【正文】 電線送來的電流，送到鐵路上空的接觸網上。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，運輸效率顯著提高，揭開了我國電氣化鐵路建設的序幕。電氣化鐵路具有運輸能力大、行駛速度快、消耗能源少、運營成本低、工作條件好等優(yōu)點，對運量大的干線鐵路和具有陡坡、長大隧道的山區(qū)干線鐵路實現電氣化，在技術上、經濟上均有明顯的優(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和電壓質量。（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組合而成的濾波裝置。（3）補償諧波的裝置通常也都是補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償無功功率。無功補償裝置的主要作用包括提高負載和系統(tǒng)的功率因數，減少設備容量和功率損耗，穩(wěn)定電壓，提高供電質量，長距離輸電中提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力，平衡三相負載的有功和無功功率等。針對電氣化鐵道的無功產生的特點，選用晶閘管投切電容器（TSC）來進行無功補償，分別投切不同組數的晶閘管投切電容器（TSC），用MATLAB仿真出結果，通過比較選出最優(yōu)的投切組數，以提高功率因數。無功、負序和諧波成為電氣化鐵道日趨嚴重并急需解決的問題?！痉桨傅谋容^與評價】某一時刻不同負載條件下，通過仿真結果可以求解出相應的功率因數。電氣化鐵道的特殊供電方式—三相變兩相及其特殊的負荷情況，極易造成大量的諧波和無功功率。學生簽名教研室審核 第 二 部 分開題報告畢業(yè)設計（論文）開題報告書學生姓名專業(yè)班級學號題 目電氣化鐵道動態(tài)無功補償指導教師職稱學 位題目類別□ 工程設計 □ 基礎研究 □ 應用研究 □ 其它【課題的內容與要求】查閱電氣化鐵道動態(tài)無功補償方面的相關資料；了解電氣化鐵道動態(tài)無功補償要求和發(fā)展現狀；確定設計方案；并進行相關控制的電路方案設計和程序設計。畢業(yè)論文課題名稱： 電氣化鐵道動態(tài)無功補償 設計時間： — 系 部： 班 級： 姓 名： 指導教師： 總 目 錄 第一部分 任務書第二部分 開題報告第三部分 畢業(yè)設計報告第 一 部 分任務書畢業(yè)設計任務書系 部電子工程系指導老師職 稱學生姓名班 級學 號03490158設計題目電氣化鐵道動態(tài)無功補償設計內容目標和論文要求畢業(yè)設計內容和目標：調查研究、查閱電氣化鐵道動態(tài)無功補償方面的文獻并搜集相關資料；了解電氣化鐵道動態(tài)無功補償的要求和發(fā)展現狀；介紹本課題的設計思路，確定設計方案并加以闡述；撰寫開題報告；說明設計成果及主要參考文獻。繪制控制電路圖紙，撰寫設計報告。嚴重影響供電電網的電能質量，同時也影響自身的正常運行。比較功率因數的大小，投入3組TSC補償效果比較好，功率因數得到明顯提高。電氣化鐵道的特殊供電方式—三相變兩相及其特殊的負荷情況，極易造成大量的諧波和無功功率。[關鍵詞]：電氣化鐵道 無功補償 晶閘管投切電容器 功率因數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 引言隨著現代電力電子技術的發(fā)展，電力電子技術、尤其是大功率變流、變頻裝置在電力系統(tǒng)的廣泛應用給電力企業(yè)的電能變換帶來巨大方便，并在工業(yè)生產過程中得到了廣泛的應用。諧波問題與無功功率問題對電力系統(tǒng)和電力用戶都是非常重要的問題，也是近年來各方面關注的熱點之一。電氣化鐵路具有速度快、運輸能力強、供電距離長、節(jié)約能源與造價、牽引性能好等優(yōu)點，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。由于其結構簡單、運行可靠、維護方便以及價格上的優(yōu)勢，得到了廣泛的應用，但也有不少缺點：，體積大；、調壓要求有時難以協(xié)調；，對系統(tǒng)運行狀態(tài)較敏感；，在某些條件下可能和系統(tǒng)發(fā)生諧振或產生諧波放大，引發(fā)事故。濾波裝置的設計要求是以最少的投資達到最佳的補償與抑制效果。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年在柏林貿易展覽會上鋪設的，長300米，軌距為1000毫米。在內（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下，到1990年底，我國已建成16條電氣化鐵路，里程達7000公里。接觸網是向電力機車直接輸送電能的設備。直流制是將高壓、三相電力在牽引變電所降壓和整流后，向接觸網供直流電，這是發(fā)展最早的一種電流制，到20世紀50年代以后已較少使用。隨著新技術、新材料的應用，電氣化鐵路在數量上和質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代化的重要標志。在長距離輸電中，提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力，平衡三相負載的有功和無功功率等。（1）同步調相機；（2）靜止補償裝置，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荷,其在三相系統(tǒng)中所產生的不平衡一般只在各相電壓的幅值上有些不同,而不會引起各相電壓相位的變化通過調節(jié)逆變器觸發(fā)角,可實現與間的相位角差的調節(jié),使SVG輸出或吸收感性無功功率, 從而有效解決了并聯電容器固定補償的弊端。迄今為止,國內外已研究開發(fā)了多種使用于不同場合的改善電壓波形、抑制沖擊無功的動態(tài)無功補償裝置。SVC 系統(tǒng)的晶閘管功率模塊采用世界先進的直接光觸發(fā)晶閘管(LTT)。而長年操作后彈簧會出現疲勞,通過調查發(fā)現操作10多年后在某些情況下,會發(fā)生晶閘管爆炸事故,門接點是此類故障的原因。為此,各國專家在無功功率補償、功率因數改善、濾除諧波、提高供電質量等方面作了許多研究1近年來發(fā)展并成功應用的TCR(Thyristo r Con t ro lled Reacto rs, 晶閘管控制電抗器)。TCR動態(tài)無功補償器包括三個組成部分：（1）濾波器組由5套單頻調諧濾波器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),并吸收負載和補償器本身所產生的諧波。監(jiān)控系統(tǒng)主要是在運行實時檢測六相閥上晶閘管元件的狀態(tài)，以確保無功補償裝置安全可靠的運行。為了抑制這些公害,改善電網電能質量，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，它的內部結構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功器接線,實際上是一個負載短路了的三相反并聯接線。本設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綜合電壓總畸變小于2%,HHH4 、H5四組濾波器注入電網系統(tǒng)的諧波電流從I2(2次諧波電流)～I5(5次諧波電流)95%、8A,均在允許值內,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來改變補償裝置的無功出力,同時濾出一定量的諧波。因其裝置壽命與投切次數無關，且投切的暫態(tài)過程很小，結構簡單，響應速度快，不產生諧波。因此,為了避免補償支路在(7)次諧波下出現容性，而導致與系統(tǒng)發(fā)生諧振引起諧波放大，補償支路濾波器參數設計以一組為基礎。這時僅靠調節(jié)發(fā)電機勵磁電流的手段已經不能滿足要求。提高電氣化鐵路功率因數有兩種方法：一是提高負荷（電力機車）的功率因數，這可通過改造原有電力機車或研制高功率因數的電力機車來實現；二是實時監(jiān)測、調節(jié)系統(tǒng)的無功功率，使功率因數始終保持較高值。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代化運輸工具，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、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供電方式。（二）雙邊供電在電氣化鐵道上行駛的電力機車，接受兩個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百千伏安，變比為1：1的電力變壓器每隔24公里設置于牽引供電回路中，它能迫使由大地返回變電所的機車電流絕大部分經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際使用。 諧波分析在各種機車運行方式下，對供電臂送端總電流的諧波含有率進行實測統(tǒng)計，作為諧波計算的依據，韶山－型統(tǒng)計值如表１HRI為前H次諧波的總畸變率： (1)H13579111315HRI10020設供電臂實測統(tǒng)計的各次諧波電流含有率為當已知供電臂電流為I時，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算： (2) (3) (4)輸入電網系統(tǒng)不平衡諧波的特點：(1)特征諧波均為奇次諧波。而沒有零序分量，在兩相和單相負荷供電方式之下，低壓側各次三相諧波量和為零，均不含零序分量。 諧波源對電網的影響主要諧波源是電力機車，應根據負荷率和每臂機車數量等數據對各機車產生的諧波電流進行合成，等效出諧波電流源，按無功補償要求和需要濾除的諧波確定支路數和裝機容量。在項(2)超標時仍然要根據項(1)判斷，因此監(jiān)測牽引變電站注入系統(tǒng)的諧波電流是關鍵。，表中和各為系統(tǒng)基波電壓和對的相角差：若系統(tǒng)三相電壓對稱，則。則電路的平均功率為： （29）定義為有功功率，相對應的定義無功功率為： （30）可見，有功分量產生，無功分量產生。為了反映這種利用程度，定義功率因數為： （32）由以上(29)～(32)4個定義式可得出正弦電路中各量之間的關系： （33）