【正文】 采用的Y/d11接線牽引變壓器為例，設(shè)系統(tǒng)電壓為三相對(duì)稱正弦波，兩供電臂相位差為，以超前相電壓為參考，兩臂h次諧波電流的復(fù)數(shù)形式為: (5) (6) (7)式中即b臂、a臂參照與各自供電臂電壓的h次諧波初相角 Y/d11牽引變壓器供電系統(tǒng)把各自的三相諧波放在各自的復(fù)數(shù)平面上，用對(duì)稱分量計(jì)算，牽引變壓器的接線組別和變比K對(duì)諧波的變換作用與基波相同，高壓側(cè)輸入電力系統(tǒng)的諧波序分量電流及線電流為 (8) (9)將式(5)、式(6)代入式(8)、式(9)可得各次諧波電流的數(shù)值和相位，數(shù)值計(jì)算式為： (10) (11) (12) (13) (14)經(jīng)換相后的牽引變壓器，可用上列各式輪換計(jì)算。當(dāng)只有一臂有機(jī)車時(shí)，相當(dāng)于低壓測(cè)施加餓一個(gè)單相諧波源，各次諧波均為零序不平衡諧波。由于電力機(jī)車為非線性整流負(fù)荷，從而產(chǎn)生諧波電流經(jīng)牽引網(wǎng)傳輸至供電臂首端疊加后注入牽引變壓器饋入電力電網(wǎng)，及每一牽引變壓器都是一個(gè)動(dòng)態(tài)的諧波源，每一個(gè)牽引臂的負(fù)荷(電力機(jī)車)是隨時(shí)變動(dòng)的，無(wú)功功率也是變化的，導(dǎo)致末端電壓變化較大影響電力機(jī)車出力，不采用補(bǔ)償措施時(shí)，～,年罰款量很大。（三）自藕變壓器供電方式由自藕變壓器、正饋線、接觸導(dǎo)線、鋼軌和保護(hù)導(dǎo)線組成的牽引供電系統(tǒng)，它也能迫使絕大部分機(jī)車電流經(jīng)由鋼軌及回流線流回牽引變電所。因此，目前我國(guó)采用的是單邊供電方式。由于單邊供電在接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)。牽引變電所沿電氣化鐵道分布，兩個(gè)牽引變電所之間，為了使其安全可靠地供電，通常在中間斷開(kāi)，分為互相絕緣的兩部分，每一部分稱一個(gè)供電分區(qū)，又稱為供電臂。將交流電的大容量整流器是裝在機(jī)車上的，在電力機(jī)車上仍然用直流串激電動(dòng)機(jī)。雖然它具有交流制的許多優(yōu)點(diǎn)，但由于它采用的頻率較低，與目前廣泛使用的50或60HZ的工業(yè)頻率不一致，不能直接利用50或60HZ工頻三相交流電，而需要在變電所設(shè)置復(fù)雜的頻率交換裝置，或建立鐵路專用低頻發(fā)電廠。在交流牽引供電制中又可分為低頻單相交流制和工頻單相交流制兩種。先由發(fā)電廠、站把電能經(jīng)過(guò)電網(wǎng)輸送到區(qū)域變電所，再經(jīng)過(guò)高壓輸電線路部門的牽引變電所，然后用饋電線將它饋送到架設(shè)在鐵路線上方的接觸網(wǎng)上，并以回流連接線與鋼軌連接，構(gòu)成回路。現(xiàn)在比較常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置有兩種：一是開(kāi)關(guān)投切電容器組；二是使用晶閘管控制電抗器（TCR）諧波含量大?？刂品绞揭灿屑惺娇刂?、分散控制和關(guān)聯(lián)控制等方式，控制策略更是從經(jīng)典控制轉(zhuǎn)入了智能控制。要解決目前電氣化鐵道牽引變電所功率因數(shù)過(guò)低的問(wèn)題,必須采用可調(diào)補(bǔ)償。帶有降壓變壓器的TSC及補(bǔ)償支路單調(diào)諧濾波器設(shè)計(jì)方法：正常網(wǎng)壓范圍內(nèi), 由于機(jī)車自身的調(diào)節(jié)功能，兩條饋線之間的相互影響甚微，可認(rèn)為牽引變電所各供電臂的取流具有單相獨(dú)立性，可分別對(duì)兩負(fù)荷端口進(jìn)行n次單調(diào)諧濾波器的設(shè)計(jì)。TCR+TSC方式投資較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且TCR有損耗，產(chǎn)生一定量諧波。 TSC(晶閘管投切電容器)電氣化鐵道負(fù)荷變化劇烈，無(wú)功功率和電流隨機(jī)波動(dòng)。(2)提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。濾波器在TCT 型SVC裝置中作為容性元件,有HHHH5四組諧波濾波器,它對(duì)于基波是容性無(wú)功發(fā)生源,提高功率因數(shù),同時(shí)兼作高次諧波電流的濾波器,用以吸收電弧爐和晶閘管功率調(diào)節(jié)器本身產(chǎn)生的高次諧波等。我廠煉鋼分廠就應(yīng)用了國(guó)產(chǎn)的第一套TCT型SVC裝置，取得了良好的效果。 TCT型SVC現(xiàn)代超高功率和高功率電爐，由于容量大，給電網(wǎng)造成很大影響：①注入電網(wǎng)的諧波電流超過(guò)允許值；②無(wú)功負(fù)荷的強(qiáng)大沖擊引起電網(wǎng)電壓劇烈波動(dòng)；③影響企業(yè)功率因數(shù)等。(3)調(diào)節(jié)控制單元這個(gè)單元的功能是依據(jù)一定的調(diào)節(jié)方式,檢測(cè)負(fù)荷、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)作為輸入信號(hào),用以改變晶閘管的相位角,從而控制補(bǔ)償器向系統(tǒng)提供的容性無(wú)功。用以改善供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抑制電壓閃變，抑制系統(tǒng)的過(guò)電壓和諧波，改善其動(dòng)態(tài)特性，提高負(fù)荷的功率因數(shù)。全部單個(gè)晶閘管的保護(hù)集成在LTT本身,使用過(guò)電壓保護(hù)預(yù)觸發(fā)控制,產(chǎn)生觸發(fā)功率的激光二極管的壽命經(jīng)實(shí)驗(yàn)超過(guò)40年。LTT不需要高電勢(shì)的輔助能源或邏輯電路,因此一個(gè)晶閘管模塊的元件數(shù)量減少了90%。因此,電網(wǎng)質(zhì)量比較差,現(xiàn)在濟(jì)鋼中厚板廠二期工程中,新上精軋機(jī)2 套交交變頻裝置,電機(jī)功率27000kW,與2套粗軋機(jī)裝置同時(shí)連接到35kV母線上,因此,若不投建無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng),生產(chǎn)時(shí),系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和污染是可想而知的。若以并聯(lián)電容器固定補(bǔ)償為基礎(chǔ),用SVG來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償容量的峰谷差,這樣不僅能實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的平滑、連續(xù)地調(diào)節(jié),而且可減小SVG的容量,從而使設(shè)備投資減小。在直流輸電系統(tǒng)中,可以通過(guò)調(diào)節(jié)換流器的控制角來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功功率, 由于用SCR構(gòu)成的換流器沒(méi)有斷流能力, 只能在控制角D為正的狀態(tài)下運(yùn)行,所以這樣的換流器只能消耗感性無(wú)功功率。 幾種常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方式 SVG(靜止無(wú)功發(fā)生器)目前我國(guó)電氣化鐵路牽引變電所無(wú)功補(bǔ)償裝置絕大部分采用并聯(lián)電容器固定補(bǔ)償模式。就地補(bǔ)償技術(shù)主要適用于負(fù)荷穩(wěn)定，不可逆且容量較大的異步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償(如風(fēng)機(jī)、水泵等)，其它各種場(chǎng)合仍主要采用集中補(bǔ)償技術(shù)。從最初的因?yàn)榇罅扛行载?fù)載投入電網(wǎng)帶來(lái)的無(wú)功損耗，到后來(lái)由于各種非線性整流裝置投入電網(wǎng)帶來(lái)的諧波污染，再到現(xiàn)在的電力電子裝置尤其是開(kāi)關(guān)電源、變頻器等功率變換裝置的廣泛使用而帶來(lái)的大量諧波對(duì)電網(wǎng)的危害。交流制供電電壓較高，發(fā)展很快。電力機(jī)車?yán)密図數(shù)氖茈姽瓘慕佑|網(wǎng)獲得電能，牽引列車運(yùn)行。牽引供電系統(tǒng)主要是指牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分。我國(guó)的鐵路電氣化工程建設(shè)，是從1958年6月開(kāi)始的。它包括電力機(jī)車、機(jī)務(wù)設(shè)施、牽引供電系統(tǒng)、各種電力裝置以及相應(yīng)的鐵路通信、信號(hào)等設(shè)備。（3）有源濾波器雖然在濾波效果、無(wú)功補(bǔ)償效果、抑制電壓波動(dòng)及設(shè)備體積等方面都有較大優(yōu)勢(shì)，但是其投入實(shí)用的最大障礙是設(shè)備的高價(jià)格。當(dāng)前電鐵諧波的抑制的主要措施是在諧波源頭加裝LC調(diào)諧濾波器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）或是有源電力濾波裝置（APF或SVC）。（2）產(chǎn)生諧波的裝置同時(shí)也大都是消耗基波無(wú)功功率的裝置，如各種電力電子裝置、電弧爐的變壓器等。因此，對(duì)提高功率因數(shù)、治理諧波污染問(wèn)題的研究已經(jīng)成為電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、電氣自動(dòng)化技術(shù)和理論電工等多領(lǐng)域的重大課題。本文介紹了用于配電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)木чl管投切電容器(TSC)的基本原理、分類、主電路形式。【進(jìn)度安排】2008 年02月 1 日 2008 年2 月 20 日選題、調(diào)研、收集資料2008 年 2 月 21日 2008 年3 月 10 日論證、開(kāi)題2008 年3 月 11 日 2008 年4 月 20 日設(shè)計(jì)（寫(xiě)作初稿）2008 年 4 月 30 日 2008 年5 月 10 日修改、定稿、打印【參考文獻(xiàn)】[1] 伍小杰，白鑰，動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀和展望，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院，江蘇 徐州 221008 1001439X（2000）05001904.[2]．張巍，馬文營(yíng)，楊洪耕，電氣化鐵道諧波抑制與無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)計(jì)算，四川大學(xué)電氣學(xué)院，四川 成都 610065 繼電器 第31卷 第八期 2003年8月15日.[3] 李夏青, 李力，牽引供電系統(tǒng)采用SV G 實(shí)現(xiàn)有源無(wú)功補(bǔ)償方法研究與仿真 ， 石家莊鐵道學(xué)院電子工程系, 河北石家莊 050043 文章編號(hào): 100128360 (1999) 0220046249[4] 張軍,馬文靜，濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司自動(dòng)化部逯志宏濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司，冶金自動(dòng)化2002 年第4 期.[5] 崔國(guó)瑋，李志民，TCR 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償原理及濾波器參數(shù)的計(jì)算，包頭鋼鐵學(xué)院 自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)工程系, 包頭014010 包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào) 第4 期第284～ 288 頁(yè).[6] 曾光，阮錦生，鐘彥儒，靜止型無(wú)功補(bǔ)償TCR閥監(jiān)控系統(tǒng)的研制，西安大學(xué) 《電力電子技術(shù)》1995年第3期 .[7] 劉益良，TCT型靜止無(wú)功補(bǔ)償（SVC）裝置和2*30t電弧生產(chǎn)[8] 群湛，電氣化鐵道并聯(lián)綜合補(bǔ)償及其應(yīng)用[M ]，北京: 中國(guó)鐵道出版社, 1993.【指導(dǎo)教師意見(jiàn)】（有針對(duì)性地說(shuō)明選題意義及工作安排是否恰當(dāng)?shù)龋跬馓峤婚_(kāi)題論證 □修改后提交 □不同意提交（請(qǐng)說(shuō)明理由）指導(dǎo)教師簽章： 年 月 日 【系部意見(jiàn)】□同意指導(dǎo)教師意見(jiàn) □不同意指導(dǎo)教師意見(jiàn)（請(qǐng)說(shuō)明理由） □其它（請(qǐng)說(shuō)明）系（部）主任簽章： 年 月 日第 三 部 分畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄第一章：綜 述 1 引言 1 電氣化鐵道的發(fā)展及特點(diǎn) 2 無(wú)功功率補(bǔ)償簡(jiǎn)介 3 幾種常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方式 4 本課題研究的目的及意義 8第二章：電氣化鐵道的諧波及無(wú)功 10 電氣化鐵道 10 交流電氣化鐵道供電方式 11 電氣化鐵道牽引變電站諧波分析及推算 12第三章：電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn) 25 TSC基本原理 25 TSC的分類 26 主電路 27 無(wú)功檢測(cè) 30 仿真與分析 31結(jié) 論 46致 謝 47參考文獻(xiàn) 48電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償[摘 要] 電氣化鐵道的諧波含量多，功率因數(shù)低下，其單相獨(dú)立性又在電力系統(tǒng)中造成負(fù)序電流。針對(duì)電氣化鐵道的無(wú)功產(chǎn)生的特點(diǎn)，選用晶閘管投切電容器（TSC）來(lái)進(jìn)行無(wú)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(guò)比較選出最優(yōu)的投切組數(shù)，以提高功率因數(shù)。無(wú)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(wèn)題。設(shè)計(jì)方案應(yīng)可行并具有一定的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求：正文要求在8000字以上；論文包括摘要、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、致謝；按學(xué)院論文統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式撰寫(xiě)。【前言】電氣化鐵道的諧波含量多，功率因數(shù)低下，其單相獨(dú)立性又在電力系統(tǒng)中造成負(fù)序電流。本文介紹了用于配電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)木чl管投切電容器(TSC)的基本原理、分類、主電路形式?！绢A(yù)期的效果及指標(biāo)】電氣化鐵路的無(wú)功功率補(bǔ)償，基于MATLAB的仿真結(jié)果表明:用晶閘管投切電容器(TSC)來(lái)對(duì)電氣化鐵道進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)同一負(fù)載和不同負(fù)載的情況下，分別投入一組、兩組、三組晶閘管投切電容器(TSC)，對(duì)他們的結(jié)果進(jìn)行比較，某一時(shí)刻相同負(fù)載的情況下投入2組TSC時(shí)，以及某一時(shí)刻不同負(fù)載情況下投入3組TSC，補(bǔ)償效果比較好、功率因數(shù)較高，很好地改善了供電質(zhì)量,提高了供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。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。但這些裝置功率因數(shù)往往很低，給電網(wǎng)帶來(lái)額外負(fù)擔(dān)并影響供電質(zhì)量，同時(shí)還給電網(wǎng)帶來(lái)日益嚴(yán)重的諧波污染。諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的問(wèn)題，但是兩者間的聯(lián)系非常緊密：（1）存在諧波的情況下，無(wú)功功率的定義和諧波有密切的關(guān)系，諧波除本身的問(wèn)題之外,也影響負(fù)載和電網(wǎng)的無(wú)功功率，影響功率因數(shù)。但是，由于電氣化鐵路的負(fù)荷特殊，所產(chǎn)生的諧波、負(fù)序不僅影響到電鐵牽引站的供電可靠性，對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的安全可靠運(yùn)行也產(chǎn)生了十分不利的影響。（2）靜止無(wú)功補(bǔ)償器雖然可以根據(jù)無(wú)功功率需求量自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，適合抑制快速變化的畸變負(fù)荷（如電力機(jī)車）所產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃變，但是也必須注意它們自身所產(chǎn)生的諧波影響。 電氣化鐵道的發(fā)展及特點(diǎn)和傳統(tǒng)的蒸汽機(jī)車或柴油機(jī)車牽引列車運(yùn)行的鐵路不同，電氣化鐵路是指從外部電源和牽引供電系統(tǒng)獲得電能，通過(guò)電力機(jī)車牽引列車運(yùn)行的鐵路。此后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、鐵路運(yùn)量的增長(zhǎng)和對(duì)能源利用率的重視，全世界電氣化鐵路營(yíng)業(yè)里程逐年增加，到90年代初，在130余萬(wàn)公里的鐵路中，電氣化鐵路有18萬(wàn)公里，%。電氣化鐵路的牽引動(dòng)力是電力機(jī)車，機(jī)車本身不帶能源，所需能源由電力牽引供電系統(tǒng)提供。沿著鐵路線的兩旁，架設(shè)著一排支柱，上面懸掛著金屬線，即為接觸網(wǎng)，它也可以被看作是電氣化鐵路的動(dòng)脈。交流制是將高壓、三相電力在變電所降壓和變成單相后，向接觸網(wǎng)供交流電。 無(wú)功功率補(bǔ)償簡(jiǎn)介功率因數(shù)，是對(duì)電能進(jìn)行安全有效利用的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。目前，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)采用的電容補(bǔ)償技術(shù)主要是集中補(bǔ)償與就地補(bǔ)償技術(shù)。上述第二種又可分為：固定連接電容器加可控硅控制的電抗器(fixed capacitor＆thyristor controlled reactor，F(xiàn)C－TCR)；可控硅開(kāi)關(guān)操作的電容器加可控硅控制的電抗器(thyristor switched capacitor＆thyristor controlled reactor，TSC－TCR)[3]。研究用可關(guān)斷晶閘管(GTO)構(gòu)成無(wú)功補(bǔ)償電源(SVG)對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑砗蛯?shí)現(xiàn)方法。SVG的平衡調(diào)節(jié)特性可使?fàn)恳?fù)荷的不平衡效應(yīng)得到改善,并可提高牽引變壓器的容量利用率。濟(jì)鋼中厚板廠原有2套粗軋機(jī)裝置, 沒(méi)有有效的功率補(bǔ)償裝置。LTT使用的技術(shù)類似于電觸發(fā)的晶閘管(ETT),與電觸發(fā)晶閘管不同之處在于LTT晶閘管的陶瓷不是由門套管填充,觸發(fā)的光脈沖通過(guò)金屬接點(diǎn)直接施加到硅片的中心。取消了晶閘管電勢(shì)門驅(qū)動(dòng)單元也就取消了部分放電的電勢(shì)源和電磁干擾(EMI)。目前，在國(guó)內(nèi)許多超高壓輸電系統(tǒng)以及使用電弧爐、軋鋼機(jī)等無(wú)功功率波動(dòng)較大的場(chǎng)合，經(jīng)常采用SVC裝置。（2)TCR即晶閘管控制的線性電抗器TCR起著穩(wěn)定器的作用, 產(chǎn)生可調(diào)的滯后基波無(wú)功(感