高速磁懸浮列車供電系統諧波分析與治理

       高速磁懸浮列車作為一種新型軌道交通工具，它通過主動控制電磁鐵來實現列車的懸浮和導向功能，在直線電機的推動之下高速運行。高速磁懸浮列車在軌道上行駛時，軌道與列車之間有8～15mm的間隙，沒有任何機械接觸，列車具有運行平穩、舒適、易于實現自動控制；噪音低，不排放氣體，有利于環保等優點，磁懸浮列車作為軌道交通中的新技術有著廣闊的運用前景。

       在高速磁懸浮交通系統中，除了運行速度較低的區域外，一般采用大功率的變頻器來提供牽引電流。變頻器是該系統主要諧波源。磁懸浮列車的運行，從靜止→起動→逐步加速→穩定高速，再從高速→逐步減速→制動→靜止。這樣過程具有明顯的沖擊性。大功率的沖擊負荷，會導致電壓驟降等問題。高速磁懸浮列車系統的諧波是一種典型的強非線性、沖擊性電力負荷，它不可避免的引起電網諧波、電壓波動和閃變等許多電能質量問題；是一重要的新類型諧波源。在沒有補償措施是，它會帶來較嚴重的電網諧波問題。

       高速磁懸浮列車系統的諧波問題，不僅是磁懸浮列車系統安全可靠運行所必須解決的，而且，在上海-浦東又是極為重要的高科技開發區，高速磁懸浮列車系統諧波問題的改善，有利于提高該地區電網的電能質量，保證相關電網安全可高地運行，減少設備故障、停電時間、降低損耗、改善電環境，適應面向開放的電力市場。高速磁懸浮列車系統中包含了大量的大功率變換模塊（大功率整流器、逆變器）和其他血多非線性原件（直線同步電機。變壓器等），產生較嚴重電網諧波問題，由此引起行業眾多研究學者的關注。
高速磁懸浮列車系統諧波國內研究情況
       

       在國內，為改善逆變牽引系統的諧波問題，譚新元對牽引逆變器SHEPWM控制技術的研究，實現消除了35種諧波的SHEPWM算法，給高速磁懸浮列車系統中的諧波改善提供了參考。肖湘寧等則試圖降低有源濾波器的成本，對混合型有源電力補償技術進行大量的研究和試驗，取得一定的進展。胡銘等則對提取基波分量法、瞬時空間矢量法、給予FFT的數字化分析法、自適應檢測法等幾種諧波信號檢測方法的原理和各自的優缺點進行闡述，并指出給予順時無功理論的瞬時空間矢量法。由于其簡單易行，性能良好，并且已經非常完善和成熟，作者認為他也是當前和今后一段時間內諧波信號檢測的主導方法。
 

高速磁懸浮列車系統的諧波分析
上海高速磁懸浮列車牽引供電系統主要有4部分組成：帶長供電電纜的同步直線電機、逆變器、直流聯結電路和整流器，通過這個能量變換系統產生變頻變壓（VVVF）信號，經過長供電電纜和分段開關對鋪設在地面上的同步直線電機定子繞組進行供電，然后驅動告訴磁懸浮列車變速運行。上海高速磁懸浮列車牽引供電系統基本結構如圖（整流部分）所示：

       從圖中可以看出，引起系統供電端諧波電流的途徑有兩種。一是由于整流器的開關過程將諧波注入供電協同；二是逆變器整流器的動作。逆變器引起附加的紋波電流進入直流聯結電路，該紋波電流可以反過來穿透到供電系統端，形成諧波。它的大小和頻率主要和逆變器的設計和電機運行情況決定；然而，建立這樣一個模型將是一件非常困難工作，而且即使這樣一個模型可以建立，也很難獲得足夠的參數。幸運的是，廣泛研究表明，一般情況下，沒有必要將id建模為諧波電流源，也就是說，從系統供電端看，逆變器諧波可以忽略，這是因為逆變器諧波在穿透進入到供電端之前，其絕大部分已經被直流聯結電路濾除。
 

高速磁懸浮列車供電系統的諧波抑制
濾波裝置
在電網中的相應節點或用戶側設置濾波器，減少和控制注入電網的諧波電流，是網絡中各節點的諧波電壓滿足相應的諧波標準，是諧波抑制的一種有效措施。通常采用無源濾波器裝置和諧波源并列運行，在起到諧波抑制的同事還可以兼顧無功補償及調壓的需要。
給予補償原理的LC濾波器出現較早。其具有結構簡單、設備投資較少、可靠性高、運行費用低等優點，仍是目前應用最多的諧波抑制裝置。
 

       在高速磁懸浮列車供電系統中，LC濾波器設計的基本任務是：在確定的供電系統和諧波源的條件下，以最經濟的投資達到母線電壓畸變率和注入公共電網的歌詞諧波電流滿足規定指標，并能滿足無功補償容量的要求，同時能保證裝置安全可靠和經濟運行。在變電所內供牽引負荷的母線上聯結LC濾波器，即濾波器與系統中最大的諧波源---變頻器并聯在母線上。這樣，濾波器能夠就近吸收（變頻器所產生的諧波電流）諧波源。

        由于實際的整流系統不可能完全處于理想的狀態，因此在高速磁懸浮供電系統中不僅含有特征諧波（主要為11次、13次），還會有5次、7次等非特征諧波。因此，可采用3組LC濾波器：5次、7次。11次諧波濾波器。其中11次諧波濾波器并聯有高通電阻，其并聯合成阻抗不超過電阻值，具有一個較低的阻抗頻率范圍。

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