电力系统电源侧牵引负荷谐波的电压畸变分析盛庆广供变电电力系统电源侧牵引负荷谐波的电压畸变分析盛庆广摘要：电铁牵引负荷是大功率的三相不平衡负载，在进行分析时宜采用三相分析法。本文通过建立牵引变电所的三相谐波模型，利用C++程序语言编制了仿真程序，结合现场实测数据，计算了我国电气化铁道常用的5种接线变压器在电力系统中引起的谐波畸变，对比了不同接线方式对谐波渗透的影响。关键词：电力系统；牵引负荷；谐波；电压畸变Abstract:Threephaseanalyticalmethodshouldbeusedforanalyzingthreephaseunbalancedloadofelectrifiedrailwaytractionloadwhichbelongstoahighpowerload.Onbasisofsettingupthreephaseharmonicsmodelsforthetractionsubstation,andcompilingofsimulationprogrambyapplyingofC++programmablelanguage,thepapercalculatestheharmonicsdistortioncausedbycommonused5typesofwiringsoftransformersintheelectricpowersystemforourcountry’selectrifiedrailwaysandcomparestheinfiltratedinfluencestotheharmonicscausedbydifferenttypesofwirings.Keywords:electricpowersystem;tractionload;harmonics;voltagedistortion中图分类号：U223.6+3文献标识码：A文章编号：1007-936(2010)04-0028-040引言电气化铁道具有运输能力大、行驶速度快、工作条件好等优点，是铁路运输现代化的主要方向。国内既有电气化铁道采用的电力机车，主电路一般为单相相控整流电路，在从电网吸取基波电流的同时还向电网注入可观的谐波电流，并在电力系统中产生谐波电压畸变。由于电气化铁道电能质量问题越来越受到人们的重视，研究不同牵引变压器接线方式下牵引负荷在电力系统中产生的谐波畸变问题有着十分重要的现实意义。1牵引负荷的特点概括来讲，牵引负荷具有以下特点：（1）牵引负荷是移动着的、幅值频繁变化的特殊负荷。（2）牵引负荷是大功率的三相不平衡负荷。（3）牵引负荷是强非线性负载。另外，牵引变电所供电能力是按照高峰负荷设计的，其平均负荷率较低，通常在20%左右，短时集中负荷特征也很明显。2基于实测数据的仿真统计分析方法由于牵引负荷谐波的随机性，研究不同变压器作者简介：盛庆广.北京铁路局北京供电段，工程师，北京100036，电话：010-51821013。接线方式对谐波向电力系统渗透的影响，特别是对电压总谐波畸变率的影响，只能依赖于基于实测数据的仿真统计。简单地采用某个或几个时刻的数据并不能给出可靠的结论。本文的思路是在建立包含外部电源、牵引变压器、并联补偿装置在内的三相模型基础上，采用馈线的一整天实测数据，包括基波和各次谐波的幅值和相位信息，作为电流源，计算牵引变电所高压侧的电压总谐波畸变率，对全天计算结果进行统计分析，以期获得有价值的结论。3牵引变电所三相模型的建立3.1牵引变压器模型在牵引变电所中，牵引变压器是完成电能变换的重要元件。由于电气化铁道采用了多种特殊接线的变压器，因此在建立其模型时，需根据其接线方式分别进行。3.2并联补偿装置三相模型并联补偿装置的三相谐波模型由a、b、c3个节点的节点导纳矩阵描述，当采用星形三角形接线牵引变压器时，基波下并联补偿装置的节点导纳矩阵为28供变电电气化铁道2010年第4期（1）式中，yca，ybc分别为接于牵引母线的并联补偿装置的支路导纳。3.3外部电源三相模型在实际建模中，往往只知道牵引变电所高压侧的短路容量，因此适宜采用简化的外部电源模型。通常可采用单相戴维南等值电路。基波下牵引变电所一次侧电压为（2）式中，ZS即为通常所说的系统阻抗。3.4牵引变电所三相模型当列出牵引变压器、并联补偿装置和外部电源的节点导纳矩阵后，按照实际设备的连接关系，将各部分的节点导纳矩阵进行叠加，即可得到基波下牵引变电所的节点导纳矩阵。当以一次侧A，B，C和二次侧a，b，c为节点时，可得到牵引变电所的节点导纳矩阵为（3）式中，YPP，YPS，YSS为变压器节点导纳方程中各子矩阵；YP，YDY即为前文所提到的并联补偿装置和外部电源的节点导纳矩阵。3.5三相模型在谐波下的修正式（3）为在基波下得到的牵引变电所节点导纳矩阵。当在谐波下对牵引变电所进行仿...