【正文】 （34）對(duì)于含有非線性器件的非正弦電路，施以正弦電壓后，產(chǎn)生的電流發(fā)生畸變，不再是正弦。 無功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展不同時(shí)期，人們對(duì)功率因數(shù)問題的理解有所不同。 一、無功功率的影響早期的功率因數(shù)問題是無功功率問題，由于接于電網(wǎng)中的用戶大多是感性負(fù)載，如異步電機(jī)、熒光燈、工業(yè)電弧爐、變壓器等。對(duì)于沖擊性無功負(fù)載還會(huì)引起電網(wǎng)電壓劇烈波動(dòng)，供電質(zhì)量嚴(yán)重下降。，節(jié)約電能，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，提高供電質(zhì)量?？梢姛o功補(bǔ)償技術(shù)就是功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù)。當(dāng)用戶（以電氣化鐵路為例），%的電費(fèi)罰款。其顯著特點(diǎn)是在于快速，平滑地調(diào)節(jié)容性和感性無功功率，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，但這種靜止無功補(bǔ)償電路都離不開大容量?jī)?chǔ)能元件，且補(bǔ)償容量分別要按最大補(bǔ)償容量來選取，由于這些大容量?jī)?chǔ)能元件固有的時(shí)滯影響，使它們不能做到瞬時(shí)無功控制。其基本的電路仍是三項(xiàng)橋式電壓型變流電路，與SVC不同，SVG在其直流側(cè)只需要較小容量的電容器維持其電壓即可。在牽引供電系統(tǒng)中，采用的大容量單相整流供電設(shè)施的電氣化機(jī)車，除了產(chǎn)生大量的諧波電流之外，還因單相獨(dú)立性對(duì)三相供電系統(tǒng)產(chǎn)生不平衡的負(fù)荷及負(fù)序電壓和電流。本文用晶閘管投切電容器(TSC)對(duì)電氣化鐵道的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)電網(wǎng)的無功需求投切這些電容器，TSC實(shí)際上就是斷續(xù)可調(diào)的提供容性無功補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器。(c)中的、或。使用單一晶閘管閥即可滿足耐壓要求，可直接接入低壓系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。二、按應(yīng)用范圍分(1)負(fù)荷補(bǔ)償方式：直接對(duì)某一負(fù)荷進(jìn)行針對(duì)性補(bǔ)償。采用晶閘管與二極管反并聯(lián)方式，投資小。晶閘管反向并聯(lián)方式可靠性高，即使某相損壞1個(gè)晶閘管，也不會(huì)導(dǎo)致電容器誤投入，但投資較大，控制較復(fù)雜。當(dāng)串聯(lián)電抗器是以抑制諧波放大為目的時(shí)，其參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際存在的諧波抑制諧波情況進(jìn)行選擇。由于串聯(lián)電抗器后，電容器端電壓有所提高，所以應(yīng)選擇電容器的額定電壓高于電網(wǎng)的額定電壓，以確保并聯(lián)電容器能夠長(zhǎng)期安全運(yùn)行。二、TSC常見的主接線方式有以下幾種（以晶閘管反并聯(lián)方式的晶閘管閥為例進(jìn)行介紹）：1．三相控制的△接線方式（(a)）。為解決這一問題，可選擇脈沖序列作為晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。這樣，晶閘管投入時(shí)，只要脈沖序列從系統(tǒng)電壓峰值開始觸發(fā)就可以保證平穩(wěn)過渡。為了提高運(yùn)行的可靠性，防止電容器和晶閘管閥損傷，晶閘管投入時(shí)有過零檢測(cè)，當(dāng)晶閘管兩端的電壓過大時(shí)，該晶閘管的觸發(fā)信號(hào)被閉鎖。3．采用接線方式（(c)）。但由于電容器剩余電壓的不確定性，晶閘管承受的最大電壓將升高，并且需要零電壓觸發(fā)電路。在正弦電壓和正弦電流條件下，功率因數(shù)可表示為： (51)式中為基波電流有效值，為總電流有效值，為基波功率因數(shù)。 Z=60+40*j。 I=U/Zi。Uc=I1*Zc disp(39。),disp(abs([U, I1, I2, I, Ul, Uc ])) disp(39。 Zc1=*j。U=27500*exp(0j*pi/180)。Zi=Zlc*Z/(Zlc+Z)。I11=U/Zlc1。Ul2=I12*Zl2。) disp(39。),disp(angle([U,I1,I11,I12,I2,I,Ul1,Uc1,Ul2,Uc2])*180/pi) ha=pass([U,I1,I11,I12,I2,I,Ul1,Uc1,Ul2,Uc2])。Zc1=*j。Zc3=*j。Zlc2=Zl2+Zc2。Zi=Z2*Z/(Z2+Z)。I12=U/Zlc2。Uc1=I11*Zc1。 Uc3=I13*Zc3。幅值39。 set(ha,39。 Zc=*j。Zi=Zlc*Z/(Zlc+Z)。Ul=I1*Zl。幅值39。 ha=pass([U, I1, I2, I, Ul, Uc])。Zc2=*j。Zlc2=Zl2+Zc2。I1=U/Zlc。Ul1=I11*Zl1。 disp(39。),disp(abs([U,I1,I11,I12,I2,I,Ul1,Uc1,Ul2,Uc2])) disp(39。 set(ha,39。Zl2=*j。Z=60+40*j。Zlc3=Zl3+Zc3。 I=U/Zi。I13=U/Zlc3。Ul2=I12*Zl2。 disp(39。),disp(abs([U,I1,I11,I12,I13,I2,I,Ul1,Uc1,Ul2,Uc2,Ul3,Uc3])) disp(39。linewidth39。致 謝五年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活就要結(jié)束了。范老師淵博的知識(shí)和寬厚仁愛的風(fēng)范將使我終生難忘。對(duì)于本文的各種缺點(diǎn)，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。準(zhǔn)確把握課題研究方向的能力和勇于創(chuàng)新精神給我留下了深刻的印象，我從中受益非淺。本論文是在范老師的悉心指導(dǎo)下完成的。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。),disp(angle([U,I1,I11,I12,I13,I2,I,Ul1,Uc1,Ul2,Uc2,Ul3,Uc3])*180/pi) ha=pass([U,I1,I11,I12,I13,I2,I,Ul1,Uc1,Ul2,Uc2,Ul3,Uc3])。) disp(39。 Ul3=I13*Zl3。 Ul1=I11*Zl1。I11=U/Zlc1。Z2=(Z1*Zlc3)/(Z1+Zlc3)。 lc1=Zl1+Zc1。Zl3=*j。,2)(c)仿真結(jié)果：U I1 I11 I12 I2 I Ul1 Uc1 Ul2 Uc2幅值 +004 * Columns 1 through 6 Columns 7 through 10 相角 Columns 1 through 6 0 Columns 7 through 10 0 0(d)仿真圖形：設(shè)和的相位差為，和的相位差為的相位差為，所以和的相位差為，所以(3) 投入二組TSC，動(dòng)態(tài)變化下某一時(shí)刻的負(fù)載,不考慮兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管，：(a) 計(jì)算如下：(b) 基于MATLAB仿真： Zl1=*j。),disp(angle([U,I1,I11,I12,I2,I,Ul1,Uc1,Ul2,Uc2])*180/pi)%pass 是MATLAB中繪制復(fù)數(shù)相量圖的命令，用它畫出相量圖特別方便。) disp(39。Ul2=I12*Zl2。I11=U/Zlc1。Zi=Zlc*Z/(Zlc+Z)。 U=27500*exp(0j*pi/180)。 Zc1=*j。相角39。U I1 I2 I Ul Uc 39。I1=U/Zlc。U=27500*exp(0j*pi/180)。,2)(b)仿真結(jié)果U I1 I11 I12 I13 I2 I Ul1 Uc1 Ul2 Uc2 Ul3 Uc3幅值 +004 * Columns 1 through 6 Columns 7 through 12 Column 13 相角 Columns 1 through 6 0 Columns 7 through 12 0 0 Column 13 0(c)仿真圖形：設(shè)和的相位差為，和的相位差為的相位差為，所以和的相位差為，所以經(jīng)過比較，某一時(shí)刻同種負(fù)載的條件下，投入2組TSC功率因數(shù)較高。相角39。U I1 I11 I12 I13 I2 I Ul1 Uc1 Ul2 Uc2 Ul3 Uc339。Uc2=I12*Zc2。 I2=U/Z。I1=U/Z2。Z1=(Zlc1*Zlc2)/(Zlc1+Zlc2)。 U=27500*exp(0j*pi/180)。Zc2=*j。linewidth39。),disp(abs([U,I1,I11,I12,I2,I,Ul1,Uc1,Ul2,Uc2])) disp(39。 disp(39。Ul1=I11*Zl1。I1=U/Zlc。Zlc2=Zl2+Zc2。Zc2=*j。),disp(angle([U, I1, I2, I, Ul, Uc])*180/pi) ha=pass([U, I1, I2, I, Ul, Uc])。) disp(39。I2=U/Z。 Zlc=Zl+Zc。(2)TSC每相分3組，容量分別為：20，電感分別為：、 分別投入一組、兩組、三組，進(jìn)行計(jì)算和仿真(一) 同種負(fù)載條件下，設(shè)，動(dòng)態(tài)變化下某一時(shí)刻的負(fù)載為, 投入一組TSC的簡(jiǎn)圖 投入兩組TSC的簡(jiǎn)圖 投入三組TSC的簡(jiǎn)圖(1).投入一組TSC，不考慮兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管，：(a)基于MATLAB的仿真 Zl=*j。設(shè)單相負(fù)載的無功功率為，則 (50)式中，和分別為負(fù)載相電壓和相電流的無功分量。4．Y接線，沒有B相晶閘管閥，只控制A，C兩相的接線方式（圖(d)）。如果電源的等值電抗和串聯(lián)電抗等參數(shù)配合較為合理，則這個(gè)暫態(tài)過程的持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)、幅值也不大，并且很快過渡到穩(wěn)定狀態(tài)。主回路中可設(shè)置預(yù)充電回路，可解決這個(gè)問題。每次觸發(fā)晶閘管時(shí)，選擇其承受反壓的時(shí)刻作為觸發(fā)脈沖序列的開始，這樣當(dāng)晶閘管由反向轉(zhuǎn)為正向偏置時(shí)就自動(dòng)進(jìn)入平穩(wěn)導(dǎo)通狀態(tài)，也就解決了電容殘壓測(cè)量的問題。晶閘管重投時(shí)需考慮電容器的殘壓，原因是電容器兩端電壓不能突變，電源電壓和電容器殘壓的差值較大時(shí)觸發(fā)晶閘管會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這一沖擊會(huì)直接損壞晶閘管。一、△接法只適用于三相負(fù)荷不平衡、三相的功率因數(shù)角和電流差異較大，TSC主電路就只能采用Y接法，以滿足分相補(bǔ)償?shù)囊?。目前，?guó)內(nèi)并聯(lián)電容器配置的電抗器其電抗率主要有以下4鐘類型〈%，%， 6%和12%～13%。在主電路中，晶閘管閥還并聯(lián)RC吸收電路，用于吸收浪涌電流和抑制電壓要求比較高時(shí)，設(shè)置氧化鋅壓敏電阻以吸收操作過電壓，保護(hù)電容器。該接線方式存在的問題是，晶閘管承受的最大反向電壓為電源電壓峰值的2倍。(2)集中補(bǔ)償方式：對(duì)電網(wǎng)供電采取系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)姆椒▉斫鉀Q整個(gè)電網(wǎng)的各種無功功率的波動(dòng)問題，一般為高壓補(bǔ)償方式。關(guān)鍵問題是要解決補(bǔ)償裝置晶閘管閥的耐壓，即多個(gè)晶閘管串聯(lián)的均壓及晶閘管觸發(fā)控制的同步性。 TSC的分類TSC系統(tǒng)是一個(gè)對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)無功進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)南鄳?yīng)獨(dú)立系統(tǒng)，其應(yīng)用形式有很大的靈活性，可按電壓等級(jí)劃分和按照應(yīng)用的范圍劃分。每一相都可以設(shè)計(jì)成分組投切，以提高靜態(tài)補(bǔ)償精度。因此，當(dāng)電容器投入時(shí)，TSC的電壓電流特性就是該電容的伏安特性，(c)中所示。由于負(fù)荷的隨機(jī)投切，諧波幅值隨基波劇烈運(yùn)動(dòng)，即時(shí)值變化較大；由于兩相負(fù)荷相關(guān)性很小，通常認(rèn)為牽引變電所兩相供電臂的牽引負(fù)荷是相互獨(dú)立的，從而獨(dú)立的在電力系統(tǒng)中造成負(fù)序電流；功率因數(shù)偏底，無功分大。采用PWM技術(shù)控制，還可使其輸入電流接近正弦波。另外，傳統(tǒng)的無功功率的定義和概念，只限于處理系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)是正弦周期的情況，對(duì)功率急劇變化所出現(xiàn)的瞬變已不能適應(yīng)。牽引變電所大多采用兩臂等容量過補(bǔ)償，目前現(xiàn)狀是大多牽引變電所只在重負(fù)荷臂投入一相，改善比并不理想。 無功功率補(bǔ)償原理 無功補(bǔ)償應(yīng)用現(xiàn)狀分析對(duì)電氣化鐵路而言，牽引變電所110KV電源側(cè)功率因數(shù)，由于受到牽引供電網(wǎng)阻抗和牽引變壓器阻抗的影響，~?？梢?要將功率因數(shù)由提高到，需將無功功率減小到。由于無功功率會(huì)帶來設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用的增加、能耗以及電網(wǎng)供電質(zhì)量方面的后果，無功功率補(bǔ)償技術(shù)引起了人們的重視，這就是最初的功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù)。大量的無功功率流入電網(wǎng)，會(huì)帶來諸多不利影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：。不同性質(zhì)的問題，其解決思路和方法也有所不同。電流總有效值為：總諧波電流有效值為：為了反映電流的畸變程度，定義總諧波畸變率： （37）則根據(jù)正弦電路中有功、視在、功率因數(shù)的定義，有： （38） （39） （40）其中，稱為基波因數(shù)，稱為位移因數(shù)。為此，工程上將電壓﹑電流有效值之積作為設(shè)備功率設(shè)計(jì)極限，定義視在功率為： （31）反映了電氣設(shè)備的最大可利用容量。加以正弦電壓后，產(chǎn)生的電流是正弦的。分析/Yd11牽引變壓器電流傳輸系數(shù)，Y/d11雙繞組牽引變壓器比如下：零序分量變化 (15) k為一、二次繞組匝比正序分量變化 (16)正序超前負(fù)序分量變化 (17)負(fù)序、負(fù)序變化，其一二次電流傳輸關(guān)系為 (18)式(17)、式(18)反映了Y/d11牽引變壓器基波電流傳輸關(guān)系，對(duì)于諧波分析如下：設(shè)a饋電臂和b饋電臂的第次諧波電流相量各為 (19) (20)式中和分別為與的有效值，和分別為與以本饋電臂基波電壓為參考相量的諧頻相角值。衡量電氣化鐵道電網(wǎng)諧波是否超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許值，根據(jù)以下兩項(xiàng)來判斷：(1)牽引變電站注入電力諧波電流的95%概率值的最大一相值是否超過國(guó)標(biāo)限值。以普遍