轨道交通负荷电能质量检测简析

      近年来，国内轨道交通领域的发展日新月异，高速铁路、城市地铁的建设如火如荼，这些变化为国民经济、地方经济的发展奠定了良好的基础，大大繁荣了区域经济的互动，人们的生活、旅游方式也悄悄地发生了改变。
在此同时，作为电力系统的工作人员，在享受轨道交通发展的便利的同时，也有必要思考这些发展带来的负荷用电特性变化以及其运行与电能质量、供电可靠性之间的关系，用来创建和谐的交通、供电环境，更好地为经济建设服务。
稳态电能质量变化
      众所周知，传统电气化铁路负荷具有冲击、不对称、直流电机拖动等特征。因而，其主要用电特性在电能质量领域表现为：自然功率因数较低，产生电压波动闪变、三相不平衡、2志±1(志为正整数)次谐波。
      目前，新型电气化机车均为交流电机拖动，为交直交型供电方式，均采用PWM整流、逆变方式。这一变化带来了较大的用电特性变化：平均功率因数可做到接近1；理论上不再产生传统的低次谐波，只产生与开关频率相关的高次谐波，为调制波频率。
      目前，交流机车的功率较大，例如HXm型大功率电力机车功率10000 kw，有的车需要两列机头；16辆编组时速350km的动车组20000kW。350km／h时速时，若设定3min追踪间隔，则对于30km的供电臂，变电所的峰值功率超过120MVA。因此除了应该关注其引起的高次谐波之外，还要关注其引起的三相不平衡度水平。
轨道交通负荷电能质量检测
      由于轨道交通负荷电能质量污染源的上述特征，在其领域进行电能质量检测、设备选型时，其检测设备除满足《电能质量监测设备通用要求})(GB／T 19862--2005)以外，其技术、功能上还需满足下述要求：
(1)高的频率分辨率
      要求其检测频谱上限最低为50次谐波，最好为100次谐波。因而，其采样频率最低5000 Hz～10000 Hz，一般每周波最低采样128点或256点，最好选256点。考虑到频率混叠等原因，为了满足谐波检测的测量精度，采样频率可能还要更高，例如每周波采样512点。
(2)要求具有o～50或O～100次谐波之间的间谐波检测功能
      考虑到PWM整流设备工作中产生的频谱特征，其工作特征频谱频段周围将产生丰富的间谐波；而且，实际测试到的高铁谐波谐振频率往往在较高的间谐波频段。
间谐波频率分辨率为5Hz。具体技术细节应满足GB／T 24337--2009{电能质量公用电网间谐波》。
(3)具有谐波检测数据的筛选功能
       对于0～100次谐波之间的谐波、间谐波数据，每一条完整的谐波数据包含100条谐波记录+100×10条问谐波记录，考虑到相位，共有2 200条记录。此时，不管采取什么间隔的集合时间(aggregationtime)，例如3 min、10 min，这样庞大的数据对检测系统的性能将产生较大的影响。因此，应该依据这些负荷的谐波源特征，对数据进行筛选。
      此类负荷的主要谐波、间谐波特征往往集中在某些频段点上，虽然集中点经常变化，但集中在频段点上这一特征不变。因此，可预先设定筛选门槛值，对于小于此门槛值的记录不予保存，也不予传输，认为是零。
(4)具有瞬态电能质量识别检测功能
      电力电子转换电路会产生高频振荡型瞬态现象，由于瞬态电能质量的高频、微秒级持续时间特征，要求检测设备具有专门的瞬态事件捕获通道。
对于这一功能，一般要求设备厂家说明并提供下述参数：①通道采样频率；②瞬态事件识别判据；③波形记录规则。
      轨道交通领域高脉动整流设备产生的特征谐波频谱较高，电网在高频谐波情况下的响应值得引起关注；交流拖动电机的应用使得全控型PWM整流电路广泛应用于轨道交通领域，这一变化带来的电能质量新问题值得关注；结合轨道交通负荷电能质量污染的特征进行检测设备选型是该领域全面电能质量检测所必须的；结合在线检测数据及机车固有谐波频谱分析接触网谐波响应特性是避免该领域频繁谐振的基本途径。