（电力系统及其自动化专业论文）电气化铁道谐波过程分析与推荐限值制定思路研究.pdf

第1t 页嚣毒交暹丈攀壤圭委嚣究生学位论文 a b s t r a c t 强t ht h ed e v e l o p m e n t o f p o w e rs y s t e m 。t h ep o w e rq u a l i t yi sr e q u e s t e dt ob e b e t t e ra n db e t t e r h a r m o n i ci st h em o s tg e n e r a lp h e n o m e n o ni np o w e rs y s t e m a n dh a r m o n i ci st h em a i ni n d e xo f p o w e rq u a l i t y t h em a i n h a r m o n i cp r o b l e m 穗 o u rc o u n t r yi sc o n s i s t e n c yb e t w e e nu t i l i t ya n de l e c t r i f e dr a i l w a y t h el e n g t ho f e l e c t r i f i e dr a i l w a y 趣o u re o t m t r yi sm o r et h a nl8 0 0 0 k m 。a n dt h ec o n d i t i o no f s u p p l ys y s t e mi sv e r yc o m p l e x ag r e a tl o to fh a r m o n i cp r o d u c e db ye l e c t r i f i e d l o c o m o t i v e ( m a i n l yi n c l u d i n go r d e r3 ，5a n d7 ) i sd i r e c t l yi n j e c t e di n t ou t i l i t y t h ee f f e c to fh a m a o n i ct ou t i l i t ym u s tn o tb ei g n o r e d s or e s t r i c t i o no nh a r m o n i c i n j e c t e di n t ou t i l i t yi si m p e r a t i v e b u tc h a r a c t e r i s t i c so ft r a c t i o nl o a di n c l u d e s i n g l ep h a s e ，u n b a l a n c e a n dr a n d o m ，s oh a r m o n i co ft r a c t i o n l e n di sa l s o 式歉r e n tf r o mh a r m o n i co fo t h e rl o a d a t p r e s e n tt h ek n o w l e d g eo ft r a c t i o nl o a d h a r m o n i ci sl i m i t e d ，s of u l l - s c a l ea n di n - d e p t hs t u d yo n t r a c t i o nl o a dh a r m o n i ci s n e e d e d 。 d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co ft r a c t i o nl o a dh a r m o n i ci ss t u d i e db a s eo nl o t s r e c o r d e dh a r m o n i cd a t a t h ee x i s t i n gm o d e l i n gm e t h o do f h a r m o n i ci sa n a l y z e d a n dt h em i n i m a ls q u a r ea p p r o a c hi s p r o p o s e dt of i tt h ed i s t r i b u t i o no t 、t r a c t i o n l o a dh a r m o n i c 。羊h ec h e c k o u ts h o w s t h a tt h ef i t t i n ge f f e c ti ss a t i s f y i n g t h i sp a p e rc h e c k o u tt h es u m m a t i o ne x p o n e n t sa d o p t e di ni e c 6 1 0 0 0 3 6 t h r o u g hs t a t i s t i co fh a r m o n i cv o l t a g e st h a ta r ei n j e c t e di n t o l10 k vu t i l i t yf r o m t r a c t i o ns u b s t a t i o n ，t h er e s u l tm a k e si to u tt t l a ts u m m a t i o n e x p o n e n t sa d o p t e di n i e c 6 10 0 0 * 3 - 6i sn o ta b l et or e f l e c tt h es u m m a t i o nr u l e so fh a r m o n i cv o l t a g e i n j e c t e d i n11 0 k v u t i l i t y f r o mt r a c t i o ns u b s t a t i o n 1 1 1 i s p a p e re x p l o r e s t h e s u m m a t i o nr u l e so fh a r m o n i c v o l t a g e s o ft r a c t i o nl o a d b a s e do nl o t so f m e a s u r e m e n td a t aa n dn e ws u m m a r i o ne x p o n e n t ss u i t a b l ef o rt r a c t i o nl o a da r e p r o p o s e d i ti sp r o v e dt h a tc a l c u l a t i o nr e s u l t so fa d o p t i n gs u m m a t i o ne x p o n e n t s a r eb e t t e rt h a na d o p t i n gs u m m a t i o n e x p o n e n t i ni e c r e p o r tb y s i m u l a t i o n t h ei m p a c to fc o i n c i d e n c ef a c t o r sf o rd i s t o r t i n g1 0 a d so nd i s t r i b u t i o n o f h a r m o n i ce m i s s i o nl i m i t si sa n a l y z e di nd e t a i l t h ec o i n c i d e n c ef a c t o ro f t r a c t i o n l o a d si nam o u n t a i n o u sa r e ai s0 3 - 0 5 t h ed i f f e r e n c eo fh a r m o n i ce m i s s i o n l i m i t sw h e nc o n s i d e r a t i o na n d n o n - c o n s i d e r a t i o na r ev e r yo b v i o u s l v o f f - l i n e a n a l y s i s o ft r a c t i o nl o a dh a r m o n i c u s i n gm e a s u r i n gm e t h o d s 西南交通大学博士研究生学位论文第1 | | 页 b r o u g h tf o r w a r db yi e c 6 1 0 0 0 4 7a n dc o m p a r eo fa l lm e a s u r i n gm e t h o d sa r e c a r r i e do u ti nt h i sp a p e r h a r m i n gw i n d o w i sr e c o m m e n d e dt om e a s u r eh a r m o n i c o ft r a c t i o nl o a do nc o n d i t i o nt h a th a r d w a r eo fm e a s u r i n gi n s t r u m e n ts a t i s f i e s r e q u i r e m e n to f c a l c u l a t i o ns p e e d b a s e do nc o m p a r eo fi e c 6 1 0 0 0 3 6a n dg b t 1 4 5 4 9 ，s o m ep r o b l e m st h a t s h o u l db ep a i da t t e n t i o nt ow h e ne s t a b l i s h i n go r r e v i s i n gr a t i o n a ls t a n d a r da r e p r o p o s e d ，t h ep r o b l e m si n c l u d eh a r m o n i ce m i s s i o nl i m i t ，d i s t r i b u t i n gm e t h o do f h a r m o n i ce m i s s i o n l i m i t ( c o n f o r m a t i o no fsa n ds t ，s u m m a t i o ne x p o n e n t s c o i n c i d e n c ef a c t o r s ) ，e v a l u a t i o nm e t h o d k e yw o r d s ：e l e c t r i f i e d r a i l w a y ；h a r m o n i c ；l i m i t s ；s u m m a t i o n e x p o n e n t s c o i n c i d e n c ef a c t o r s ；m e a s u r e m e n tm e t h o d 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电予版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书； 2 、不保密团，适用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 铒彬锋 日期：即侔r 媚 。日 指导教师 日期：9 僻1 五月z 1 日 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和 集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本 人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 基于大量电气化铁道谐波实测数据，研究了电气化铁道谐波的统计特 性，提出使用最佳平方逼近法获得电气化铁道谐波在二维平面上分布 的概率分布模型。 2 对i e c 6 1 0 0 0 3 6 中提出的谐波电压叠加指数进行了验证，指出其不 完全适用于电气化铁道牵引负荷在电力系统侧引起的谐波电压叠加， 并提出了适用于牵引负荷谐波电压的叠加指数。 3 提出了牵引负荷实际同时系数，并说明了同时系数对谐波发送限值分 配具有较大影响，特别是对波动剧烈的电气化铁道影响较大。 4 比较了i e c 6 1 0 0 0 4 7 和g b t 1 4 5 4 9 9 3 中规定的谐波测量方法，分析 了i e c 6 1 0 0 0 - 4 7 和g b t 1 4 5 4 9 的异同点，提出了简单且准确测量电 气化铁道谐波的方法。 5 将i e c 6 1 0 0 0 3 6 与g b t 1 4 5 4 9 进行了比较，提出了制定或修订谐波 国标时应该注意的几个问题：主要是谐波发送限值的确定、用户谐波 发射限值的分配方法( 涉及用户协议容量和供电容量的确定、多谐波 源叠加指数的确定、多谐波源同时系数的确定) 、限值评估的方法。 学位论文作者签名：么昂侈白参 日期：矽年明加日 西南交通大学博士研究生学位论文 第1 页 第一章绪论 1 1 引言 上世纪八十年代之前供电企业普遍认为保证了电网的频率、供电电压和 功率因数在合适的范围内，就保证了电能质量。但是，随着电力系统规模的 飞速发展，电能质量的含义也发生了变化。电能作为一种特殊的商品，其性 能除频率、电压等参数描述外，还必须用谐波畸变率、电压偏差、三相不平 衡度、电压波动及闪变等其它物理量才能描述得比较全面。 谐波是目前电力系统中存在的最普遍现象，是电能质量的最主要指标。 对于电力系统谐波认识始于二十世纪二、三十年代，在德国对静态整流器产 生的波形畸变进行了探讨。正是从那时起，谐波问题引起了人们的关注1 1 , 2 1 。 在国内，二十世纪八十年代初，石太电气化铁道的运行以及电力系统直流输 电工程的大规模实施，引起了国内电力谐波研究的热潮【3 1 8 1 。在大量理论研 究和实验的基础上，国家和电力行业均制订了相关的规范和法规；1 9 8 4 年， 原水利电力部颁发了s d l 2 6 8 4 谐波管理暂行办法；1 9 9 3 年国家技术监督局 正式颁发了电能质量公用电网谐波( g b t 1 4 5 4 9 9 3 ) 国家标准，使谐 波综合治理工作走上了法规化道路。 我国电气化铁道谐波的主要问题是电力系统与电气化铁道的协调问题。 我国电气化铁道已达1 8 0 0 0 k m ，遍布全国，外部供电条件复杂。据统计全国 铁路牵引用电不足全国发电量的2 。电气化铁道牵引负荷是整流型负荷， 产生大量谐波( 主要是3 、5 、7 次) 注入电力系统，而且电气化铁道作为少 数直接接入高压电网的大宗电力用户其谐波对电力系统和其它用户产生的 影响不容忽视，因此对牵引负荷注入电力系统的谐波进行限制势在必行。但 是由于牵引负荷具有单相不对称特性，且波动剧烈，其产生的谐波有别于其 它电力用户产生的谐波。目前国内对电气化铁道谐波的研究还刚刚开始，认 识还很有限，因此需要系统全面地进行研究。由于我国电气化铁道具有本国 特色，直接使用国外标准有一定困难。因此，必须针对我国电气化铁道的运 行模式进行研究分析，提出适合我国电气化铁道的限值制定思路。 第2 页酉南交通大学薄士讲究生学位论文 1 ，2 谐波的危害和不良影响 潜波时奄力系统及弼户有诸多不蘸彩蹶，謇舔主列赛了l l 令方露 1 9 1 ： ( 1 ) 介质淹穿或无功过裁而使电容器组故障：( 2 ) 干扰纹波控制电力载波 系统，引起遥控、负荷控制和遥测的邋行异常：( 3 ) 引起感应电机和同步电 枧的额终损联葶瑶过热；( 4 ) 网络谐振g l 超过电压或琵电流；( 5 ) 谐波过电压 弓 起绝缘墩缆豹介质击穿；( 6 ) 对逶蘩繇统的感盔予撬；( 7 ) 翳怒感应式龟 度表计量误差；( 8 ) 引起信号干扰和保护误动，特别怒固态型的和微机型的； ( 9 ) 干扰大型电机控制系统和电厂励磁系统：( 1 0 ) 引起感应电机或同步电 机的辊摄搬动；( 1 1 ) 弓l 越基于电压过零检测或翅锁的魅发电路的不稳定运 行。当然，这些不良影响依赖于谐波源及箕掰在位置鞫丽络酶谐波传疆特往。 文献 2 0 建议根据谐波影响的特性，将谐波影响划分为三类即热影响、 冷影响和谐振影响。 热影确攒因发热丽产生豹不良影噙，舂长鬏性鞠积累效应，主簧是谐波 或台成谐波的幅值在起移稿。如对感蔽电视帮同步魄枫的影嘀，魄容器组豹 热效应，电腹表的计量误差以及机械搬动等都属于j 比类。 冷影响指瞬间产生的不良影响，主要是谐波或合成谐波的瞬时幅值或相 位在超终翅。魏对继电 聚护和叁动装嚣等弱电设冬豹影睫，对毫容器缝帮绝 缘电缆的毫介质的影镌簿精于此类。 谐振影响指网络的拓扑结构和参数对谐波源激励的一种响应，它发生时 将引起相关元件的过电流或过电压。在低次谐波下，未串入电抗嚣或串入的 邀抗器不埝警辩著联电容捺组币缝投入侵用或投入藤敬障邦属予憩范跨。蹇 次谐波下，电力系统的阻抗一频率特链十分复杂1 2 敞2 , 2 3 1 ，局部并联谐振和串 联谐振交替发生，系统及其元件和谐波源对畸变的作用已面1 7 1 全非，并变得 无法人为控制。一定程度上，谐振也是种谐波源。 1 3 国内外谐波标准的发展历史和研究现状 1 。3 1 国外谐波标准发滕概况 邀力系统谐渡在重熟已有持续、深入豹磅究，殴经藏为专门漯题。由予 鞫终电力系统发展要早予国内，困忿对谐波问题斡认识也要旱予困态。电力 系统谐波m 题的研究始予二十世纪二、三十年代。张德国，由于使用静止变 流器造成电力系统波形畸变，谐波问题开始纳入研究领域。在此期间关于变 西南交通大学博士研究生学位论文 第3 页 流器理论最有影响的著作为文献 2 6 ，而论述静止变流器产生谐波的经典论 文则是文献 2 7 。在二十世纪五十年代，对变流器谐波的研究集中在直流高 压输电领域，在文献 2 8 】中对此时期该领域的论文进行了扼要的论述。目前 很多电力电子和电力工程领域的国际会议均把谐波作为一个重要内容进行 研究。美国电气与电子工程师学会( i e e e ) 、国际电工委员会( i e c ) 和国 际大电网会议( c i g r e ) 都成立了相关的机构对谐波进行广泛深入的研究。 国外最早的谐波标准出自欧洲。早在1 9 6 9 年c e n e l e c ( e u r o p e a n c o m m i t t e ef o re l e c t r o t e c h n i c a ls t a n d a r d i z a t i o n ) 和i e c 联合组成委员会对家 用电器中静态开关电路造成的谐波产生的影响进行调查。标号为e n 5 0 0 0 6 的首个谐波标准由c e n e l e c 于1 9 7 5 年提出，同时被1 4 个欧洲国家采用。 1 9 8 2 年德国使用更加全面的i e c 5 5 5 2 文件替代了e n 5 0 0 0 6 8 5 , 8 6 1 。 英国是对电力系统谐波问题认识比较早的国家之一。英国早在1 9 7 6 年 就颁布了g 5 3e n g i n e e r i n gr e c o m m e n d a t i o nl i m i t sf o rh a r m o n i c si nt h e u n i t e dk i n g d o m e l e c t r i c i t ys u p p l ys y s t e m ) ) 作为对电力系统谐波限制标准之 一1 2 9 j 。它为我国和其它国家的谐波标准制定提供了实际经验，具有很大参 考价值。 美国i e e e 工业应用协会自1 9 7 3 年起开始制定谐波标准，并于1 9 8 1 年 发布了第一版i e e es t d 5 1 9 。1 9 8 1 “i e e eg u i d ef o rh a r m o n i cc o n t r o la n d r e a c t i v ec o m p e n s a t i o no fs t a t i cp o w e rc o n v e r t e r s ”。i e e e 文件根据其说明性 有一系列层次，如“导则( g u i d e ) ”、“推荐惯例( r e c o m m e n d e dp r a c t i c e ) ” 和“标准( s t a n d a r d ) ”。1 9 8 6 年电力工程师协会加入到工业应用协会，并将 i e e es t d 5 1 9 由“导则”更新为“推荐惯例”。这就是目前国际上广泛使用的 i e e es t d 5 1 9 1 9 9 2 “i e e er e c o m m e n d e dp r a c t i c e sa n d r e q u i r e m e n t s f o r h a r m o n i cc o n t r o li ne l e c t r i c a lp o w e r s y s t e m s ”。 在北美i e e es t d 5 1 9 已经被多家电力公司采用。已经发现该标准的很多 “电力公司版本”要求用户除遵守电流畸变限值外，还要遵守电压畸变限值。 电网的职责是保证背景畸变水平不超过i e e es t d 5 1 9 限值。我们认为“电力 公司版本”更加实用。该观点可以用实例证明：新用户的接入可能造成电压 畸变率超标而注入系统的谐波电流未超标。该实例中电压畸变率超标明显是 由用户造成的。用户也处在纠正问题最有利的位置上，因为用户可能已经计 划使用滤波器或其它方法满足谐波电流限值。满足电压谐波限值可以靠重新 设计滤波器来达到。另一方面，在这个实例中如果电网被认为需要对电压畸 变超标负责，那么除了用户安装滤波器外，电网必须安装抑制谐波设备【8 7 】。 第4 页西麓交通大学博童静 究生学位论文 i e c 6 1 0 0 0 3 6 主嚣是在c i g r e 的两个出版物的基础上建立起来的， 即“c o n n e c t i o no fh a r m o n i cp r o d u c i n gi n s 滋l a t i o n si nh i 爨一v o l t a g en e t w o r k s 诚t hp a r t i c u l a rr e f e f e n c et oh v d c ”鄹“e q u i p m e n t p r o d u c i n gh a r m o n i c s a n d c o n d i t i o n sg o v e r n i n gt h e i rc o n n e c t i o n st ot h em a i n sp o w e rs u p p l y ”。这两个 文件对i e c 6 1 0 0 0 3 6 所采用的基本蹶理进行了清楚的描述。i e c 6 1 0 0 0 3 6 最主要特悫在予设置了系绞任意一点上鳃电压畸变兼骞承乎。对罨缓设计来 说，蕊裁承警楚i e c 6 1 0 0 0 。3 6 推荐翡。规翅东平隈馕要严于兼容承平限壤。 i e c 6 1 0 0 0 3 ，6 的另一个特点是提出了三级评估方法。其中的= 级评估与 i e 髓s t d ，5 1 9 相对应。i e c 6 1 0 0 0 3 ，6 的大量篇幅主瓣阐述二级评估中如何估 诗竞诲谐波发送限毽，势为j 毙潮定了谨缯豹公式，键璜窍蔫户( 魏援薅寒接 入的) 可以矮享系统谐波容量。需要说明的是谐波发送限值是能计的，而不 是根据基予实际情况的详细谐波潮流研究得出的。因此，可能会宵用户谐波 电流小于限俊但是电压畸变率仍然超出限值的情况发生。文献 8 7 】认为该估 计篷过于璨守，共虽c i g r e 豹嚣令文件劳没毒漤缨捌爨售计谤波亳滚夔方 法。 1 3 2 我圉谐波标准发展溉况 在嚣蠹，薅 錾波阚越熬疆究媲予上整纪a 十年伐痨。1 9 8 2 零4 旁嚣承 电部在石家庄组织召开了全国首次谐波学术交流会，会上把电气化铁道作为 重要的谐波源，并提出要尽快制订谐波标准。1 9 8 4 年北京供电髑与北京电 机工程学会供用电专业懿员会共同对j b 京地区的谐波状况以及北京大同、 l l 京一秦垒逸逮气豫铁邋对电力系绞豹影囊等骰了裙步熬磷究与分撰，莠提 出了许多簸贵的意觅。1 9 8 2 年9 月原水电部组成赴英国考察电力系统谐波 小组，重点考察了英国1 9 7 6 年颁发的电力系统谐波管理技术规范g 5 2 及g 5 3 ) ) ，弗组织编写了电力系统谐波管理的暂行规定( 征求意见稿) 。 鹫波润越目薅迄；| 麓了铁道嫠懿黧视，铗遂郝凌1 9 8 2 年下达磺究顼銎 “电铁高次谐波容许标猴的研究”，并成立了研究小组。1 9 8 4 年6 月铁道部 研究小组递交了电铁谐波允许值的建议与说明，缀审核后发至原水电部， 反映了对暂行规定黝不同意见。殿水电部对此没有答复，两是i 奠( 8 4 ) 承电奄生字第5 6 号文爱式颁布了麓行趣定( s d l 2 6 8 4 ) ，娥定叁1 9 8 5 年1 月1 日越执行 1 2 2 , 1 2 3 。1 9 8 6 年4 月原国家标准局的关于发送“一九八 六年制、修订国家标准项目计划”的通知中明确了：“电力系统高次谐波 分量”项目出水电部生产蠲和铁道部熬建总蜀为负爨单位，共间起革。 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 开始着手制订国标后，两部都进一步加强了对谐波的研究工作。1 9 9 1 年原能源部谐波国标起草小组拿出了电能质量公用电网谐波( 征求意 见稿) 。1 9 9 2 年3 月1 0 日，国家技术监督局标准化司主持召开了谐波国标 协调会，经充分讨论和协商，形成了( 电能质量电力系统高次谐波分量) 国家标准起草协调会议记要。在记要中原能源部、铁道部协商同意： “鉴于目前电气化铁道的特殊性，公用电网谐波标准暂不适用于电气化 铁道。对电气化铁道接入公用电网的谐波要求，由两部另行签订协议解决。” 至此，电铁谐波在电力谐波中的特殊地位才被我国正式确认下来【l 2 3 】。 1 9 9 3 年国家技术监督局正式颁发了电能质量公用电网谐波 ( g b t 1 4 5 4 9 - - 9 3 ) 国家标准，使谐波综合治理工作走上了法规化道路。 为了加快两部电铁谐波协议的签订，国家计委重点建设协调监督司于 1 9 9 4 年2 月指示铁道部先提出一个两部协议的建议稿，作为两部进一步协商 的框架。1 9 9 4 年5 月4 日铁道部建设司向国家计委重点建设协调监督司行文， 提出了签订两部协议的实施意见，随后组织铁道部电气化铁道谐波标准起草 小组，广泛深入地开展了电铁谐波的有关研究工作。1 9 9 5 年底，铁道部电气 化铁道谐波标准起草小组完成了电力、铁道两部关于解决电气化铁道谐波 规定的协议( 建议稿) ，并上报国家计委和国家技术监督局。1 9 9 7 年3 月5 日，电力工业部专门发出了关于加强电气化铁道谐波治理工作的通知。通知 要求“今后凡新建电铁工程必须有谐波治理措施”。 但是到底应该用什么样的数值来管理、限制牵引负荷在电力系统中引起 的谐波分布水平，还有待于电力、铁道部门进一步协商。到目前为止，电力 部门和铁道部的关于电气化铁道谐波问题的争论还没有结束，对电气化铁道 谐波问题的研究也越来越深入。 国际电工委员会的主要任务是制定有关国际技术标准。i e c 陆续出版了 i e c 6 1 0 0 0 电磁兼容系列标准或技术报告，其中涉及电网谐波及其限值的文 献主要是i e c 6 1 0 0 0 3 6 ，其性质为第三类技术报告。国际电工委员会明确指 出，为了促进国际上的一致，参加i e c 的国家“应尽可能最大限度地把i e c 国际标准转化为其国家标准和地区标准” 8 8 1 0 为使我国谐波标准向更科学、 更先进的方向发展，2 0 0 0 年国家技术监督局将i e c 6 1 0 0 0 3 6 “a s s e s s m e n to f e m i s s i o nl i m i t sf o rd i s t o r t i n gl o a d si nm v a n dh vp o w e r s y s t e m ”等同采用 为g b z 1 7 6 2 5 中、高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估。 i e c 6 1 0 0 0 3 6 与g b t 1 4 5 4 9 既有共同之处，也存在区别，1 4 节和1 6 节将 对这两个标准进行简单介绍，第6 章将对两者进行详细比较。 第6 页西南交通大学碡士磺究生学位论文 总的来说，国内外谐波研究的主瓣成果产生于7 0 年代以后，发展趋势 是由确定漤藏型随规潮滚，麸理论研究、灏试分辑到标准或导则制订与瘸予 工程实践，并不断总维缀验，提高研究承平与成效。 1 4 i e c 6 1 0 0 0 3 8 概述 4 1l e c 6 1 0 0 0 - 3 - 6 麓奔 i e c 6 1 0 0 0 3 6 是由围际电工委员会( i e c ，i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a l c o m m i s s i o n ) 技术委员会7 7 ( 电磁兼容) 的7 7 a 分技术委员会制定的。 i e c 6 1 0 0 0 3 ，6 是i e c 6 l o 稳筵3 部分第6 分部分，按照i e c 导剡1 0 7 ，它 舆有基础毫磁兼容( e m c ) 出版物的滚位。 i e c 6 1 0 0 0 3 6 提出了决定大型畸变负荷( 产生谐波和或谐间波) 接入 公用电力系统所依据的一些基本原则，其主要目的在于为工程实践提供指 导，班缳谖慰掰有接入系统豹躅户都有合适翘供电艨量f 2 4 】。 i e c 6 1 0 0 0 3 6 把与 辫波有关的闯越分为两种鍪本的类型： a 由变流器或其它的谐波源把谐波电流注入到供电网络中，谐波电流 及其所引起的电压可认为是传导的现象。i e c 6 1 0 0 0 3 。6 的目的在于把供电网 终中实际的谐波电垂隈铡到怼敏感设冬不造成有害影蟪豹本乎( 藏套承乎) 。 b 在5 0 h z - 5 k h z 范围内的谐波魄流可能把干挠弓l 入至i 通信系统中。由 于在高次谐波频率下电路之间的耦台增加和在音频范围内通信网路有更高 的灵敏度，所以这种现蒙趸加显著。 王e e 6 | o e o 一3 6 戆重感主要是控豢l 绒羧裁谤波奄燧及其影昀。 1 4 2 i e 0 6 1 0 0 0 3 6 的几个基本概念 i e c 6 1 0 0 0 - 3 6 提出了谐波电压的兼容水平、规划水平和发射水平三个基 本概念： l 、兼容水平是用来协调供电网络设备域由供电网络供电的设备发射和抗抗 度的参考值，以保证熬个系统( 包括网络及所避设备) 的电磁兼容性。 2 、规划水平是在规划时评估所有用户负荷对供电系统的影响所用水平。供 毫公司凳该系统掰畜务邀蕴等级栽定7 蔑剡农乎，并显蔑划零平可良议 为是供电公司内部的质量指标。规划水平等于躐小于兼容水平。由于随 着网络结构和环境条件的不同而有不同的规划水平，所以只w 能给出一 些指拣德。i e c 6 1 0 0 0 - 3 。6 给出的谐波电压规划水平见表1 1 。 西南交通大学博士研究生学位论文第7 页 表1 1 中压( m v ) 、高压( i - i v ) 和超高压( e h v ) 系统中谐波电压规划水平 奇次谐波( 非3 倍数)奇次谐波( 3 倍数)禺次谐波 谐波 谐波电压 谐波 谐波电压 谐波 谐波电压 次数次数次数 m vh v e h vm vh v _ e h vm vh v e h v 55234221 61 5 74291 21411 1 l 31 51 5o 3o 360 50 5 1 32 51 52 lo 2o 28o 40 4 1 71 61 2 l o 2o 21 0o 4o 4 1 91 211 2o 2 0 2 2 31 2o 7 1 2o 2 0 2 2 51 20 7 o 2 + o 5o 2 + o 5 2 5 x ( 2 5 r n )( 2 5 h ) 注：总谐波畸变率( t h d ) 为：中压系统6 5 ，高压系统3 。 3 、在每一谐波( 谐间波) 频率，畸变负荷的发射水平是谐波( 谐间波) 电 压( 电流) 。如果没有其它畸变负荷出现，那么由该负荷引起的谐波( 谐 间波) 电压( 电流) 进入电力系统中。 为了把用户的总谐波电流与发射限值相比较，测量最小周期建议为一个 星期。每天最大的9 5 概率的厶。值( 在“非常短”的3 秒时段各次谐波分 量的有效值) ，不宜超过发射限值：每个星期最大的厶。h 值，( 在“短”的1 0 分钟时段各次谐波分量的有效值) ，不宜超过发射限值；每个星期最大的厶，。 值不宜超过1 5 2 倍的发射限值。 实际上，一般是从有关负荷和系统的数据来评估谐波水平：由于可能有 许多其它的畸变负荷出现，很难直接测量这些水平。 1 4 3 l e c 6 1 0 0 0 3 6 的三级评估方法 i e c 6 1 0 0 0 - 3 6 提出的接受畸变负荷的评估方法取决于用户的协议功率、 产生谐波设备的功率和系统特性。其目标是把来自各用户的总电压畸变水平 限制到不超过规划水平。i e c 6 1 0 0 0 3 6 确定了一个三级评估方法，这三个等 第8 页西南交通大学博士研究生学位论文 级可以按顺序使用或独立使用，如图1 - l 所示。 供电方舍作用户 选燃平k 1 协议容量墨l t y 既念、 飞鐾3 一l 第l 级 ? 。念i 耥l n ：豆1 1 一3 吵 1 评估用户负荷的l 黼产1 1 第2 级 冀鲫户j 分罐l 慧衰量璧摇 i 的干扰l 且“l l 哪鳊霞秽刚 指定p c c 处发送限值l 层m2 o - l l 夕 阍。 f f s 7 j 。： 1 3 8 k v 单次谐波 3 o1 51 0 总谐波畸变 5 02 51 5 第14 页西南交通大学博士研究生学位论文 3 加拿大 加拿大太平洋国际咨询公司于1 9 8 4 年在其编制的铁路电气化建议标 准第八章中，明确规定了谐波电压畸变率允许标准，其具体内容为： “加拿大没有制定全国统一的谐波电压畸变允许标准。不同的电力系统 有各自的规程和导则，并在用户的合同或设备说明书中加以明确。 根据美国关于电力系统的谐波标准( i e e e 关于谐波控制的标准，1 9 7 9 ) 及英国有关规范，建议采用如下标准： ( 1 ) 在专供电铁的p c c 由电铁产生的总谐波电压畸变率不大于5 0 ， 单次谐波畸变率不大于1 5 。 ( 2 ) 当p c c 不仅向电铁供电，还向一般电力负荷供电的情况下，由电 铁产生的总谐波电压畸变率和单次的谐波电压畸变率，在p c c 电压为 1 0 0 k v 及以上时，分别不大于3 o 和1 _ 0 ，在p c c 电压小于1 0 0 k v 时， 分别不大于5 ，o 和1 5 。”州 加拿大电力公司于1 9 8 6 年提出的国家谐波标准( 导则) 中的建议如表 1 4 所示： 表1 - 4 加拿大允许的电压畸变值 系统t h d u单个用户允许值 电压等级 目标值t h d uu h 奇次u h 偶次 输电电压 1 o ( m i n ) 1 1 5 k v 41 o1 o 2 0 ( m a x ) 配电电压1 5 ( m i n ) 61 51 0 1 2 4 4 k v4 、0 ( m a x ) 供电电压 3 o ( m i n ) 73 o1 0 1 2 k v6 0 ( m a x ) 4 南非、津巴布韦 南非、津巴布韦等国家铁路部门规定的公共连接点电铁谐波电压畸变率 限值，总的为不大于3 0 ，单次的为不大于1 0 隅9 1 。 5 c i g r e 国际大电网c i g r e 3 6 0 5 工作组和国际电工委员会第7 7 0 8 工作组关于 电网谐波电压电磁兼容水平的研究报告，提出了“高值”和“低值”两个指 鞭南交通大学博士研究生学位论文 第15 页 标。离值是电网中很少超过的慎；低值是大羹干扰负荷附近可能发现的值。 c i g r 基提出的电网谐波标准如表1 5 艇示。 表l oc i g r e 3 s 0 5 工终组提出始电嬲 鹭波标准 电网电压k v各次谐波电压含有率 毫蠖8 低压电溺 l 低值5 裹篷8 l 中压电网 3 3 低值5 裹篷3 3 3 1 3 1 2 1 11 21 42