波分布特征与概率模型研究J。中国电机工程学报，20057 吴国沛，华慧生等。高速铁路
39、牵引负荷对电力系统的影响研究J。电力系统保护与控制，20118 朱燕芳，吴晓东。山西省电气化铁路现状及回话建设分析。山西电力，20119 于坤山，周胜军，王同勋，乔光尧等。电气化铁路供电与电能质量M。北京：中国电力出版社，201010 Bollen M H J. Understanding power quality problems，voltage sags and interruptionsM. IEEE PRESS，2000.11 Dugan R C，etal. Electric power system qualityM. Mc Graw-Hill 1996.12 肖湘宁，徐永海. 电
40、能质量问题剖析. 电网技术，2001，25（3）：66-69.13 林海雪. 现代电能质量的基本问题. 电网技术，2001，25（10）：5-12.14 Gaodua A M，Salama M M A，Sultan M R，Chikhani A Y. Application of Mutiresolution Signal Decomposition for Monitoring Short-Duration Variations in Distribution System. IEEE Trans on Power Delivery. 2000，15（2）：478485.15 李君凯，丁化成
41、. 一种新的电力系统谐波分析仪表采样计算方法. 电测与仪表，2000，37（10）：57.16 施奕平，吴国安. 基于DSP的电网质量监测仪. 电测与仪表，2002（1），1719.17 陶骏.谐波及无功电流的检测方法的研究，电力系统自动化，2001，1.18 中华人民共和国国家标准 GBT12325-2008电能质量 供电电网偏差19 中华人民共和国国家标准 GBT14549-1993电能质量 公用电网谐波20 中华人民共和国国家标准 GBT15543-2008电能质量 三相电压不平衡21 中华人民共和国国家标准 GBT15945-2008电能质量 电力系统频率偏差22 中华人民共和国国家标
42、准 GBT12326-2008电能质量 电压波动和闪变23 中华人民共和国国家标准 GBT18481-2008电能质量 暂时过电压和瞬态过电压24 李国栋，现代电能质量综合评估方法的研究D。北京：华北电力大学，201025李群湛.电气化铁道并联综合补偿及其应用M.北京:中国铁道出版社,1993.26 王兆安.谐波抑止和无功功率补偿M.北京:机械工业出版社,1999.27电气化铁路负荷特性分析及供电方案相关问题的建议.景德炎铁道部工程设计鉴定中心（铁道部经济规划研究院）电气化咨询部.28孙树勤.干扰性负荷的供电M.北京:中国电力出版社,1996,103-111.29林海雪.电力系统的三相不平衡M北京:中国电力出版社,1998 ,133 - 137.30 周勇.电网谐波源分析M.北京:中国人口出版社,1995 ,127-132.31 电力牵引负荷对电能质量的影响 周勇,王绪雄,邱永庆(1. 郑州大学电气工程学院,河南郑州450002;2.开封开化(集团)有限公司电气车间,河南开封475002)32电能质量的性能指标与改善方法 百度文库21
