【正文】 功率, 而成為雙向可調(diào)的無功電源。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。 SVC（靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置）隨著電力電子器件的迅速發(fā)展,大功率交交變頻裝置在交流調(diào)速中得到了廣泛的應(yīng)用,但同時也出現(xiàn)了新的問題,即對電網(wǎng)造成的污染日益嚴(yán)重,產(chǎn)生這種污染的主要原因是用電負(fù)荷的電流波形中含有沖擊無功分量和高次諧波分量。濟(jì)鋼中厚板廠原有2套粗軋機(jī)裝置, 沒有有效的功率補(bǔ)償裝置。根據(jù)濟(jì)鋼電網(wǎng)的實(shí)際,對軋機(jī)負(fù)荷交交變頻對電網(wǎng)產(chǎn)生的無功與諧波進(jìn)行了分析,并據(jù)此提出電網(wǎng)靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)的技術(shù)方案,利用國外先進(jìn)技術(shù),由德國西門子設(shè)計、制造SVC靜止型動態(tài)無功補(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)的光脈沖通過金屬接點(diǎn)直接施加到硅片的中心。LTT沒有內(nèi)部門接點(diǎn),特別是晶閘管故障無需機(jī)械彈簧。取消了晶閘管電勢門驅(qū)動單元也就取消了部分放電的電勢源和電磁干擾(EMI)。 TCR（晶閘管相控電抗型無功補(bǔ)償裝置）隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,大功率變流裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，這些裝置給電力變換帶來方便,但同時造成系統(tǒng)功率因數(shù)降低,電壓波形畸變嚴(yán)重,成為電網(wǎng)“公害”。目前，在國內(nèi)許多超高壓輸電系統(tǒng)以及使用電弧爐、軋鋼機(jī)等無功功率波動較大的場合，經(jīng)常采用SVC裝置。為了保證SVC裝置正常工作，則需監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時檢測靜補(bǔ)償裝置特別是TCR閥的運(yùn)行狀態(tài)。（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)的滯后基波無功(感性無功),與濾波器組的恒定超前無功一起輸出可控的超前無功以補(bǔ)償負(fù)載動態(tài)無功的需求與電抗器串聯(lián)的2個反并聯(lián)晶閘管組來控制電抗器中的電流,當(dāng)它的相位控制角最大時為全關(guān)斷狀態(tài),補(bǔ)償器輸出最大容性無功；當(dāng)相位控制角最小時,由于電抗器的滯后無功和濾波器組的超前無功相互抵削。TCR由于電網(wǎng)電壓較高，因此每個晶閘管串聯(lián)而成。目前，無功靜止補(bǔ)償裝置的市場形式很好，所以監(jiān)控系統(tǒng)的微機(jī)變化是很有意義的，由于微控系統(tǒng)占有性能價格比的優(yōu)勢，可以大大的提高產(chǎn)品的競爭力[8]。這些不良影響使電網(wǎng)電能質(zhì)量惡化,不僅危害電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，而且使電弧爐煉鋼的產(chǎn)量下降，成為電網(wǎng)的主要公害。我國從80 年代開始對SVC進(jìn)行研究,并先后試制出SVC產(chǎn)品。TCT型SVC裝置由高阻抗變壓器、濾波器和晶閘管功率調(diào)節(jié)器三部分組成。三相各自經(jīng)過零線形成回路,各相晶閘管獨(dú)立換流,避免了相間的相互干擾,具備分相調(diào)節(jié)的功能。經(jīng)過對TCT型SVC裝置抑制諧波電流、消除電壓波動理論等方面分析后,從實(shí)際投運(yùn)2年多時間看,TCT型SVC裝置減少了電弧爐煉鋼對供電電網(wǎng)的影響。(1)減少了電網(wǎng)的電壓波動，補(bǔ)償后電弧爐煉鋼的220kV系統(tǒng)電壓和35kV系統(tǒng)電壓基本不變。目前的運(yùn)行統(tǒng)計報表表明,。綜上所述,TCT型SVC裝置在抑制諧波電流和消除電壓波動及提高功率因數(shù)等方面的效果非常顯著,發(fā)揮了各自的作用，各項綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求。由于電容器組耐受沖擊次數(shù)及機(jī)械開關(guān)自身特性等限制，可調(diào)無功補(bǔ)償不會選用機(jī)械開關(guān)(如真空斷路器等)。其中在電力系統(tǒng)中使用最多、最著名的便是靜止無功補(bǔ)償器(SVC),它有可調(diào)電抗器和晶閘管投切電容器(TCR+TSC)方式和晶閘管投切電容(TSC)。TSC是SVC的簡化方式，按單調(diào)諧設(shè)計多組某次或某幾次濾波器，基波下各支路呈容性，由晶閘管投切電容器組，分級改變補(bǔ)償裝置的無功出力；某次諧波下偏調(diào)諧，兼濾該次諧波。所以它是適用于電氣化鐵道特點(diǎn)和要求,最具應(yīng)用前景的經(jīng)濟(jì)實(shí)用裝置。在牽引變電所的負(fù)荷端口設(shè)置的單調(diào)諧濾波補(bǔ)償支路由C2L串聯(lián)而成，通常對n 次諧波從感性區(qū)域接近串聯(lián)諧振，使該次諧波下支路阻抗呈感性，以至不會出現(xiàn)濾波支路與系統(tǒng)的感性阻抗發(fā)生諧振，導(dǎo)致諧波放大；但在基波下呈容性，可用于基波下無功、負(fù)序的補(bǔ)償；考慮到工程上簡單可行，兩臂每組TSC采用相同結(jié)構(gòu)；另外，由于降壓變壓器漏抗的影響，隨著投入TSC的組數(shù)增加，包括降壓變壓器在內(nèi)的補(bǔ)償支路(7)次諧波容抗降低。無功“返送正計”的計量方式下，當(dāng)饋線負(fù)荷空載概率較高時，應(yīng)放棄使用原有固定補(bǔ)償模式，完全采用TSC可調(diào)電容補(bǔ)償，根據(jù)無功大小動態(tài)投入或切除一定組數(shù)的補(bǔ)償支路，避免FIX長期投入而造成的空載下大量無功返送；如果空載概率不高，在原有固定補(bǔ)償模式下，過補(bǔ)償不嚴(yán)重，則從投資和更好地兼顧濾波起見，應(yīng)考慮采用FIX+TSC方式。 幾種常見的補(bǔ)償方式的比較名稱可控飽和電抗器TSCTCRTCT響應(yīng)方式(ms)6020〈10〈10調(diào)節(jié)方式連續(xù)階梯連續(xù)連續(xù)諧波大（5次25%，7次10%）無?。?次5%，%）同左損耗大（4～6%）小小（1～2%）小噪音大小小小設(shè)計方式需降壓變壓器同左需降壓變壓器 本課題研究的目的及意義隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及各種用電設(shè)備接入電網(wǎng)消耗大量的無功，無功不足和電壓波動大的問題日益突出。從20世紀(jì)初開始，人們就對無功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，為改善負(fù)荷功率因素，逐步采用了同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、串聯(lián)電容器、現(xiàn)代靜止補(bǔ)償器等無功補(bǔ)償手段。電氣化鐵路是重要的電力用戶，其無功問題也一直很嚴(yán)重。前一種方式由于需要大量的資金，短時間內(nèi)還不能實(shí)現(xiàn)。本課題的主要目的是：對無功補(bǔ)償裝置的控制方案進(jìn)行研究，確定一種更有效的、對電網(wǎng)更有利的控制方式；用晶閘管投切電容器（TSC）對電氣化鐵道的無功功率補(bǔ)償進(jìn)行研究。在電氣化鐵道上的列車由電力機(jī)車牽引，電力機(jī)車本身不帶生產(chǎn)能量的裝置，也不能儲備燃料，所需的電能由電力部門供給的。電路機(jī)車通過受電弓及車輪，與接觸網(wǎng)導(dǎo)線軌道接觸，機(jī)車受電（）。在電氣化鐵道的牽引供電系統(tǒng)中，根據(jù)電流和電壓的不同，大致可分為直流制和交流制兩種供電方式。低頻單相交流制出現(xiàn)在本世紀(jì)初。目前，%。因而，低頻單相交流制在世界上沒有得到廣泛采用。在這種供電方式中牽引變電所將三相交流電中的一相送至接觸網(wǎng)上。工頻單相交流制排除了直流制和低頻單相交流制的缺陷，能直接從具有巨大容量的電力系統(tǒng)取得電能，它是牽引供電方式中的后起之秀，發(fā)展很快，采用的國家越來越多，%。經(jīng)饋電線送往接觸網(wǎng)。在其供電臂的末端即在兩個供電臂交界處設(shè)有分區(qū)亭，裝有分相裝置及短路器，對接觸網(wǎng)起到分段與保護(hù)的作用。一、 按供電臂的接線方式分區(qū)（一）單邊供電在電氣化鐵道上行駛的電力機(jī)車，只接受某一方向變電所提供的電，稱為單邊供電。只影響本供電臂，波及范圍小，而且饋電線保護(hù)裝置也比較簡單。采用這種供電方式，機(jī)車由兩個變電所取流，牽引變電所的負(fù)荷較均勻，電能損失小，供電質(zhì)量好，但是接線及繼電保護(hù)裝置較復(fù)雜，在有故障時，兩供電臂同時停止工作。二、按對周圍環(huán)境有無防護(hù)效果及防護(hù)設(shè)備的形式分（一）直接供電方式這種供電方式以承力索和接觸導(dǎo)線并聯(lián)組成接觸網(wǎng)作為饋電線，以鋼軌和大地作為回流單線。這種供電方式稱為吸流變壓器供電方式，簡稱BT供電方式。這種供電方式稱為自藕變壓器供電方式，簡稱為AT供電系統(tǒng)。 電氣化鐵道牽引變電站諧波分析及推算我國約有3000kM的電氣化鐵路，由專用牽引變壓器提供，一次側(cè)三相進(jìn)線連接到110Kv電力網(wǎng)，每路各承擔(dān)一組牽引供電臂，每一供電臂上可同時有多輛電力機(jī)車運(yùn)行。若不加以處理，將嚴(yán)重污染電網(wǎng)質(zhì)量。(2)兩臂有機(jī)車時，輸入系統(tǒng)的所有不平衡諧波（包括奇波h=1），分為3類：令m=0,1,2,…，則h=3m+1為正序諧波（相序為A,B,C）；h=3m+2為負(fù)序諧波（相序為A,C,B）；h=3m+3時，當(dāng)兩臂電流初相角相等時為年零序不平衡諧波，其相角兩相同一相反相。(3)各次諧波序電流均可分解為正序分量和負(fù)序分量。所以變壓器繞組對機(jī)車諧波電流無任何阻擋作用，全部機(jī)車諧波電流注入電力電網(wǎng)系統(tǒng)。當(dāng)與系統(tǒng)反相序連接時須將代以，使其成為負(fù)相序，且式(10)～(14)中參照系統(tǒng)相序的正、負(fù)序諧波電流計算式應(yīng)對換；當(dāng)時三相線電流和上述序電流的各次諧波式不變。 Y/d11接線牽引變壓器換相連接方式牽引站序號123456系統(tǒng)序號ABCABCABCABCABCABC變壓器序號ABCACBBCACBACABBAC 諧波源對電網(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。(2)公共連接點(diǎn)的諧波電壓是牽引變電站注入系統(tǒng)的諧波電流所引起的諧波電壓和系統(tǒng)中其他諧波源所產(chǎn)生的諧波合成電壓。采用從供電臂的諧波電流來估算牽引變電站注入電力系統(tǒng)各相的諧波電流的方法便于在工程上實(shí)現(xiàn)和控制，不同類型的牽引變電站的不對稱情況不同，分相估算其注入電力系統(tǒng)的諧波電流方法也相應(yīng)不同，以Y/d11接線的牽引站為例。牽引變電站注入電力系統(tǒng)的三相諧波電流相量表達(dá)式為 (21) (22) (23)式中電流分配系數(shù)是高壓B側(cè)相電流中僅由引起的這部分諧波電流與之比，并已計入牽引變壓器的變比，余類同。系數(shù)、和值按下列兩種情況計算：(1)不安裝濾波器時 (24) (25)(2)裝設(shè)濾波器，且每臂濾波器的第次諧波阻抗均為，可引入阻抗比，即可得： (26) (27) (28) Y/d11牽引變壓器注入系統(tǒng)各相的第h次諧波傳輸系數(shù)傳輸系數(shù)饋電臂a、b相和供電系統(tǒng)A、B、C相的對應(yīng)關(guān)系A(chǔ)對Ab對Aa對Bb對Ca對Cb對Aa對Bb對Aa對Cb對Ba對Ab對C 無功功率在正弦電路中，如果負(fù)載是線性的。設(shè)電壓、電流分別為：其中，為有功分量，為無功分量。對于發(fā)電機(jī)和變壓器，其額定電流與繞組導(dǎo)線截面積及銅損有關(guān)；額定電壓與繞組的電氣絕緣有關(guān)，在一定工作頻率下，額定電壓又與鐵心尺寸和鐵損有關(guān)。從式(29)知，有功功率的最大值就是視在功率，越接近，說明電氣設(shè)備的容量利用得越充分。但在滿足狄里赫利條件下，非正弦電流可以分解成傅立葉級數(shù)： （35）其中，的部分為基波電流： （36）的所有分量為諧波電流。至于非正弦電路中的無功功率尚未廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義，這里使用一種通行的定義，這里使用一種通行的定義方法，將電路無功功率分為由基波無功功率和由諧波產(chǎn)生的畸變功率： （41） （42）這樣，總無功功率為 （43）對比式38～43可得如下關(guān)系式： （44）由上分析，可見總電流可看作三部分組成：有功分量、基波無功分量和諧波分量。功率因數(shù)問題是用電設(shè)備對電網(wǎng)帶來的影響問題。無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展過程就是對這一問題不斷深入的認(rèn)識和解決過程[23，24]。異步電機(jī)和變壓器消耗的無功功率在電網(wǎng)所提供的無功功率中占很大比例；電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線也消耗一部分無功功率。無功功率的增大，使總電流增大，導(dǎo)致視在功率增大，從而使設(shè)備容量、導(dǎo)線規(guī)格、相應(yīng)的控制設(shè)備、測量儀表和保護(hù)裝置的規(guī)格容量也增加。由于無功功率導(dǎo)致電流增大，設(shè)備和線路的損耗增加，電能的利用效率降低。由于線路阻抗的存在，大量的無功電流注入電網(wǎng)會引起電網(wǎng)電壓下降。，設(shè)備容量利用少。無功功率補(bǔ)償?shù)淖饔糜校?，降低設(shè)備容量，減小導(dǎo)線截面積，節(jié)約有色金屬。 二、無功功率補(bǔ)償 由式（33），（34）假設(shè)有功功率P不變，可作功率圖，如圖23所示。而隨著減小到，視在功率也由減小到，從而在電網(wǎng)電壓不變時，電流也減小，使設(shè)備容量、損耗減小。無功補(bǔ)償技術(shù)主要有：同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、靜止無功補(bǔ)償裝置等。[全國供用電規(guī)則]：無功電力應(yīng)就地平衡；高壓供電用的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶。電氣化鐵路由功率因數(shù)（110KV電源側(cè)）較低的實(shí)際出發(fā)，以降低鐵道運(yùn)營費(fèi)為目的，（55）KV側(cè)安裝并聯(lián)電容無功補(bǔ)償裝置，這些均是不可調(diào)的固定補(bǔ)償設(shè)備，它具有功率損耗小，安裝簡單維護(hù)方便等特點(diǎn)。在電力系統(tǒng)高壓變電站，大多采用可調(diào)的固定并補(bǔ)裝置，但在目前的技術(shù)條件下還只能采用有級調(diào)節(jié)，設(shè)備使用壽命短，對短路的穩(wěn)定性差，切除后有殘留電荷，有發(fā)生諧振的機(jī)會，且采用金屬接觸器投切，只能進(jìn)行分級階梯狀調(diào)節(jié)，并且受機(jī)械開關(guān)動作的限制，響應(yīng)速度慢，不能滿足對波動頻繁的無功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊?，由電子件與儲能元件構(gòu)成的靜止無功補(bǔ)償裝置（Static Var Compensator—SVC），如晶閘管可控電抗器（Thyristor Controlled Reactor—TCR）和晶閘管投切電容器（Thyristor Switched Capacitor—TSC），（有時也稱可控硅可控電抗器和可控硅投切電容器）。另一方面，可控硅控制投切雖然已能相對平滑的快速調(diào)節(jié)，但這種補(bǔ)償器的容量明顯受到安裝點(diǎn)電壓變換的制約，它與安裝點(diǎn)電壓平方成正比，當(dāng)網(wǎng)壓下降時，由于補(bǔ)償器提供的無功功率反而減少，導(dǎo)致母線電壓進(jìn)一步降低功率因數(shù)。比SVC更為先進(jìn)的