1、引言
隨著科技的進(jìn)步，城市化水平的不斷提高，城市軌道交通與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)。地軌道交通系統(tǒng)的用電設(shè)備繽紛復(fù)雜，其中像電力機車、空調(diào)水泵及風(fēng)機、電梯、機房網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、UPS、燈光調(diào)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和其他電力電子設(shè)備分布在整個地鐵的應(yīng)用現(xiàn)場。造成了惡劣的諧波環(huán)境，對保證電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全正常運行造成了大的威脅。本文通過對諧波問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，提出切合工程實施的解決方案。
2、軌道交通存在的問題
軌道供電系統(tǒng)中主要存在以下五點問題：
（1） 軌道交通的供電系統(tǒng)是比較特殊的單相供電，這樣導(dǎo)致了三相的嚴(yán)重不平衡；
（2） 電鐵軌道交通供電系統(tǒng)是經(jīng)大功率整流橋整流輸出后供機車取流牽引，目前電鐵機車都是采用直流斬波器作為牽引機車直流電源整流系統(tǒng)，機車牽引取流時負(fù)荷變化劇烈及快速，產(chǎn)生大量11次、13次諧波電流；
（3） 其次是站用變頻器、UPS、開關(guān)電源大量非線性負(fù)荷（3次、5次、7次等），且隨著節(jié)能的需要，變頻負(fù)荷所占比重逐年提高。變頻負(fù)荷逐年增加，其產(chǎn)生的諧波電流也在相應(yīng)增加。
（4） 電力機車頻繁啟動、加速、制動使得系統(tǒng)無功快速變化，諧波存在也增加了系統(tǒng)無功的損耗，致使功率因數(shù)變化不定且低下。
（5） 根據(jù)GB50157-2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》，地鐵動力照明供電系統(tǒng)應(yīng)采用并聯(lián)電力電容器作為無功補償裝置。從理論上，該電力電容器無論在基波下還是在諧波下均表現(xiàn)為容性，因此，對于不論是來自于配電變壓器高壓側(cè)的諧波還是來自于低壓變頻負(fù)荷產(chǎn)生的諧波均會起到放大作用。其放大作用已被多個地鐵系統(tǒng)的實測結(jié)果所驗證。
3、諧波產(chǎn)生的危害
（1） 影響動力電氣設(shè)備的正常工作，除了引起附加損耗外，還可使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，嚴(yán)重時會導(dǎo)致變壓器燒毀、電纜放炮、電容器擊穿等故障；
（2） 會引起系統(tǒng)中局部并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故；
（3） 會導(dǎo)致電力系統(tǒng)內(nèi)繼電保護(hù)和自動裝置誤操作，如保護(hù)開關(guān)誤跳閘，導(dǎo)致部分線路斷電；
（4） 使電力系統(tǒng)內(nèi)計算機等精密設(shè)備無法正常工作；
4、軌道交通系統(tǒng)諧波解決方案
ANAPF有源濾波器具有動態(tài)響應(yīng)速度小于20ms，濾除2-21次諧波，可以實時檢測系統(tǒng)的諧波電流，控制命令裝置發(fā)出反向相等的諧波電流，平衡系統(tǒng)諧波電流，濾除系統(tǒng)諧波電流，去除系統(tǒng)諧波電流，去除諧波損耗，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，平衡三相電壓，補償無功損耗。
4.1 ANAPF有源濾波器主要技術(shù)特點
DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有快的響應(yīng)時間 ；的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀摺⑦\行更穩(wěn)定；一機多能，既可補諧波，又可兼補無功；模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)調(diào)試；便利的并聯(lián)設(shè)計，方便擴(kuò)容；具有完善的橋臂過流、保護(hù)功能；使用方便，易于操作和維護(hù)。
4.2 ANAPF有源濾波器主要技術(shù)參數(shù)
| 接線方式 | 三相三線或三相四線 |
| 接入電壓 | 3×380V ±10% |
| 接入頻率 | 50Hz ±2% |
| 動態(tài)補償響應(yīng)時間 | 動態(tài)響應(yīng)＜4ms，全響應(yīng)時間＜20ms； |
| 開關(guān)頻率 | 10kHz |
| 諧波補償次數(shù) | 2-21次 |
| 保護(hù)類型 | 直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護(hù) |
| 過載保護(hù) | 自動限流在設(shè)定值，不發(fā)生過載 |
| 冷卻方式 | 智能風(fēng)冷 |
| 噪音 | ＜ 65db（處于柜內(nèi)并運作于額定狀態(tài)） |
| 工作環(huán)境溫度 | -10℃～+45℃ |
| 工作環(huán)境濕度 | ＜85%RH 不凝結(jié) |
| 安裝場合 | 室內(nèi)安裝 |
| 海拔高度 | ≤1000m（更高海拔需降容使用） |
| 進(jìn)出線方式 | 下進(jìn)下出 |
| 防護(hù)等級 | IP21 |
| 智能通信接口 | RS485/MODBUS-RTU |
| 遠(yuǎn)程監(jiān)控 | 可選 |
| 重量（kg） | 三相四線 | 三相三線 |
| 30A、50A | 7、100A | 30A、50A | 7、100A |
| 280 | 360 | 240 | 290 |
4.3 ANAPF有源濾波器報價及元件清單
| 型號：ANAPF100-400/B |
| 參考價格：12萬元/臺 |
| 主要產(chǎn)品明細(xì)： |
| 序號 | 名 稱 | 型 號 | 數(shù)量 |
| 1 | APF電氣柜 | 800X600X2200 | 1 |
| 2 | 變流器 | APFCOV-CVT100 | 1 |
| 3 | 控制器 | APFMC-C100 | 1 |
| 4 | 電抗器 | APF-RE.（S）DG-100 | 1 |
| 5 | 有源電流互感器 | LT208-S7 | 3 |
| 6 | 濾波器 | DL-1TH1 | 2 |
| 7 | 斷路器 | CVS160FTM160D4P3D | 1 |
| 8 | 接觸器 | LC1D150M7C | 1 |
| 9 | 微型斷路器 | NDM1-63C32 | 1 |
| 10 | 中間繼電器 | MY4NAC | 2 |
| 11 | R型變壓器 | R320-0.38/0.22 | 1 |
| 12 | 諧波檢測儀 | ACR350EGH | 1 |
| 13 | 電線 | 16mm2 | 若干 |
| 14 | 電線 | 4mm2 | 若干 |
4.4 ANAPF有源濾波裝置在軌道交通中的應(yīng)用案列
某城市軌道交通系統(tǒng)，變電系統(tǒng)的諧波治理采用集中補償方式。下圖為有源濾波裝置投入前后諧波電壓、諧波電流治理圖：
由投入濾波器前后電網(wǎng)電流波形可以清楚地看出，電網(wǎng)電流諧波絕大部分被濾除掉，波形已經(jīng)為正弦波，總電流由2343A降低為2240A，電流值降低4.3%；總的電流畸變率由25.2%降為3.3%，補償率達(dá)到89%，功率因數(shù)由0.95提高到0.99。對照國標(biāo)電網(wǎng)諧波電流允許值可以清楚地看出，補償前各次諧波電流明顯超過國標(biāo)要求數(shù)倍，補償后各次諧波電流均能達(dá)到國標(biāo)要求。對于軌道交通供電系統(tǒng)，安全運行是*位的。有源濾波器投入后，配電系統(tǒng)諧波得到了很好的抑制，提升供電系統(tǒng)的供電可靠性，諧波對軌道交通系統(tǒng)的供電影響，保障了城市軌道系統(tǒng)的安全運行。
5、結(jié)論
本文分析了城市軌道交通系統(tǒng)的諧波存在源、諧波特性以及危害，介紹了ANAPF低壓有源濾波器的特點以及技術(shù)參數(shù)，并通過某城市軌道交通系統(tǒng)中有源濾波器的應(yīng)用案例，對比分析了有源濾波器投入前后的諧波治理情況，由有源濾波器投入前后對比圖分析對城市軌道交通進(jìn)行諧波治理后了電能質(zhì)量，總體提升了軌道交通系統(tǒng)設(shè)備的運行效率和電力能源的使用效率。
【參考文獻(xiàn)】
［1］ 郭其一. 同濟(jì)大學(xué)電氣工程. 城市軌道交通系統(tǒng)混合濾波器的設(shè)計及仿真. 2009:340-343
［2］ 上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版
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