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地铁上应用的有源滤波器

地铁上应用的有源滤波器

2018-06-13 16:51:00

有源滤波器在地铁中的应用

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    随着科技的进步,城市化水平的不断提高,城市地铁交通与人们日常生活息息相关。地轨道交通系统的用电设备缤纷复杂,其中像电力机车、空调水泵及风机、电梯、机房网络设备、UPS、灯光调控系统、消防系统、监控系统和其他电力电子设备分布在整个地铁的应用现场。造成了恶劣的谐波环境,对保证电力系统和设备的安全正常运行造成了极大的威胁。

   

轨道供电系统中存在的五点问题:

(1) 轨道交通的供电系统是比较特殊的单相供电,这样导致了三相的严重不平衡。

(2) 电铁轨道交通供电系统是经大功率整流桥整流输出后供机车取流牵引,目前国内电铁机车都是采用直流斩波器作为牵引机车直流电源整流系统,机车牵引取流时负荷变化剧烈及快速,产生大量11 次、13 次谐波电流。

(3) 站用变频器、UPS、开关电源大量非线性负荷,且随着节能的需要,变频负荷所占比重逐年提高。变频负荷逐年增加,其产生的谐波电流也在相应增加。

(4) 电力机车频繁启动、加速、制动使得系统无功快速变化,谐波存在也增加了系统无功的损耗,致使功率因数变化不定且低下。

(5) 根据GB50157-2003《地铁设计规范》,地铁动力照明供电系统应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。从理论上,该电力电容器无论在基波下还是在谐波下均表现为容性,因此,对于不论是来自于配电变压器高压侧的谐波还是来自于低压变频负荷产生的谐波均会起到放大作用。


    在城市轨道交通供电系统中使用的刚性接触网一般为悬挂式,它与以往的柔性接触网是存在明显的区别的,其安装的方法主要有两种,一种是T型,,这种类型的汇流排的横截面积比较大,还能将电阻减少到百分之六十左右,不需要馈电线的辅助,所以结构简单,排列紧凑。


谐波的危害:

(1)谐波污染对电网的影响

    谐波对电网的安全性、稳定性、可靠性的影响还表现在可能引起电网发生谐振、使正常的供电中断、事故扩大、电网解裂等。

(2)谐波对电力变压器的影响

    谐波电流使变压器铁损及铜损增加,同时使温度上升并产生噪声。变压器损耗的加大,会使绝缘介质老化并加速寿命缩短。

(3)谐波对电缆的影响

    谐波污染会使电缆的介质损耗、输电损耗增大,泄漏电流上升,温升增大,干式电缆的局部放电增加,引发单相接地故障的可能性增加。

(4)对电容器的影响

    使电网中的电容器产生谐振。


有源电力滤波器的原理:

    有源电力滤波器通过电流互感器,实时检测负载电流,并通过内部DSP计算,提取出负载电流的谐波成分,然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等,方向相反的谐波电流注入到电网中,实现滤波功能。如下图所示:

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    有源滤波器在城市轨道交通供电系统刚性接触网的应用过程中的作用非常广泛,并且其使用的性价比也比较高。在改造旧线与安装新线以及降低隧道的使用空间等情况下具有重要的意义。经研究发现,目前悬挂式的刚性接触网已经运用到全国各个城市700米长左右的轨道中,其发展的前景非常广阔,安装技术也已经发展成熟,安装的方式也越来越先进,在城市轨道交通中也越来越重要。





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