廖華武　鄒長春　羅慶躍　劉白楊　胡千佳

摘 要：諧波會使電壓和電流波形產(chǎn)生畸變，對電網(wǎng)經(jīng)濟安全運行構(gòu)成威脅。本文通過對電鐵牽引負(fù)荷諧波進(jìn)行實測，用PSASP仿真軟件進(jìn)行仿真，分析電鐵牽引負(fù)荷接入后，牽引變電站上級母線電壓畸變率，研究表明，懷化電網(wǎng)受諧波影響已到相當(dāng)水平。

關(guān)鍵詞：諧波；諧波畸變；電壓畸變；PSASP

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.169

0 引言

隨著社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，地區(qū)電網(wǎng)規(guī)模日趨龐大，接入電網(wǎng)的大型用戶類型也發(fā)生了變化，電氣化鐵路牽引負(fù)荷已占到某地區(qū)電網(wǎng)總負(fù)荷1/3強。電氣化鐵路機車已經(jīng)成為我國交通運輸中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是國家經(jīng)濟社會發(fā)展的中間力量，由于電力牽引負(fù)荷是一種大功率整流負(fù)荷，運行過程中，會產(chǎn)生諧波、負(fù)序、電壓波動和閃變電流[1]，侵入到電網(wǎng)側(cè)后，將嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。本文在電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，運用電力系統(tǒng)分析綜合程序（Power System Analysis Software Package， PSASP），進(jìn)行了三相不對稱諧波潮流計算，通過計算，得出該地區(qū)電網(wǎng)各牽引變電站供電端變電站母線存在不同程度的諧波電壓超標(biāo)。

1 電鐵牽引負(fù)荷的諧波計算

諧波產(chǎn)生的原因是由于正弦電壓加于非線性負(fù)載導(dǎo)致基波電流發(fā)生畸變，常見非線性負(fù)載有開關(guān)電源、UPS、變頻器、整流器、逆變器等等。電氣化鐵路機車諧波主要為3次、5次、7次，以及11次等高次諧波，其余的奇次諧波依次衰減[2]，第h次諧波電壓含有率：

2 某地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)狀

近幾年隨著經(jīng)濟的發(fā)展，鐵路負(fù)荷穩(wěn)中有升，占懷化電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷比重近1/3強，由于負(fù)荷波動大，一會吸收系統(tǒng)無功負(fù)荷，一會又向系統(tǒng)倒送無功，使變電站母線電壓波動頻繁，影響到對其他用戶的供電質(zhì)量，受影響最大的有火馬沖變、瀘陽變、李家坡變、懷化變#1主變等供電用戶。鐵路牽引變負(fù)荷在懷化電網(wǎng)中所占比重越大，對系統(tǒng)電壓的影響也越來越嚴(yán)重。

（1）東端電鐵牽引變運行方式。低莊牽引變由李牽線主供（田家電源），觀煙線備用（觀音閣電源）；大江口牽引變由田李Ⅱ線主供（田家電源），田李Ⅰ線備用（田家電源）；小龍門牽引變由滬線主供（田家電源），陽火線備用（陽塘電源）。

（2）西端電鐵供電方式。懷化牽引變由陽新Ⅱ線主供（陽塘電源），公晃線備用（公坪電源）；巖田鋪牽引變由公晃線主供（公坪電源），陽新Ⅱ線備用（陽塘電源），新晃牽引變有晃新線主供（晃州電源），陽新Ⅱ線備用（陽塘電源），象鼻子、麻陽牽引變由陽錦線主供（陽塘電源），公錦線備用（公坪電源），錦和牽引變由公錦線主供（公坪電源），陽錦線備用（陽塘電源）。110kV牽引變電站供電如圖1所示。

3 PSASP建模仿真

3.1 PSASP軟件概述

電力系統(tǒng)分析綜合程序（Power System Analysis Software Package）簡稱PSASP。是一套歷史長久、功能強大、使用方便的電力系統(tǒng)分析程序，它具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)，是資源共享，使用方便，高度集成和開放的大型軟件包。[3]主要功能有潮流計算、暫態(tài)穩(wěn)定、短路電流、網(wǎng)損分析、電壓穩(wěn)定、電能質(zhì)量分析等。本次建模仿真中主要用到了諧波潮流計算和電能質(zhì)量計算兩個模塊。[4]電能質(zhì)量計算流程結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 電能質(zhì)量計算

電力系統(tǒng)諧波分析是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)以及負(fù)荷、諧波源濾波器等元件的運行條件，通過諧波潮流計算確定系統(tǒng)中諧波電流的分布以及各部分的電壓和電流波形的畸變程度，或通過計算網(wǎng)絡(luò)的頻率相應(yīng)判斷系統(tǒng)是否臨近諧波諧振狀態(tài)以及怎樣減小系統(tǒng)諧振發(fā)生的可能性的計算[4]。

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，錄入牽引變電站參數(shù)，牽引主變銘牌參數(shù)見表1。三相不對稱諧波潮流計算作業(yè)定義，錄入韶山SSD4型電力機車諧波參數(shù)，執(zhí)行計算。

3.3 結(jié)果輸出

計算結(jié)果輸出。湘田家110受大江口牽引變電站、小龍門牽引變電站影響，總諧波畸變率達(dá)7.95%；湘陽塘供電區(qū)內(nèi)有新晃2牽引變電站、錦和1牽引變電站，同時還間接收到小龍門T滬至瀘陽變等影響，總諧波畸變率為6.97%，湘公坪供電區(qū)內(nèi)接有新晃1牽引變電站、錦和2牽引變電站，下一級的還有鐵路變等諧波源，諧波電壓畸變率高達(dá)10.54%，湘山塘驛、湘涼水井、湘飛山等都受到電鐵諧波侵入影響，諧波畸變率分別為4.04%、6.89、2.21。均超過電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T14549-1993不能超過2.0%的允許值。

而與牽引變電站直接供電的110kV電壓等級變電站，諧波畸變率也均超出國家標(biāo)準(zhǔn)。如湘懷化李家坡變電站，兩側(cè)有大江口牽引變電站和低莊牽引變電站，諧波電壓受電鐵諧波影響很大，總諧波畸變率李家坡110-1為10.59%、李家坡110-2為10.63%、李家坡35為10.37%，均超國標(biāo)允許3到5倍。同樣與電鐵牽引變電站有聯(lián)系或簡介關(guān)聯(lián)的變電站諧波都超出國家標(biāo)準(zhǔn)允許值，典型的變電站有湘懷化瀘陽110、35，總諧波畸變率分別為6.99%、7.12%。湘懷化新街110，總諧波電壓畸變率為6.64%，湘懷化火馬沖110、35，總諧波畸變率分別為8%、7.83%。湘懷化懷化110-1與湘懷化懷化35-1受電鐵諧波侵入影響也很嚴(yán)重，總諧波畸變率分別為10.55%與9.94。而電網(wǎng)諧波國標(biāo)允許值是35kV為不大于3%，110kV為不大于2%。

4 結(jié)論

從以上數(shù)據(jù)分析，可以得出，受電鐵諧波影響較大的變電站主要有：公坪變電站110kV側(cè)、懷化變電站1主變、火馬沖變電站、李家坡變電站、新街變電站、瀘陽變電站等110kV變電站，陽塘、田家、山塘驛、涼水井等220kV電壓等級110kV側(cè)出線也受到電鐵諧波不同程度影響。總諧波電壓畸變率超過國家標(biāo)準(zhǔn)2到5倍，影響很大，需要及時治理，使之符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn)：

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[4]中國電力科學(xué)研究院.電力系統(tǒng)分析綜合程序（PSASP）電能質(zhì)量計算用戶手冊[R].北京：中國電力科學(xué)研究院，2015.

[5]李欣然，孫謙，朱湘有，張永旺，鄧威.基于實測數(shù)據(jù)的電鐵牽引負(fù)載諧波源模型[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012（01）：158-162.