【正文】 電線送來的電流，送到鐵路上空的接觸網(wǎng)上。1961年8月15日，第一條電氣化鐵路寶成線寶雞至鳳州段建成通車，運(yùn)輸效率顯著提高，揭開了我國電氣化鐵路建設(shè)的序幕。電氣化鐵路具有運(yùn)輸能力大、行駛速度快、消耗能源少、運(yùn)營成本低、工作條件好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)運(yùn)量大的干線鐵路和具有陡坡、長大隧道的山區(qū)干線鐵路實(shí)現(xiàn)電氣化，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上均有明顯的優(yōu)越性。在電鐵牽引變電所加裝無源濾波器，不僅可以吸收諧波電流，而且也能提高功率因數(shù)和電壓質(zhì)量。（1）無源濾波器裝置，即由電力電容器、電抗器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成的濾波裝置。（3）補(bǔ)償諧波的裝置通常也都是補(bǔ)償基波無功功率的裝置，如LC濾波器、有源電力濾波器中的許多類型多可以補(bǔ)償無功功率。無功補(bǔ)償裝置的主要作用包括提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少設(shè)備容量和功率損耗，穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量，長距離輸電中提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力，平衡三相負(fù)載的有功和無功功率等。針對(duì)電氣化鐵道的無功產(chǎn)生的特點(diǎn)，選用晶閘管投切電容器（TSC）來進(jìn)行無功補(bǔ)償，分別投切不同組數(shù)的晶閘管投切電容器（TSC），用MATLAB仿真出結(jié)果，通過比較選出最優(yōu)的投切組數(shù)，以提高功率因數(shù)。無功、負(fù)序和諧波成為電氣化鐵道日趨嚴(yán)重并急需解決的問題?！痉桨傅谋容^與評(píng)價(jià)】某一時(shí)刻不同負(fù)載條件下，通過仿真結(jié)果可以求解出相應(yīng)的功率因數(shù)。電氣化鐵道的特殊供電方式—三相變兩相及其特殊的負(fù)荷情況，極易造成大量的諧波和無功功率。學(xué)生簽名教研室審核 第 二 部 分開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告書學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題 目電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償指導(dǎo)教師職稱學(xué) 位題目類別□ 工程設(shè)計(jì) □ 基礎(chǔ)研究 □ 應(yīng)用研究 □ 其它【課題的內(nèi)容與要求】查閱電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方面的相關(guān)資料；了解電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償要求和發(fā)展現(xiàn)狀；確定設(shè)計(jì)方案；并進(jìn)行相關(guān)控制的電路方案設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。畢業(yè)論文課題名稱： 電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償 設(shè)計(jì)時(shí)間： — 系 部： 班 級(jí)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 總 目 錄 第一部分 任務(wù)書第二部分 開題報(bào)告第三部分 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告第 一 部 分任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書系 部電子工程系指導(dǎo)老師職 稱學(xué)生姓名班 級(jí)學(xué) 號(hào)03490158設(shè)計(jì)題目電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)內(nèi)容目標(biāo)和論文要求畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和目標(biāo)：調(diào)查研究、查閱電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方面的文獻(xiàn)并搜集相關(guān)資料；了解電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)囊蠛桶l(fā)展現(xiàn)狀；介紹本課題的設(shè)計(jì)思路，確定設(shè)計(jì)方案并加以闡述；撰寫開題報(bào)告；說明設(shè)計(jì)成果及主要參考文獻(xiàn)。繪制控制電路圖紙，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。嚴(yán)重影響供電電網(wǎng)的電能質(zhì)量，同時(shí)也影響自身的正常運(yùn)行。比較功率因數(shù)的大小，投入3組TSC補(bǔ)償效果比較好，功率因數(shù)得到明顯提高。電氣化鐵道的特殊供電方式—三相變兩相及其特殊的負(fù)荷情況，極易造成大量的諧波和無功功率。[關(guān)鍵詞]：電氣化鐵道 無功補(bǔ)償 晶閘管投切電容器 功率因數(shù)Study of Dynamic Reactive power Compensation in the electric RailwayZheng can0301 telemunicationsAbstract: The electrified railway with rich harmonics varies randomly, the power factor is too low to meet the national standards. Moreover, the negative phase sequence (n p s) current is serious. It is significant and urgent to settle those problems. The special power supply way of the electrified railwaythree phases are turned into two phase and special load situation, It is extremely apt to cause a large number of waves in harmony and inactive power. The paper introduces Thyristor Switched Capacitor (TSC) used in the power systems to pensate reactive power. The fundamental pensation proprinciple, classification , configuration of the main circuit. Characteristic produced to the inactive power of the electrified railway, through the thyristorswitched capacitor realized the inactive power is pensation, Switched different counts with TSC, by the MATLAB emulated the result, though paring to elect optimum switched groups, in order to improve the power factor.Keywords: electrified railways reactive power pensation power factorthyristorswitched capacitor第一章：綜 述 引言隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)、尤其是大功率變流、變頻裝置在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用給電力企業(yè)的電能變換帶來巨大方便，并在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。諧波問題與無功功率問題對(duì)電力系統(tǒng)和電力用戶都是非常重要的問題，也是近年來各方面關(guān)注的熱點(diǎn)之一。電氣化鐵路具有速度快、運(yùn)輸能力強(qiáng)、供電距離長、節(jié)約能源與造價(jià)、牽引性能好等優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣闊的發(fā)展前景，是世界以及我國鐵路發(fā)展的方向。由于其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便以及價(jià)格上的優(yōu)勢，得到了廣泛的應(yīng)用，但也有不少缺點(diǎn)：，體積大；、調(diào)壓要求有時(shí)難以協(xié)調(diào)；，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)較敏感；，在某些條件下可能和系統(tǒng)發(fā)生諧振或產(chǎn)生諧波放大，引發(fā)事故。濾波裝置的設(shè)計(jì)要求是以最少的投資達(dá)到最佳的補(bǔ)償與抑制效果。世界上第一條電氣化鐵路，是德國的西門子公司和哈爾斯克公司于1879年在柏林貿(mào)易展覽會(huì)上鋪設(shè)的，長300米，軌距為1000毫米。在內(nèi)（燃）電（力）并舉，以電為主以及大力發(fā)展電力牽引方針的指導(dǎo)下，到1990年底，我國已建成16條電氣化鐵路，里程達(dá)7000公里。接觸網(wǎng)是向電力機(jī)車直接輸送電能的設(shè)備。直流制是將高壓、三相電力在牽引變電所降壓和整流后，向接觸網(wǎng)供直流電，這是發(fā)展最早的一種電流制，到20世紀(jì)50年代以后已較少使用。隨著新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，電氣化鐵路在數(shù)量上和質(zhì)量上都得到了很大的發(fā)展，電氣化鐵路已成為世界各國鐵路現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。在長距離輸電中，提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力，平衡三相負(fù)載的有功和無功功率等。（1）同步調(diào)相機(jī)；（2）靜止補(bǔ)償裝置，目前來看，有發(fā)展前途的主要有直流助磁飽和電抗器型、可控硅控制電抗器型和自飽和電抗器型3種。為解決上述問題人們進(jìn)行了多方面的研究。由于電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)是一種三相不平衡負(fù)荷,其在三相系統(tǒng)中所產(chǎn)生的不平衡一般只在各相電壓的幅值上有些不同,而不會(huì)引起各相電壓相位的變化通過調(diào)節(jié)逆變器觸發(fā)角,可實(shí)現(xiàn)與間的相位角差的調(diào)節(jié),使SVG輸出或吸收感性無功功率, 從而有效解決了并聯(lián)電容器固定補(bǔ)償?shù)谋锥恕Ｆ駷橹?國內(nèi)外已研究開發(fā)了多種使用于不同場合的改善電壓波形、抑制沖擊無功的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。SVC 系統(tǒng)的晶閘管功率模塊采用世界先進(jìn)的直接光觸發(fā)晶閘管(LTT)。而長年操作后彈簧會(huì)出現(xiàn)疲勞,通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)操作10多年后在某些情況下,會(huì)發(fā)生晶閘管爆炸事故,門接點(diǎn)是此類故障的原因。為此,各國專家在無功功率補(bǔ)償、功率因數(shù)改善、濾除諧波、提高供電質(zhì)量等方面作了許多研究1近年來發(fā)展并成功應(yīng)用的TCR(Thyristo r Con t ro lled Reacto rs, 晶閘管控制電抗器)。TCR動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器包括三個(gè)組成部分：（1）濾波器組由5套單頻調(diào)諧濾波器H2～H6和1套高通濾波器H7組成1每套為三線制Y接線，其作用為提供恒定的超前基波無功(容性無功),并吸收負(fù)載和補(bǔ)償器本身所產(chǎn)生的諧波。監(jiān)控系統(tǒng)主要是在運(yùn)行實(shí)時(shí)檢測六相閥上晶閘管元件的狀態(tài)，以確保無功補(bǔ)償裝置安全可靠的運(yùn)行。為了抑制這些公害,改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，國外廣泛采用SVC。高阻抗變壓器在SVC裝置中作為感性元件，用來吸收無功功率，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與通常的變壓器基本相同,不同之處是短路阻抗很大,=75%,高阻抗變壓器的一次線圈接成“△”形,是為了消除三次諧波等,二次線圈接成“Y”,晶閘管按三相交流調(diào)功器接線,實(shí)際上是一個(gè)負(fù)載短路了的三相反并聯(lián)接線。本設(shè)備在以下幾方面有顯著作用。(3)濾波后,35kV 母線在電弧爐煉鋼時(shí)綜合電壓總畸變小于2%,HHH4 、H5四組濾波器注入電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波電流從I2(2次諧波電流)～I(xiàn)5(5次諧波電流)95%、8A,均在允許值內(nèi),濾波效果非常明顯。目前，國外一些國家開始采用晶閘管交流開關(guān)來改變補(bǔ)償裝置的無功出力,同時(shí)濾出一定量的諧波。因其裝置壽命與投切次數(shù)無關(guān)，且投切的暫態(tài)過程很小，結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，不產(chǎn)生諧波。因此,為了避免補(bǔ)償支路在(7)次諧波下出現(xiàn)容性，而導(dǎo)致與系統(tǒng)發(fā)生諧振引起諧波放大，補(bǔ)償支路濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)以一組為基礎(chǔ)。這時(shí)僅靠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的手段已經(jīng)不能滿足要求。提高電氣化鐵路功率因數(shù)有兩種方法：一是提高負(fù)荷（電力機(jī)車）的功率因數(shù)，這可通過改造原有電力機(jī)車或研制高功率因數(shù)的電力機(jī)車來實(shí)現(xiàn)；二是實(shí)時(shí)監(jiān)測、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率，使功率因數(shù)始終保持較高值。第二章：電氣化鐵道的諧波及無功 電氣化鐵道電氣化鐵道是以電能作為牽力的一種現(xiàn)代化運(yùn)輸工具，它的發(fā)展史有一百多年。上述鐵路牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、軌道回路等稱作電氣化鐵道的牽引供電系統(tǒng)。在德國、瑞士、奧地利、挪威等電氣化發(fā)展比較早的國家里，至今仍全部或大部分采用這種供電制；而美國則采用的是25HZ1100V。50或60HZ工頻單相交流制是近四十年來發(fā)展起來的一種供電方式。 交流電氣化鐵道供電方式我國電氣化鐵道采用工頻單相交流制。下面介紹牽引變電所向接觸網(wǎng)供電方式。（二）雙邊供電在電氣化鐵道上行駛的電力機(jī)車，接受兩個(gè)不同方向變電所提供的電流，稱為雙邊供。（二）吸流變壓器供電方式將容量為數(shù)百千伏安，變比為1：1的電力變壓器每隔24公里設(shè)置于牽引供電回路中，它能迫使由大地返回變電所的機(jī)車電流絕大部分經(jīng)由鋼軌及回流線流回牽引變電所。以上簡介餓牽引供電的不同供電方式，我國主要采用的的是單邊供電系統(tǒng)，其中直供、吸流變壓器和自藕變壓器供電方式都投入了實(shí)際使用。 諧波分析在各種機(jī)車運(yùn)行方式下，對(duì)供電臂送端總電流的諧波含有率進(jìn)行實(shí)測統(tǒng)計(jì)，作為諧波計(jì)算的依據(jù)，韶山－型統(tǒng)計(jì)值如表１HRI為前H次諧波的總畸變率： (1)H13579111315HRI10020設(shè)供電臂實(shí)測統(tǒng)計(jì)的各次諧波電流含有率為當(dāng)已知供電臂電流為I時(shí)，略去H次以上的諧波，注入牽引變壓器的前H次諧波電流及總量按下式計(jì)算： (2) (3) (4)輸入電網(wǎng)系統(tǒng)不平衡諧波的特點(diǎn)：(1)特征諧波均為奇次諧波。而沒有零序分量，在兩相和單相負(fù)荷供電方式之下，低壓側(cè)各次三相諧波量和為零，均不含零序分量。 諧波源對(duì)電網(wǎng)的影響主要諧波源是電力機(jī)車，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷率和每臂機(jī)車數(shù)量等數(shù)據(jù)對(duì)各機(jī)車產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行合成，等效出諧波電流源，按無功補(bǔ)償要求和需要濾除的諧波確定支路數(shù)和裝機(jī)容量。在項(xiàng)(2)超標(biāo)時(shí)仍然要根據(jù)項(xiàng)(1)判斷，因此監(jiān)測牽引變電站注入系統(tǒng)的諧波電流是關(guān)鍵。，表中和各為系統(tǒng)基波電壓和對(duì)的相角差：若系統(tǒng)三相電壓對(duì)稱，則。則電路的平均功率為： （29）定義為有功功率，相對(duì)應(yīng)的定義無功功率為： （30）可見，有功分量產(chǎn)生，無功分量產(chǎn)生。為了反映這種利用程度，定義功率因數(shù)為： （32）由以上(29)～(32)4個(gè)定義式可得出正弦電路中各量之間的關(guān)系： （33）