（电力系统及其自动化专业论文）基于系统潮流的牵引变电所综合补偿方案研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 l 页 阵，蠲于毫牵弓| 受精受序在毫力系统中瓣分毒诗算。应用较俘 n e h a r p a r c o m 2 o ，对西昌电网内的德昌牵引变电所实施各种补偿方案， 计算德量牵弓l 变电爨实藏各秘枣 偻方嶷翦蜃瓣各项援本掺振，势对殛鑫 电网进行补偿前后负痔( 三相分析法) 、谐波渗透分析，综合考虑各项仿 真结聚，比鞍和选择器枣 偿方案，得凑适合予德昌零号l 变电艨匏最戆 偿方案。 关键词；牵引变电所 功率因数；负序电流：谐波电滤；综念 偿 西南交通大学：硪士研究难学位论文 第| ii 页 a b s t r a c t 下h e 氇r c em 越nt e c 蛐es “锑c c t so f a et 嘴c t i o ns i l p p l ys y s t e mo d g i n 氆e c h a r a c t e r so fr e c t i f 沁a t i o n枉a c t i o n1 0 8 d ： l o wp o w e rf h c t o r ，a 1 州姗t b a 勰。蝣e s 强dn e g 蕊磷s e q u e 蘸c ee 珏r f e n tf b ri 诂s i n 誊e 婶箍s ei 舔e p c n d e n c e 。 a d v e r s ei n n u e n c e so fr c 踮t i v ep o w e r n e g a t i v es e q u e n c ea n dh a 彻o n j c so n p e w # fs y s 捃m 菸e e 区姆b es o l v 姆醚o p 耋强g 斌纛戴i e 番壤铭s 班s ， a tp r e s e n t ，t h cf i x e dp a m i l e lc a p a c i t o rc o i l 】p e n s a t i o nd e v i c e 8h a v eb e o n a d o p 辫莲，b u ta s 氇e 粥l i c yo f 器e i v e 芦w e r 羚捆蠢矬gb 融s 弦感i v e v a l u e ”e m p l o y e d ，ti sd i 街c u l tt oc o n f o 肌t ot l l e 1 i 戚ts t a l m a r do ft h e t r a e t i o 娃l o a dp o w e rf a e l o fs e tt 碜姆也e 势o w e rs 鞋p 瘩yd c p 蛾m l t s 。霹娃sp 擎嚣 d i s c u s s e s 也ee 行e c t i v e n e s so ft h i sm o d e c a p a c i t o rc o m p e n s a t i o na n d i n t r o d u c e s 虹m p l ea n dt l s e f 试a s s e s s m e n tm e 壤o d s 如fe v a 沁a 畦o np r o g m m 蚤 f o r 伍e 灯戚o ns u p p l ys y s t e m ，m er e a c t i v ep o w e ra i l dn e g 撕v e s e q u e n c ec l l l 蝴ta p p e a ra tt 量i e s a m et 主m ef o l l o w i n gt r a c t i o al o a d i ti s i n s i g n 濠c 8 n tt oc 叩煳s 砒co n eo ft h 啪，h e n c e ，w eh a v et os t u d ym e c o m p r e h e n s i v ec o m p e n s a t i o nf o rr e a c t i v ep o w e ra n dn e g a t i v es e q u e n c e 。s o ， 建i sn e s s a f yt oa n a l y s e 重h en l l eo f 觞g 斑v es e q u e n c ea c c o 越i n gt ot 量l e c h a m c t e ro f t r a c t i o nl o a dt of i n dat y i ) eo f o p t i m i z a 【o n a lc a p a b i l i t ya 1 1 0 c a t i n g s c 醅礅e s ，蝓d e s 蛀n a 娃。歉i s od o c f e 鑫s e 谯en e g a t 沁es e q u 黼e ee 谳e n tt o 诲2 m i na n di n c r c a s e 幽ep o w e rf a c t o ra tm es 啪et i m e a p 8 r t 蠡蛰辙鑫l 捆赫螽鑫l 摊耀e a np v i s o m e 如戚a m 锶黼r e a e v o p o w e rt ot h ep o w e rs y g t e m o p t i m i z a t o n a ld e s i g nm e t l l o d so fs i n g l e t i l l l e d p 鑫s s i v o 螽l t e f sw 瓤矗c o 毽l 痤b e & 菇薛d 稔i 蘸渤8 s ep o 嘲巍e 奶r 甜瓣d e c r c 鑫s e t h eh a 耵n o n i cc u r r e n t sa r ei i i 口o d u c c d ，t h eo b j e c t i v e 劬c t i o ni st om “m i z e t h et o t a 圭i n v e s 抽瞅a 珏d 氆ep l a n t 潮i l i t y 谢爆鼋u 越i 曩秘f e 8 0 t i v e p o w e l t h es i n 9 1 e - n l n e dp a s s i v ef i l t e r s w i t l l r e d u c i n g m m s f o n n e ri s i n t r o 文l e e dt o oa n d 也e 巍a e c 擞n gt oi 钰& s i 辇箍 d e l h ec 。鞠擎e n s 贰i o 牲 s c h e m eo ff i x e df i l t e r sa n da d j u s t a b l ec a p a c i t o ra n dr e a c t o ri sp u t 妫r w 耵d t h es o 蠡w a r en e h a r p 舡c o m 2 oi sd e v e l o e dt od e s i 静p 躐黼畦e r so f d e v i c ea n dc a l c u l a t ep 蝴e t c r so f c o m p e n s a t i o nb r a n c ho f m e c o m p e n s a t i o n 西南交通大学硕士研究难学位论文第l v 页 s c h e i ￥擀sf b f 搴耗c 越蠡。莲强i l w a y 括蒯。彀s u b s 掘l o 髓x e 魏鑫謦a f c o 擞2 。0h 嚣s 鑫 p o p u l a ro u i ，a n dh a st l l ec h 删t e r so fc l a s s sh i e r a r c h ya n do p e m n 岛w h i c h 描a l ( e si t e 曩s yt o 铹啦毫n 建m a i 越a i 懿鞠d碑1 8 鑫专。 确。凡粼滋。珏so f n e h a r p 龇c o m 2 o ：诎ee 船c t i v e n e s so f 龇6 x e d p a r a l l e lc 印a c i t o r c o m p 张s 8 t i o nd e v i c e s ；t h eo 搿i m i z a t o 矬a 至越l o c 蹴 s c h 糯e f 糖珏c g a 畦v e c o m p e n s a t i o nc a p a b i l i 锣；o p t i m i 跏a ld e s i 酗s f 0 r s i n g l e t u r l o dp a s s i v e 6 l t e r s ； o p t i m 妃e a t o n a ld o s i g n sf o rs i n g l e t l m e dp a s s 主v e 煎l t e r s 桃r e d u c 泣g t r a n s f o n n e r ；o p t i m i z a 士o n a ld e s i g n so f 蠡x e d 矗l 协r sa n da d j u s 诅b l ec a p a c i t o r a n dr e a c t o r ；a c c o m p l i s h i n gt 1 1 et l l r e e p h 8 s em o d e l so fp o w e rs y s t e mm a i n e i e m e n t s ，f o r m i n g 也et o p o l o 舀c a is 讯l c t u f eo f 也r e e - p h a s e 血n d a n t n e n t a l w a v ea 1 1 d 廿1 em r e e _ p h a s en o d a la d m i t t a n c em a t r i c e s u s i n gn e h a r p a r c o m 2 o ， d e c h a n g 鼢矗o ns 曲姒i o ni n 馕ex i c h a n gd e e 砸en e t w o r ki s 溉口l e n l e 】撇d b yc o m p e n s 积o ns c b 懒e s b yc a l c i l l a t m g 也eq u a l i f i c a t i o n so fd e c h a n g 嚣a 蕊雠蛆b s 掬毫量。na n d 勰瘸y 驰o f 粒耐主v es e 鼙啪蕊h a 靠n o n i et 圭l r o 聪馥 i m p l e m e n t i n gc o m p e n c a t i o ns c h e m e s f o r e鲫da f t e r ，t h c s u i t a b l e c 。m p 。魏s a 圭呈醣s c b 鼬ef o f 穗 c 溆耀妇娃i o 狂s 西s 钕畦。珏i so 转巍芏重舞 k e yw o r d s ：柏c t i o ns u b s t a t i o n ，p o w e rf a c t o r ；n e g a t i s e q u e n c ec l l n _ e n t ； h 潮祗ee l 硝湾n 圭；c o 耋鞋掣e 基e 珏s 至v e m 瑚靠莹主鳃 西南交通大学硕士研究生举位论文第1 援 1 1 课题的背景及意义 第1 章绪论 近十年来，我国电气化里程成倍增长，繁忙干线列率全面提速，人们越来 越重程蕺气纯铁癌鲍快速发震对我国国氐经济灞长起至g 静重要佟瘸。峦予攀耜 电力牵引负荷和非线性特性晶闸管电力机车的使用，导致了无功功率增大、注 入电力系统的受廖、谐波食量较大，其涉及范围夔羞铁路鸯气位攫翟兹爝长瑟 目盏扩展，突出地成为影响牵引供电系统和电力系统安全经济运行的重蒙研究 课题。圆此，结合电气他铁道的系统特点和负荷特点，嚣求无功、负序勰谐波 的综合 偿方法，其意义是重大的。 l 。2 国内外磷突状凌 无功、受_ | 亨莘羹谐渡懿存在蹩扶三穗邀力系绞取毫熬激气往铁路单穗交矗系 统所固有的三大技术问题。国际上对这三大技术问题的研究成果与对策也不尽 鞠固。荚嚣主要关注负黟髑谐波，基本代表黢共体戆j 毒撼。兹荔联剥注整电压 调整和无功补偿，兼顾贸序和谐波的补偿，基本以改善牵引供电系统自身的技 术指标为主要目标。相比丽言，目本的研究和应用较为全厦，如可调无功 偿 及滤波，三相一荤相对称变换系统。僵无论如何都未从蘧论上将无功、负序乃 鬣谐波的研究更全面、完器地统一起来川。 嚣蠹对这三大技术瓣遂赘谈识遣有一夺发袋避程。魄气纯铁路建设季露期， 比较注重负序，假当时电气化铁路里程短，对电力系统造成的不良影响也是局 部戆，蜃寒对功攀遐数愈烟关注。如果说受序主鬃属按本阀送的溪，嚣么，功 率因数既属技术问题，也属经济闷题。提高功率阑数的技术上可行、经济上合 理的现实方案是不可调并联李 偿，但困牵弓l 负荷的随机波动性，过补偿和欠补 馁是磐然臻发生的过程。电力部门在过补偿反计( 返送蔽计) 无确韵基确上又 进一步提出了过补偿不计( 返送不计) 、过补偿正计( 返送正计) 的无功计量 方法，其中；童孝 傣正诗霞不可调并联补偿稻于牵雩i 供电系统豹经济往受劐严重 挑战。随着电力电子技术的发展和在电力系统的广泛应用以及电力系统中谐波 承平的逐激商涨，7 0 年代之羼，器工韭困分裂裁订了限露l 谐波东平戆导剡、援 宓或标准。影响较大的有i e e es t d5 1 9 ，英国的e r g5 3 f ，】和编制中的e r g 5 4 ， 西南交通犬学硕士研究生学位论文第2 贞 舔苏联豹foet 1 8 内9 堪7 ，l o 3 6 e c ：1 9 9 6 等嘲。我国懿订静国家标准1 2 】 与英圉的g 5 3 相仿。电气化铁路发展的趋势是牵引变电所的容量不断扩大， 缀然采取了一些平燕受磐数接藏，懿采爝平餐接线交蓬嚣，毽受摩造成戆不良 影响仍不容忽视，并且襁个别地区会造成严重厝果，如1 9 8 6 年大同二电厂机 缌事故，1 9 9 1 年河南僚阳地区2 2 0k v 线路跳燃抖等，因此，国家制订撂准加 以限制怒非常必要的1 “。 l ，3 现除段妻冬具体羚偿措施 近死年，缝合国羚熬走遴援术，我溪电气纯锾莲交奄辑无麓脊嫠与游渡综 合治理提出了多种无功补偿方案。无论哪种方案，都是力求基波下补偿牵引负 兹款感性无功功搴，提麓功率霞数，降低受穿，蒡棱成鸯效静滤波逶路，滤除 ( 或抵消) 指定谐波。主要方案有： ( 1 ) 安装湖定电容器和电抗器组成单调谐滤波器。在设计时，虑除指定 瀚谐波，并兼颥褥高功率因数，降 氐负侉。这种方案的优点是结构简单，投资 少，但很难适应牵引负荷变化剧烈的特点，对于过补、欠补问题无法解决，在 魄力部f j 佼凳l “逛送歪诗”静无功诗量方式清淡下，葫率霞数缀难满足聚求。 ( 2 ) 分组投切电容器。以期解决道补、欠补问题，此方案的优点魁结构 馋蕈，投资少，毽投拯邀褰器会蠢一个蛰态过程，可l 会产生过鼓压移过迩渡， 影响补偿装置的可靠运行，而且加上开关寿命的限制，不能频繁投切，仍不能 解决过补署墨欠补的问题，负序的问题也茏从解决。 ( 3 ) 真空断路器投切电容器。最大的优点怒简单、投资省；缺点怒合闸 时，投切滤波支路有一个暂态过程，会产生过电流过电聪，影响电容器及串联 滚藐嚣韵可靠运行；韬狳滤波支鼹对，皴头上浚复逛压较高，香开关重燃鲍可 能，多次霞复击穿时，电容器上产生很高的过电压，致使设备损坏。对电容器 缀戆投甥渖壹，l & 巍定不超过1 0 0 0 次每，热之开关蹇念豹隈铡，不g 频繁 投切，从而影响动态补偿效果。 ( 4 ) 固定滤波器+ 晶阐管调节电抗器( t c r ) 。匿定滤波嚣按谐波蒙求设 计，反并联晶阐繁与电抗器串联，通过改变晶闸篱艋发角来调节流过电抗器的 感性电流，使其与并联滤波器中多余的鸯性无功补偿电流平衡，满足功率因数 簧求。筏点是固定滤波耱长裁投入，需鬟酶晶溺镫数量少，穗盛速度快，调节 性能好，缺点是t c r 也产生谐波。 ( s ) 霾定滤波器+ 燕阕管调节交送器( 炎羊) 。建嵩潺获交愿器钱耱邀获 器即得到这种补偿方案。由于高漏抗变压器制造麻烦，脊劝损耗大，这种补偿 西南交通犬学硕士研究生学位论文第3 页 方案，并没有霉到广泛应掰。 ( 6 ) 固定滤波器+ 可控饱和电抗器。调节饱和电抗器磁饱和程度来改变 滚入回躔鲍感性电流，馊其与势联滤波嚣中多余数容蛙蠢功功率褥以乎鬻。俊 点是固定并联滤波支路长期投入，不需投切，实现光滑可调；但同t c r 一样要 产生谐波，有损耗，噪声太。 ( 7 晶阐簿授切电容器( t s c ) 。按照一定的寻饶模式，设计多缓篥次或 莱几次滤波器，基波下备支路呈容性，分级改变补偿装簇的无功出力；滤波器 麓次谐波下壤谡潢，兼滤该改谐波。饶点是损耗小，结耩篱荤，速凌睡波狭， 不产生谐波，可以实现过零投切，不会产生像真空开关那样严羹的过电压，缺 点是每缀都配搪应的晶蜒管，滤波效果爨系统特性和投入组数黪影蟪，一次蛙 投资大。 ( 8 ) 固定滤波器( f c ) + 电容器( 牝) + 电抗器( t l ) 调联。通过调节降 压变压器低压铡的母线电压来调节连接在低压母线上酌滤波器域电抗器的电 压，从而改变其凭功出力。调节时，用晶闸管通断，分接开关无载调节，可充 分裂震分接开关静撬缓蠢翕( 这5 0 l 万次) 帮晶蘑篱酶毫气寿愈( 灌论上 不受限制) 。在实际应用中，也可加装f c 来提供稳定的无功功率和实现滤波。 ( 9 ) 存源於偿器。使弱电力电子装羹产生与受蔫中谐波电滤、受廖毫滚 相位相反的电流，使其相互抵消来满足电源的总谐波、光功电流的要求。这种 方案补偿灵活，调节速发快，不会与系统发生谐振，但因毫力电子设备价格昂 煮，并没有得至l 广泛应鲻。 ( 1 0 ) 无源补偿器十有源补偿器。采用有源滤波器产生与负荷中谐波电流 稷位穗反豹谐波魄流，菠其程互羝潜来满是电源鹃慧谐波电流静簧求。院较藏 功的是茏源、有源混合滤波器，鬯能扬长避短，充分利用无源补偿的大容量和 奄源李 偿豹灵活蛙、可控健，毽冀缝梅复杂、造徐毫、逡季亍费爱态。这按求 证处于研究阶段。 4 论文麓圭要工 絮 2 0 级磷究生壬獯曾开发了软释n 曲a a 1 o 懋e g a t i v e & h a 蝴o n i c p e n 咖t i o na n a l y z e r ) ，在此基础上作者完成了软件h a r p a r c o m 2 o ( g 鑫蠹v e 、珏a 黼蕊e 拄e 瞧氐n 矗n 蠢y z 。披王乏。a c 羲v ec o 掰p e 矗s 舔。珏) 懿开发， 其除具有n e h a r p a l o 的功能外，主要能究成电气化铁道牵引变电所综合( 凭功、 受序和谐波) 於偿方寨魏装萋参数设诗帮蛰罄支爨戆参数诗算，著能竞拨邀力 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 系统主瑟设鍪元 孛静三辍基波建模，形成毫耀三耀基滚据癸结构，著鑫麓圭残 节点导纳矩阵，用于电牵引负稿负序在电力系统中的分布计算。 第 章绪谂，概述了瀑题辑究蛉意义及国凌步 磅究现状。 第2 章讨论了牵引变电所固定并联电容补偿有效他的评价。 第3 章针对电气化铁道牵弓l 负荷无功、负膨的综合於偿，作者提出了两秽 补偿搔施：( 1 ) 补偿无葫为主，滚颞负涝补偿：( 2 ) 补偿负序为主，兼顾无功 补偿。 第4 章详鬃缝论述了集无功与谐波补偿予一起静可调单调谐滤波器豹优纯 设计方法。并以德昌牵引变电所为例，提出了三种补偿方案：( 1 ) 3 、5 次固定 滤波器+ 霹调电撬器：2 ) 3 、s 次霹溪滤波器； 3 ) 3 次阗定滤波器+ 3 、5 次 可调滤波器，完成了各种补偿方案的装麓设计，并进行补偿效果仿真。 第5 章讨论了电力系统主要设备元穆的三糖基波禳攘，这些设冬元镑涉及 同步发电机、电力变压器、架空输电线、牵引交压器、综合负载、并联元件和 串联元传等。 第6 章介缁了作者开发的衡真软件n e h a r p a r c o l i l 2 o 的主簧功能。 第7 章利用软件n e h a r p a r c o m 2 o ，针对作者提出的上述三种补偿方案， 对嚣昌泡露逡行爱穿( 三糖分析法) 、谐波渗透分率厅，并计算德蓦牵弓| 交魄所实 施各种补偿方案前后的备项技术指标，综合考虑各项仿舆结果，比较和选择各 替偿方蹇，褥窭逶合予镶昌牵弓| 变毫掰瓣最佳於偿方案。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章牵引变电所固定并联电容补偿 我国班行的电力机车多为交一直整流行机车。交直型电力机车牵引工况下 功率因数一般在o 8 ( 滞后) 或稍大，为达到经济功率因数，考虑到补偿装置的 利用率及机车车体空间和轴重的限制，对于剧烈波动的牵引负荷而言，多在牵 引变电所( 地面) 实施补偿，目前大都是不可调的，其效果取决于电力系统对无 功功率采用哪种计量方式。2 0 世纪8 0 年代及以前，电力系统对无功采用“返 送反计”方式，即过补偿时牵引变电所的无功电度表反转，从电力系统吸收容 性无功，可使就近的感性负荷受益，并且计量结果显得牵引变电所无功补偿有 效：将补偿容量配置为整个负荷过程无功功率的平均值，功率因数为1 o 。后 来发展为无功“返送不计”，即在牵引变电所加装无功返送止逆措施，过补偿 的无功功率不计入功率因数，对此，电气化铁道适量加大补偿量尚能取得满意 的效果，更进一步，上世纪九十年代始，不少供电局大力推行无功“返送正计”， 即过补偿视为“欠补偿”，加之电力机车采用再生反馈，于是“功率因数”大 幅度下降，远低于o 9 ( 滞后) 的经济功率因数要求，有的牵引变电所功率因 数低至0 6 及以下，并且每年因此被罚款达2 0 0 万元甚至更多，造成巨大的 经济损失。由此提出了放弃固定的不可调补偿模式，实施动态跟踪可调补偿。 但是目前我国铁路牵引供电普遍采用的固定无功补偿装置，具有结构简单、 设备投资少、运行可靠性高、维护方便、现场运行经验成熟等优点，所以，是 否牵引变电所的固定并联电容补偿需要实施可调方案的改造，还要根据变电所 的实际负荷情况而定，不能对固定补偿方式采取简单的否定。 2 1 固定并联电容补偿有效性评价 从实际出发，对固定补偿方式进行有效性评价是必要的，尤其在电气化铁 路设讣阶段。对于固定并联电容补偿，在“返送正计”的计量方式下，存在一 个最佳容量配置点，使固定补偿达到最佳状态。所以，对固定并联电容补偿有 效十车评价过程就是一个寻找最佳容量配置点的过程。对于某一确定的负荷过程 曲线，“返送正计”时固定补偿最佳容量配置点完全可以通过计算机编程得到。 曲线，“返送正计”时固定补偿最佳容量配置点完全可姒通过计算机编程得到。 西南交通大学硕士掰f 究生学位论文第6 贾 2 。1 。1 固定势联电容枣卜偿最健容量配置 设牵弓| 变电骈三稻鞠时有功功率、无幼功率分剐为烈f ) 和 ) ，翔有 p ( o = p a ( ) + p b ( d + p c ( ( 2 一1 ) l 譬玲) = 窖a 8 ) + 譬辞0 ) + 窖c ) 变电所即时功率因数 朋。；丝竺； ( f 艄耐+ ( f 癣) 出) 2 ( 2 2 ) ( 2 3 ) 式中，丁为全天时分，l4 4 0m i n 。 假定牵弓 变电所2 7 。5k v 侧两臀并联嗽骞器安装容爨备受繇鞫鳓，摆额 定2 7 5k v 网臌下补偿装簧的出力为姨c 和绋c ，则 式中，致、为并联电容器组额定电聪，k v ；f 。为势联电容补楼装鬣的调谐系数， 即串联电抗器基波感抗与魄容器基波容抗的比德。 忽略零孳i 变压器有功损耗、无韵损耗，并联电容补偿装置投入之厝，变电 所邸时功率因数 c o s 毋。 霎! ! ( 2 一 0 p 2 ) g 即楚说，并联补偿其与系统正净无功功率肖关，丽与有功功率光关。 在式( 3 1 卿中，并联补偿的功率因数角蒙么仇= 9 0 。( 纯感性) ，要么 纯= 一9 伊( 缝容往) ，这虢荔觅：弗联幸 偻对正序无功功率的作用只与总於馁容 萤有关，而与所在端口亦即与变压器的接线方式及其在端目的分布方式无关。 为衡量并联脊偿对尧功功率的誊 偿效栗，可定义无功补偿度 矍童壅婆查堂璧查登窒皇堂焦鲨塞 蔓! ! 篓 羔虹爷，一醇一兰吩虹虹爷，一s 喜一吩8 i 建 = 曼了一= l 一 s ys i n s y 咖舻， y = ly = f 3 一l ? ) 显然，群：o ，即为无并联补偿，岛= 1 对应原系统的无功功率被全部 补偿，使s ；= o ，通常g f o 掰，一般由幸 偿嚣鹃功率函数确定。薷要求功率 因数由c o s 纯补偿副c o s ，刚“ = t 一( 焉耋暑等) j ，e 。s 鳓t ，c 黼纯d ，s 小于等予s 纯c 掩， 刘并联睾 偻的憨容爨为 绞( ) = 【s ，( f ) s i n 哆0 ) 】 ( 3 1 9 ) 通过式( 3 一l 可看出，对予可调的无功补偿，只要补偿装鬣随着牵引负荷 翡变化按式调整其慈爱麓毒力，藏畿宠器圭| 塾狰髅无功，经无功朴偿达至l 任意 辩靛眷倦效采。 为搽述若联枣 偿对受序的枣b 偿l 乍用及冀特点，可像式( 3 一1 7 ) 定义蠢功枣 偿 震薅梯定义受_ | 擎於偿度为 菇。：兰旺生( 3 2 s e 其中，苏为无并联幸b 偿时的负序复功率，且 鼯= 芜b 8 “2 v ，峨 ( 3 吨1 ) 予是将式( 3 一1 4 ) 和式( 3 2 1 ) 同时代入式( 3 2 0 ) 褒 一窆妒m 州一 “ 妻吩# m v y _ 1 瑾论上，警牵雩i 端驽歉据确定，郯专、，尸l ，2 ，m 己知辩， 偿发墨，那样僮鬈，在静，l 】之阉经意逡耩对，震开式( 3 2 2 ) 为 宝驴朋地) ：妻妒“2 虬帆 ( 3 2 2 ) 鱼像无功 ( 3 2 3 ) 飚南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 徽 由此已能看出：并联补偿对负序的孙偿 乍罔，不仅与枣引负凳的大小秘功 率因数有关，还与其在次边端口的分布方式( 接线角) 及并联补偿的陡质( 容 瞧或感褴) 有关。 3 。2 无功、负序的综合补偿 无功、负黪熬综合_ 李 髅可分舔释潼澎遴行考虑，一释是袁受穿要求较为宽 捡懿场合，戳 镶无功麓主，兼矮受序李 偿：努辨一静情形是在爨_ | 事较为严重 的困难区段，考虑以补偿受序为主，兼顾涎功搴 偿。 3 2 奉 偿无功为空，兼顾爨序补偿 由于燹凌於媸与於偿褰量褒各壤嚣鹣分配无关，只簧憨懿替楼容量不变， 光论容量柱各个端口如何分配，孝卜偿效果都是相当的。但是，铃髅容量在套个 端口的不闻分配却赢接影响着受序电瀛黝大小。所以校掇上一节的分掇，在提 高功率因数的间时，寻找一种无功补偿容蠛的优化配置方案，以期实现把负序 电流降到鬣小。 对应式( 3 玛) j 玎推导出负序电流的方均根值为 1”* 一l” l 砖一= 【( 趸足0 ) 2 + 2 乏：最矗蓉f e 。2 矿 + 妒一2 矿一镪) 】2 v jy = l 女。1 ，i + l ( 3 2 4 ) 式中，茁。洚端翻受赫电流瀚有效穰与平均值之眈；，。为端目负荷电流的 平均傻，y = l ，2 ，行。令 4 = ( 巧k 妙) 2 + 2 世 ，憋，c o s ( 2 t + 鲰一2 f 一卿) 】 ( 3 2 5 ) p = l女蝴 = 女+ l 考感到两端翻( 臀) 供毫静举弓f 变魏所通常鞭焉三稻奄中的两稻，为不 失一般性，不妨没彝令璞疆中麓3 个必牵警| 受甍蝼露 1 ) ，粼 定义2 ：滤波支路的滤波率( 分流率) = 嵇1 ) 转2 ) 定义3 ：指定滴口豹稽对纛鞠枣 偿鬃 = 争= 詈 ( 4 _ s ) 式中，磐= 。，。必基波 偿客鳖，s = 秽。；兔撑定壤搿懿牵引受旖惹容鬣。 毒， 。2 滤波支路技术参数豹计篝方法 羞端豳的滤波支路为綦波容性，则其巾电褰器组基波察攘必 露，：士等 ( 4 _ 4 ) 。 1 一f 。妒 、 串联电拔器基波感抗为 爿。土堡 “ l f 。矽 为方便，在偏调谐时可不计滤波嘲路的电阻，即 瓦= 弘n # 碟( 鸭一 1 疆一5 ) 志坐彤 煎赢交通大学硕士研究生学位论文 第2 4 擞 例外，要由实测数据确定州】，在满足式( 4 1 ) 以使z 。、z 鼢均为感性，即不歪使 谐波放大情况下，由式( 4 2 ) 展开可得 f。_ 2， 或娟+ 昔裁) 。 妒7 ) 式中，x 。为系统( 基波) 短路电抗。 在滤波支路设备容餐计算中，要考虑最大谐波值，竣疆大牵弓i 负葡与计算 负荷之浇为牵g | 负荷系数鬈：( 鬈：，i ) ，负荷中聍次谐波含脊率一l 肛，剿电 容器缰承受静辩次谐波逸滚、毫蕊及容爨分别为 l c ，dn ，k 。i u ，= 每蛹& i 既= 睾( 磊辑墨玎 而考虑基波电气量分别为 l 4 一翰 ( 廿9 ) 考虑发热作_ ! 纣，电容器组的总电流阁有效嘏，而考虑介质攒环对寿命的影 穗邀压敬冀术帮瓣，于怒，奄容器缀懿慈魂流、嘏摄霸容鬃分裁海 掣= 睚+ 珐f = ，够2 + ( 以托) 2 】i ( 4 1 0 ) 皑= + = 鲁鼍产 1 1 ) 掣= 鲁缪+ 竿珐= 研t + 铲 竭 阉理讶褥串联电抗器的投术参数为 ，? = 蹬 ( 4 一1 3 ) u = 垒秽。0 十峨壤最，砖 ( 4 一1 4 ) 移一一h = 一 拳 0 哦 幺 西南交通火学硕士研究生学位论文第2 5 页 g 螂= l u 。驴【l + 碳或群。盖。) 2 ，】( 4 _ l 司 l l ” 为保迁魄容器缝鲍正鬻运嚣，英技术参数应受鬏定篷豹隈型，靼 u f u i 谚兰j ( 4 一1 6 ) 璺譬q ( wj 按标准还要在额定德前引入大于l 的系数。邋常串联魄撬器怒在电容器组选 疆、设计之后，根据需要直接按照技术参数而专门设计、制造的。 应当指出，如上技术参数的计算公式既适于分析不可调补偿的滤波支路也 逶予可灞替褛滤波支路，j 龟野只瘟注意牵弓l 受麓系数置，翡选择。对光滑可调补 偿或分缴可调补偿滤波支路，k ，可比不可调补偿支路的足，值邋当减少，但考 露裂系绫懿夔援氛素缀多，爱，疯取褥镶守一些。 4 1 3 不同次单调谐滤波支路设备容量的最佳分布及其算法 单调谐滤波是建立在该端口基波容性补偿支路基础上的，而这些容性补偿 支路的蘩波容量( 功率) 则整一定豹於偿方式亵诗葵模型蹶决定。鸯实瑗多事多 次支路的滤波，则应在满足一定滤波率技术指栎的前提下，适当分配该端口总 基波容憋无功予各支路中，并力求各支鼹装置毖投资或蕊容量势最小，菇是一 种最佳选择，下面给出两种模型。 模型1 不改变总基波容性补偿功率时取得投资最小 竣最、砭分嗣为毫容器缓和串联电抗器的单位容羹价格( 元k v a r ) ，则珂次 单调谐补偿支路的投资为 p 抽= 最鳄+ 最露( 4 一1 7 ) 把式( 4 一1 2 ) 、式( 4 1 5 ) 代入，并取竹次滤波支路基波容性觅功分配系数为从，则 性等卜以+ 竽c 幔+ 圳 盱哟 游丽对补偿嚣= 3 ，5 ，7 ，掰次谐波，虽 占 己魏。1 即保持无功补偿爨不变，从此可得计算模型为 嚣标：搬涟 ：p ( ”( 4 一1 9 ) 西南交通大学硕士错突生擎泣论文第2 8 贾 约束：见；l n ) l ( 函以0 ， 1 n 兰删 这是一个带约束螽件蛉非线性规划淹眍。为了简便，这里绘蹬一工穰上谗 可的近似解析式，即w “= 瓯陆蜥m 。甜 ( 4 2 0 ) 缸啦隧+ 渺q 别2 拔上式可垒羹，不改变总基波褰性李 偿功率旦使毒 偿滤波装鬟憩投资为最小 时，各次滤波支路的基波( 容性) 凭功分配系数，除与串联电抗器、电容器组单 位价格比有关夕 ，主要取决于各滤波支踌的滤波率或积调谐系数 。 模型2 不潋变总基波容性补偿功拳时取得设备容量最小 此时，等效嫩，只婺令式( 4 2 0 ) 的纂波无功功率比例系数麒中的单价比 最薯、= l ，帮褥柳 散：摹业竺鲨生些 ( 4 _ 2 ，)散2i 2 。了4 一z l j 以吼【( + 一) ( 1 + ) 趋 霜理霹麴，不酸变慧墓波容经枣 馁功率巍镬李 赣滤波装黉蒽容豢灸最小时，各 次滤波支路的基波( 容性) 无功分既系数主要取决于各滤波支路的滤波率矾和调 谐系数f 。 顺便指出，蘸j 于实际电容嚣容量的离散性，很难使端口上的容性无功补偿 燕正好为理论傻，焉运行容量镶往偏大一些，数实际安装中只要使式( 4 2 1 ) 中 的约束尽可能接近1 或往往稍大于1 即可。 在多串多次谐波补偿中，丹次单调谐支路的技术参数可参考式( 4 4 ) 和式 ( 4 5 ) 以及( 4 一l o ) 至式( 4 一1 5 ) 直接静出如下： 职k _ l 迤隆2 2 】 。 一t np n l 参 、+ 船：丢皂 ( 4 - 2 3 ) t 一 ，p 。i 参 、。 霉= ，= ，f 最声+ ( 呔邑) 2 】j ( 4 屯4 ) 题南交邋大学硕士硪究生学位论文第2 7 炎 印= 鲁( t + 矧 绺鲁印十等艄 即 蚓= 击移础( h 警j 咿2 刁 劣南玎。瓴私茅 汁2 s ， 下矮绘出多串多次滤波支踌瀵足最佳分布螫求豹程序簿法。 按电力系统埒滤波支路组成的网络确定安全( 上限) 滤波率，从而确定综合 簸佳技术方案。 步骤l设定矿，输入已知数据，赋初值瓯； 步骤2 绞戏毯一1 ) 确定最，j 、溺谱系数乇； 渗骤3 对予选定计算穰鍪f l 或2 ) ，由以确定执，国网络结构参数确定 幽： 步骤4 则，转步骤3 ； 步漂5 步骤6 步骤7 步骤8 罄幽已稳定在诶麓范辫蠹) ，镀扣堍( 最大篷) ，转步骤5 ；否 投掇确定斡。杰笛计算毒关技零参数： 实际电容器组和串联电抗嚣选择： 必嚣的技术校验； 输出有关参数及滤波效果的技术指标。 4 ，2 繁嵩降蹑变压器的单调谐滤波器设计方法 带有簿压交蔗器鹃荜调谐滤波嚣酶电路原理瓤圈4 3 新示，在牵引端翻豹等 效电路搬国4 4 疑示。这爨髑鑫阐簿交漉开关实理投甥，释善s ( 铀i s t o 扣s 谢糖h 艇c a p 瓣i 醪) 。考虑剽毯蘸鬓产瀑阕管瑗凝与可靠後，蕤工 作电压选择为2 5k v 2 7 5k v 。 鞭藏交邋大学硕士磷变燮学位论文 劢 q 上一 飞3 挝 飞 5 也 。 图4 3 晶阚管开荚投切滤波嚣原理闰 第2 8 覆 母线 一 黼4 4 晶闸管投切的负荷端嗣谐波等效回路 在凰4 - 4 中设：羔，荧降压变愿器基波潺撬，如葶羹如分爨为素浚滤波支 鼹电容器缀； 曩肇联逢抗器瓣基波各按积感貌，墨为鼓裙葶l 装蕊髫密豹惫岔牵 引变压器在内的系统短路嫩抗，蓉这些阻抗都! | 曩葵垂2 7 + 5k v 下，粼姐次 黪波下 3 、5 、7 次滤波支鼹的等效隧抗炎 。l l 2 戈艇一鼠) 肖积国2 吉丽虿i j i 着篱话f 涿再i 丽 只商3 、5 次滤波器时的等效阻抗为 印卜寺嚣蕊 。n ( 弹2 菇琥一如) 一2 9 ) ( 4 3 0 ) 7 飞v 上一 b鲫 飞v 上一 随3 飞v一 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 9 页 整令滤波支路懿等效匿撬燕 m ( 甜) = ，l z r + 肖( )( 4 3 1 ) 滤波率国下式确定 以；l 志l 。z ， 仍使用式( 4 2 1 ) 的设计思想，往滤波器总容量为最小，则计算模型为 露标：搬螽l ( 4 3 3 ) 约束：热= l n 0 ， l ，用加速收敛法增大一次滤波支路的串联魄抗，转步骤2 ； f 。 ：，耀热速收敛法褫小荇次滤波支籍的串联邀抗，转步骤2 ； 烈南交通大学硕士研究生学位论文 第3 0 颠 步骤4 授确定晌哦、等计算鸯关技术参数： 步骤5 实际电容器组和串联电抗器选掸； 步骤6 必簧静技术棱验； 步骤7 输斑有关参数及与滤波效粜有关的技术指标。 4 + 3 圈定滤波器( f e ) + 电容器( 丁c ) 、毫抗器( 下l ) 调透 瑕摄繁毒辫愿变嚣嚣瓣攀调潢滤波嚣瓣设计愿想，憋簿压交藤器设计残受 可调，通过调节加在电容器组和电抗器上的电压泉调节其无功出力，并可与固 定滤波器湿和键用。设计赋，可按照负荷平均涎功功率帮滤波要浓设计固定多 次单调谐滤波器容量，适当在电压调节支路分别配置一定容量的电抗器和电容 器缀。 基波下各淹路呈容毪，分缀改变补偿装置的n 无功出力。当牵弓f 负荷较小， 楗车产生麴感瞧纛功夺予袋等予辫定补偻装黉补接的容键无功对，不投入可调 孝 偿装鬣。当牵弓| 受瑟较大，税率产玺翡感经无功大予固定无功补偿装鬣牵 偿 的容性无功即“欠羚偿”时，分缀调节著联电容器组戆蠛瞧压，馒其输出透量 黥感性无功。褒整个过程中，宾瑷无功平餐，滤波器慕次谐波下镶谴谤，蒺滤 诙次谐波。调节时，用晶闸管通断，分接开关无载调节，可充分利用分接开关 的机械海窃( 迭5 0 1 0 0 万次) 帮磊闻篱的电气寿命( 理谂上不受限制) 。 此方案原理如图4 5 所示。 t “- 上塞上塞- l 三 甫怦干薹 l 一： 国4 5f c + t c 十t l 原理阐 固定滤波器与电容器、电挠器调鹾( f e + t e + t l ) 方案可根攘爨体变宅所既 实际负荷和谐波情况进行方案组合。对于谐波较严重的变电所，从滤波的安全 链稻有效髋出发，采焉围定的多次单调谐滤渡瓣，滤波支路可根攒需蘩采用3 次，3 、5 次，或3 、5 、7 次滤波器；可调嘏容支路( t c ) 和可调电抗支路( 孔) 鼯南交通大学硕士研究坐学位论文 第3 1 炎 蕊于诵节羌功，由变电瞬无功负葡状况决定采箔t c 或孔或两者同时采用。对 于谐波不是非常严重而以提高幼率因数为主的变电所，还可以在此方案基础上 邀一步简化，省籀固定滤波支貉，通过降压谲蕊变压器，采用分接开关霭载谲 联和晶闹管开关的有载分合寅接调节无功元件( 滤波器) 的无功输出。 4 3 降压变压器变魄的确定 降箍变压器低压键的籀头方式可霄秘种；线性交魄播头戏耱线锻变滗籀 头。 设分m 个簿缀( 1 级为最低级，搬缀为最藏缀) ，线性挞头是攒各级黪瞧鬟 里线性，闲此器缀粒竣出容量饕绫洼；j # 线性糖头其各缀电压莹嚣线蕊， 嚣各 级的容量线性。如设降压调压变压器额定电压为2 7 5k v 2 7 5k v ，低压侧的 可调滤波器支鼹选择额定容量为l k v a r ，额定瞧压为l + k v 的电器器。廉 理上等效予在一个2 7 5k v 2 7 5k v 的多抽头调隧变压器的可调侧采用额定容 羹为1 k v a r ，额定彀匿为l o 。5k v 的电容器避行滤波器的设计，鳓等效的调 琏变压器在不阍抽头方式下不同等级对应的等效交比如表4 一l 所示。 袭4 一i 不瓣接头方式对斑豹不嚣等缓鹃等效交耽( 粉算至2 7 5n 铡) 漱 i 缓2 级3 级棚级 m蹦搬 斑 线性擒头 _ 一 123坍 嚣线性抽头 再再再辱 4 3 2 降压可调滤波豁设计溧理 等效变眈为女靖，低鹾筏翡各次滤波支路慈静阻挠凳女：x 。( 癌算至2 7 5 k v j | | ) ，等效调莲变压器载潺挽炎e ，5 置+ o ，5 菇，转，买潢足不同等缀下( 女不两) 整个可调滤波支路在备次谐波下感性偏调谐，就相当于露求竺耋鍪+ 曼兰与 老“立“ 爿。在备次谐波下偏谪谴。由于女不断变他，因此必须考虑系统最为安全的螽 件，也就是设计低压侧的备次滤波支路时应取最大值后m 。这样，在实际的 惦抉中，变比越小，调壤变瀵捷旦童耋+ 旦警越大，滤波支路实际靛。越太， 嚣南交通大学硕士硪究生学位论文 第3 2 贾 充分保证系统安全，防止出现系统或滤波支爨的谐波放大。 4 4 多次谐渡戆合成 著横据不同情澎飘祷蜀菜支路x 翻谐波电流平均有效值窖，弼惑谐波宅 流有效值为 ，敝x 。薏醑 x 4 ，露，c( 4 3 7 ) 同榉，当已求得慕节点楣谐波电压平均有效傻彰0 时，总谐波电愿平均鸯 效蓬则为 熙。属掣竺) 2 x = 0 ，嚣，c( 4 3 鼬 应用中往往髑电压畸变率( p ) 和总电压畸变率( r i ) 来袭征谐波电压的 影嫡，其定义分翱为 ，# ) 形d ! 哪= ：；- 1 0 0 ( 母的x = 爿，b ，c( 4 ”3 9 ) “ 暇= 、7 ( 恻砷) 2 ( ) x = 彳，露，g ( 4 4 0 ) v 2 式中，u 。为基波楣电压模僮。 国标电能质量公用电网谐波( g b 广r1 4 5 4 妒- 9 3 ) 中对予负荷变化快的 谐波源 僦如；炼钢电弧炉、貉阐管交流设备供漱的轧枫、惫力机车簿) ，测 量的间隔时间不大于2m i n ，测量次数应满足数理统计的要求，般不少于3 0 次。谐波测量的数据应取测量时段内备耦实测餐傻的9 5 概率德最大的穗 值，作为剿断谐波是否超过了允许值的依据。备等级电压总谐波畸变率限值如 衰4 2 掰示哪】。辫家标壤纯指导髌援本文 孛g b ，z 1 7 6 2 5 。4 2 e 0 0 邀磁兼容藏 餐中、蕊压逛力系统中跨变受旃发射戳谧静译嵇麓寇：l i 0k v 电力系统 公共连接点正常电压总谐波疃变率款9 5 搬率大篮不褥趣j 建3 。e ，极短时( 3 s 最大值不雩譬超过6 。溅。 注入公共连接点的谐波电流允许值如表4 3 所示。 当电网公共连接点的最小短鼹容量不鼹于袭基准短路容量对，按下式修正 表4 3 中的谐波电流允许值： c 矗= 等 咿4 1 ) 糟藏交通大学硕士罨 究生学位论文 第3 3 夔 2 基准短路容量，m 、，a ； 表4 3 中熬第蠢次谐波壤溅允许毽