电气化铁路谐波引起电网谐振的风险评估

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随着交-直-交型电力机车的广泛应用,电气化铁路谐波特征随之发生变化,低次谐波含量显著降低,高次谐波含量有所增加。电气化铁路高次谐波电流渗透到电网中,引起电网发生高频谐振的风险问题逐渐受到关注。目前,关于电气化铁路谐波谐振课题的研究,主要集中在牵引供电系统内部,关于电气化铁路谐波引起电网谐振的研究较少。因此全面评估电气化铁路谐波引起电网谐振的风险,对于电力部门和铁路部门都十分必要。本文主要评估了电气化铁路谐波引起高压系统和中压系统谐振的风险,并提出谐波谐振风险防控措施。由于牵引负荷对电力系统属于不对称谐波源,本文首先建立了电力系统各元件的三相谐波模型和牵引变电所谐波模型。然后分析了电气化铁路的谐波特性并建立了谐波源模型。本文以河南局部电网为例,分别进行了谐波潮流计算和谐振模态分析。结合电气化铁路谐波在电网中的渗透特性和电网节点的模态阻抗,评估了牵引变电所注入的谐波电流引起高压系统发生谐振的风险。牵引负荷直接接入高压电力系统,在公共连接点处产生谐波电压总畸变率,然后向中(低)压等级系统传输。本文建立牵引站-配电网联合仿真模型,仿真分析了导线参数、架空输电线路长度和系统短路容量对系统谐振点分布和谐波放大倍数的影响,对比分析了电容器容量对系统和补偿支路谐振的影响,并且分析了接入串联电抗器后的变化。结合公共接入点谐波电压的含量,评估了电气化铁路谐波引起配电网母线发生谐振的风险和无功补偿支路发生局部谐振的风险。本文从机车、牵引站和电网三个角度提出电网谐振风险防控措施:从机车角度考虑,提出降低注入牵引网的产生谐波电流的措施;从牵引变电所角度,提出综合补偿措施;从电网角度,提出谐振条件改善措施。最后基于谐波谐振指数,提出配电网无功补偿电容器容量优化方法,能够有效避免电铁谐波引起无功补偿装置发生谐振。
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