时间：2023-05-29 18:02:32
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇动态无功补偿，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词:动态无功补偿;无功补偿装置;PWM技术;调容装置;并联电容器
中图分类号:TM714 文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0022-02
目前电力系统中常用的无功补偿设备主要有机械投切电容器装置(MSC)、晶闸管投切电容器装置(TSC)、晶闸管控制电抗器与固定电容器(TCR+FC)以及新兴的静止无功发生器(SVG)。MSC和TSC分别采用机械断路器和晶闸管分组投切电容器,调节电容有级差;TCR+FC通过调整晶闸管触发角的大小,改变补偿电抗器所吸收的无功分量来改变固定电容器组发出的无功,属于间接调节电容,经济效益相对较差;SVG属于有源方式,虽然被普遍认为是目前无功补偿技术发展的主要趋势,但是它的控制器设计复杂,成本昂贵,目前应用很少。因此,并联电容器连续调容更有利于电力系统进行动态无功功率补偿。
一、PWM技术原理
PWM连续调节电容的原理如图1所示,其中电阻R和电感L是线路的电感和阻尼电阻,pulse1和pulse2是PWM发生器产生的二脉波PWM脉冲,控制k1和k2的开关来投切C1和C2。
图1PWM连续调节电容原理
k1和k2互补动作,pulse1的宽度为Δt1,pulse2的宽度为Δt2,Δt1与Δt2之和Δt保持恒定,Δt1与Δt的比值为pulse1的占空k。根据PWM控制面积等效原理,即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果即环节的输出响应波形基本相同。在Δt1时间内投入的电容C1与在Δt时间内投入的等效电容C对整个电路的作用效果相同,在1个脉冲周期Δt1和Δt2时间内分别投入C1和C2,与在Δt时间内投入等效电容C对整个电路的作用效果相同。调节脉冲占空比k可调节投入电路的等效电容,理论推导如下:
当Δt很小时,由于电感L的存在使得流过电容C1和C2的瞬时电流与流过电感的瞬时电流值相等设为I,在Δt时间内k1导通,根据等面积原理在Δt1内流过C1的等效电流为I1=I・■;C1两端电压大小为U1=■;流过C2的等效电流为I2=I・■;C2两端电压大小为U2=■;则等效电容C两端的电压为U0=U1・■+U2・■。整理得C=■。其中以k为变量对C求导,则当k等于C1/(C1+C2)时C的最大值为C1+C2,即等效电容的值可在C1和C2之间连续变化。
二、PWM连续调容应用特性
从理论上,占空比k可以在(0,1)之间连续变化,但实际应用中开关器件多选用IGBT、POW-ERMOSFET、GTO等电力电子器件,其开关频率及耐冲击电压受到限制,此外综合考虑电路中电感、电容的耐压能力,应合理控制k的变化,选择适当的C1与C2的比值。电路电感L、开关k1、k2、C1、C2所承受的最大电压与占空比k的数学关系分析如下:
(一)电容两端的电压与k之间的关系
流过电感的连续电流为I=U/Z;其中Z=■;将C=■代入可得:
(1)
接着代入C1两端电压U1,可得表达式:
(2)
同理,代入C2两端电压U2,可得表达式:
(3)
(二)开关与电感电压之间的关系
开关k1、k2及电感L两端的电压开关k1、k2导通在开通关断瞬间承受的冲击电压为作用在两电容间的电压差即:Uk=U2-U1。整理可得:
(4)
将UL1、UL2表达式整理可得:
(5)
(6)
三、应用MATLAB建模仿真分析
用MATLAB建立的仿真模型如图2所示:
图2 MATLAB仿真模型
其中,理想交流电源u=Usinωt,ω=100π,U为141.4V,脉冲的周期Δt为0.01ms,即开关的频率为100k,电阻R为0.1Ω,电感L为2.02mH,电容C1为100μF,C2为200μF。改变占空比k及C1、C2的值进行计算,分别代入上面所述的表达式,可得等效电容理论值C为240.96μF。
各电压值分别为U1=35.79V、U2=161.06V、Uk=125.27V、UL1=16.06V、UL2=19.73V。应用MATLB中SimPowerSystems仿真分析得,稳态时电流波形如图3所示,电容C1两端电压波形如图4所示:
图3 电流I波形示意图
图4 电容C1两端电压波形示意图
测得电流I=10.86A,则测得电路中总阻抗Z=141.4/11.244,而等效电容和电路的总阻抗满足式(11),代入C1、C2、L可测得等效电容为240.957μF,各电压最值分别为U1=35.83V、U2=161.05V、Uk=125.31V、UL1=105.90V、UL2=19.645V。
占空比k取不同值时,理论计算值结果与仿真实测值比较见表1、表2:
表1各变量的理论计算值
表2各变量的仿真测量值
四、结语
仿真结果及理论计算表明,随着k的增大电流I和等效电容C逐渐增大,当k增加到C1/(C1+C2)时,C有极大值,然后逐渐减小。U1逐渐增大,U2先增大后减小,Uk、UL1、UL2与C变化趋势相同。本文采用PWM技术控制两组电容器的投切使其在一个周期内投入系统的电容连续变化,从而减小补偿电容器组的级差及补偿电容器的数量,使投入电路中的等效电容连续变化。该方法克服了目前无功补偿装置中分组投切电容器时电容有级差的缺点,同时减少了补偿所需电容器组的数量。
参考文献
[1]黄志刚,张麟征.改进静止无功发生器系统的模型控制及仿真[J].电机与控制学报,1998,(3).
[2]王兆安,杨君,刘进军.谐波抑止和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2001.
论文关键词：配电系统；动态无功补偿装置
中图分类号： U224.3+1 文献标识码： A
一、配电系统中的动态无功补偿装置
无功功率补偿，简称无功补偿，在电力供电系统中起到提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网供电质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统的电压波动，谐波增大等诸多不利于电网安全运行的因素。无功补偿分动态和静态两种方式。静态无功补偿是根据负载情况安装固定容量的补偿电容或补偿电感，动态补偿是根据负载的感性或容性变化随时的切换补偿电容容量或电感量进行补偿。一般的补偿是有级的,也就是常用的补偿装置如电容,是按组来进行投切的,也就是用电系统里产生的无功不会是你补偿的一样多,但是由于这种补偿已经将功率因数达到了例如0.95,已经很好了。但是有的负载,其工作时无功的变化量非常大,且速度非常快,可以达到毫秒级，如电焊机，一个工作周期才0.2秒左右，其间还有几十秒的半负荷及几十秒的停顿，而无功在工作时也是不规则的快速改变着。象这样的负载采用常用的无功补偿装置是无法实现的，只能用“动态”补偿。
所谓“动态”即快速性、实时性，一是补偿速度一定要快；二是用电负载需要多少无功，补偿装置就补偿多少无功。这是动态补偿的两个基本特征。但不是非得两个都具备才是动态补偿，有的负载虽然无功变化快，但是无功量的改变是固定的，此时用速度快的无功补偿也可以办到，也就是说这个动态补偿强调的单单是迅速。
动态无功补偿装置由高压开关柜(包括高压熔断器、隔离开关、电流互感器、继电保护、测量和指示部分等)、并联电容器、串联电抗器、放电线圈(或者电压互感器)、氧化锌避雷器、支柱绝缘子、框架等构成。动态无功补偿装置根据改善和提高功率因数，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率功能强大，液晶字段显示，性能可靠稳定，抗干扰能力极强。靠无功控制器根据线路力率情况自动投、切补偿量，以确保功率因数基本恒定于某一设定值附近；后者表示手动投入固定值补偿量，不随线路力率情况改变补偿量，此类方式除非补偿量刚好合当，功率因数才会达标。
无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。功率因数型这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。无功功率（无功电流）型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果。用于动态补偿的控制器要求就更高了，一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的，要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是有很好的完成动态补偿功能。
二、动态无功补偿装置最优利用方法与原理功能
配电线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护措施也要一切从简，可采用熔断器或者避雷器作为过流和过压保护。线路补偿方式这种方式具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。
在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中：由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，并且负荷大小不同和用电时间的不同。所以，电网中三相间的不平衡电流是客观存在的，并且这种用电不平衡状况无规律性，也无法事先预知。导致了低压供电系统三相负载的长期性不平衡。对于三相不平衡电流，电力部门除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，还会增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，最终会造成三相电压的不平衡。
调整不平衡电流无功补偿装置，有效地解决了这个难题，该装置具有在补偿线路无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调整至平衡。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.95以上，使不平衡电流调整到变压器额定电流的10%以内。
工作原理：无功动态补偿装置由控制器、过零触发模块、晶闸管、并联电容器、电抗器、放电保护器件等组成。装置实时跟踪测量负荷的电压、电流、无功功率等，通过微机进行分析，然后计算出无功功率并与预先设定的数值进行比较，自动选择能达到最佳补偿效果的补偿容量并发出指令，由过零触发模块判断双向可控硅的导通时刻，实现快速、无冲击地投入并联电容器组。
目前，国内的动态补偿的控制器和国外的同类产品相比还要有很大的差距，一方面是补偿功率不能一步到位，冲击电流过大，系统特性容易漂移，维护成本高；另一方面是在动态响应时间上较慢，动态响应时间重复性不好。另外，相应的国家标准也还没有达到一定标准，这方面落后于发展。但是运算速度快，抗干扰能力强，最重要的是有很好的完成动态补偿功能。
无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
动态无功率补偿装置的主要功能：1、提高线路输电稳定性；2、维持受电端电压，加强系统电压稳定性；3、补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能损耗；4、抑制电压波动和闪变；5、抑制三相不平衡。
动态无功率补偿装置的主要问题：1、电容器损坏频繁。2、电容器外熔断器在投切电容器组及运行中常发生熔断。3、电容器组经常投入使用率低。
三、在配电系统中动态无功补偿与静态补偿区别
（一）前者表示靠无功控制器根据线路力率情况自动投、切补偿量，以确保功率因数基本恒定于某一设定值附近；后者表示手动投入固定值补偿量，不随线路力率情况改变补偿量，此类方式除非补偿量刚好合当，功率因数才会达标，否则，不论补偿量过小或过大，功率因数均偏小。
（二）动态无功补偿的定义是这种响应动作时间小于1S，一般是通过可控硅投切电容组TSC、可控电抗器调节无功TCR型SVC或利用IGBT器件调节的静止性无功发生装置SVG等来实现。静态补偿可以是固定的通过隔离开关或熔断器断电后进行人工调节的装置，也指响应时间大于1S的自动投切装置，如接触器投切电容组的方式。
四、应用
（一）SLTF型低压无功动态补偿装置：适用于交流50Hz、额定电压在660V以下，负载功率变化较大，对电压波动和功率因数有较高要求的电力、汽车、石油、化工、冶金、铁路、港口、煤矿、油田等行业。安装环境：周围介质无爆炸及易燃危险、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体、无导电尘埃。无剧烈震动和颠簸，安装倾斜度
（二）SHFC型高压无功自动补偿装置：适用于6kV~10kV变电站，可在I段和II段母线上任意配置1~4组电容器，适应变电站的各种运行方式。技术特征：电压优先，按电压质量要求自动投切电容器，使母线电压始终处于规定范围。
【关键词】无功补偿 电容器 中性点 动态
基于用户与各个部门要求越来越高的用电质量影响下，针对电网跟用户而言，无功动态补偿显得非常关键。借助无功补偿，可以实现低压电网功率因素的提升，进而实现降低能耗的目标。下面，笔者分析了无功动态补偿的基本方式、原理、实现策略。
1 动态无功补偿的基本方式
动态无功补偿设备借助电容器组与感性元件实时地调整无功，其中改变的感性无功，即系统当中提供或者是结合应用场合的特征添加于无功补偿系统由感性元件提供，而对于固定容量的容性无功而言，其是由电容器组提供的。几组电容器以及感性元件一起实现并联，基本等容量跟电容器组分别是一个开关。这样不但能够对输出的容量进行控制，也能够投切进行控制，电容器容量不可调，属于固定投切的。容性无功被一系列的电容固定地进行投入，这样跟系统感性无功相比，剩余的容性无功形成，并且剩余无功可以进行动态性地补偿。主控制器结合系统电流以及系统电压对实时无功进行有效地计算，且结合大范围无功投切电容与小范围无功调节角度来补偿系统的无功。
2 动态无功补偿控制的原理分析以及实现策略
动态无功补偿设备的实现方式是结合系统的工作现状与实时无功进行。结合系统的无功，控制系统能够对一系列的电容组进行控制，从而使基本的目标――恒定无功的控制对策实现。控制系统能够结合面板的旋钮开关各自处在异样的状态当中。系统能够独立运行两种状态，即所谓的自动运行以及手动运行状态。
作为一种半自动状态的手动运行状态来讲，控制器结合系统的无功功率，在自动地进行调整之后可以将无功功率有效地发出，然而，用户能够结合系统的无功对电容进行自动地投切。工作过程中可控硅可以导通的最小角度是min，而最大角度是max，其也体现了可以发出的最大感性无功以及最小感性无功。在母线欠压或者是过压的现状之下，被看作故障且对脉冲进行有效地封锁。
在自动运行状态之下，控制器部件在进行自动调整之后可以将无功发出，而且能够投切电容组，从而投切电容组，最终使大范围的无功调节实现。
倘若=min且Nc≥1，以及Qs-QtTc的时间，那么切下一组电容器，即Nc=Nc-1。
倘若=max且Nc≤Nmax以及Qs-Qt>-A%*Qc，且不间断地保持t>Tc的时间，那么投入一组电容器，即Nc=Nc+1。
基于自动化工作的现状之下，倘若母线欠压或者是过压，也就是U>Ugy或U
可控硅导通角度是，系统的实时无功是 Qs，工作过程中电容组的投入数目是Nc，也能够设置其他一些参数，其具体含义如下所示：
给定的最大相角： max，即工作过程中可控硅不禁止的最大导通角度。
给定的最小相角： min，即工作过程中可控硅不禁止的最小导通角度。
欠压门限值是Uqy以及过压门限值是Ugy。
Qt：系y目标的无功数值，其决定因素是最小无功与最大无功，要么是通过目标无功进行设置。
Qc：电容器组容量。
A：投切弹性系数。
Tc：投切去抖时间。
Nmax：最大电容器组数。
倘若场地开关跟一系列的电容器对应一开关，那么这种情况下的电容器组属于循环的投切，如此一来，能够均匀地应用一系列的电容器，从而使开关与电容器的应用年限延长。能够结合场地现状（电容充放电时间）灵活地设置投切去抖时间，如此一来，能够有效地防止电容开关频繁地进行动作。
3 结语
总而言之，无功补偿可以实现电网系统的大大优化，从而提升电能应用率与电压质量。为此，将无功补偿应用于配电网当中，属于一项建设意义的节能对策。针对各种无功功率来讲，应当结合其具体的应用原理，选用异样的无功补偿设备与方法，从而实现无功功率因数的提升，最终大大地降低用户端、配电变压器损耗的降低。
参考文献
[1]王正风.无功功率与电力系统运行[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2]申凤琴.电工电子技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2008：52-61.
关键词：晶闸管投切电容器 控制系统 检测系统
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02
随着电力系统的发展和技术进步，电能质量问题日益得到重视，许多新技术设备应运而生。目前，为了减少损耗以及调整电压，提高系统的功率因数，在各级变电站里广泛使用了新型电容器组进行系统的无功补偿，这些电容器组的正常运行对降低线损和提高电能质量起着重要作用。晶闸管投切电容器就是其中的一种，于近年来得到了较大发展。晶闸管投切电容器具有无功功率补偿性能的优良动态，适合经常有波动性负荷和冲击性负荷的电网。与机械投切电容器相比，晶闸管作为电容器的投切开关克服了采用机械开关触头易受电弧作用而损坏的缺点，可频繁投切，且投切时刻可精确控制。晶闸管投切电容器的上述优良的动态性能，促使其近年发展迅猛，该文对该技术的现状及最新发展动向进行了介绍。
1 晶闸管投切电容器的分类
晶闸管投切电容器（thyristor switched capacitor，简称TSC）是利用晶闸管作为无触点开关的无功补偿装置，它根据晶闸管具有精确的过程，迅速并平稳的切割电容器，与机械投切电容器相比，晶闸管具有操作寿命长，开、关无触点，抗机械应力能力强和动态开关特性优越等优点。晶闸管的投切时刻可以精确控制，能迅速的将电容器接入电网，有力的减少了投切时的冲击电流的优点。TSC可按电压等级或按应用范围划分。按电压等级划分为：低压补偿方式和高压补偿方式。低压补偿方式适用于1 kV及以下电压的补偿，高压补偿方式（即补偿系统直接接入电网进行高压补偿）则对6～35 kV电压进行补偿。TSC按应用范围划分为：负荷补偿方式和集中补偿方式。负补偿方式是直接对某一负荷进行针对性动态补偿以消除对电网的无功冲击，集中补偿方式是对电网供电采取系统的补偿，以解决整个电网无功功率波动的问题。
2 TSC的主电路
目前，TSC只有两个工作状态：投入和切除状态。在投入状态下，双向晶闸管导通，电容器并入线路中，TSC向系统发出容性无功功率；切除状态下，双向晶闸管（或反向并联晶闸管）阻断，TSC的支路并不起到任何作用，不输出无功功率。TSC主电路设计除了满足分级快速补偿要求外，还应考虑限制并联电容器组的合闸涌流和抑制高次谐波等问题。TSC的关键技术是如何保证电流无冲击，常见的接线方式有两种：晶闸管与二极管反并联接线方式和晶闸管反并联接线方式。在TSC系统中，晶闸管反并联方式是促使两个晶闸管轮流触发，接通和断开补偿回路。晶闸管反并联方式的可靠性非常高，即使是某项损坏了一个晶闸管，也不会导致电容器投入失效或错误。晶闸管和二极管反并联方式与晶闸管反并联方式相比之下，速率较差，但经济且操作简便。晶闸管阀承受的最大反相电压对于晶闸管反并联方式是将电容器上的残压放掉时的电源电压的峰值，晶闸管和二极管反并联方式是电源电压峰值的2倍。TSC系统中，为了限制因晶闸管误触发或事故情况下引起的合闸涌流，主电路中须安装串联电抗器，以抑制高次谐波和限制短路电流。而串联电抗器后，电容器端的电压会升高，所以额定电压应选择电容器高于电网的。电抗器的类型有空芯电抗器和铁芯电抗器两种，其中，而铁芯电抗器限流效果较差，但造价低，空芯电抗器的限流效果很好，但造价也很高。所以选择时，应通过经济、技术等方面比较来确定。TSC主回路接线方式根据晶闸管阀和电容器的连接可分为三相控制的三角形接法、星形接法和其他组合接法。其中三角形与星形的组合接法既综合了前两种接法的优势，也可提升补偿装置的运行质量，因此更为常用。根据电容器电压不能突变的特性，TSC系统投切当电网电压和电容器残压相差较大的时候，则很容易产生冲击电流。当冲击电流与正常稳定电流之比小于1.7倍时，可以认为冲击电流对晶闸管和电容器的使用无影响。投切停止后，电容器上有电网峰值电压，晶闸管在电网电压和电容器直流电压的双重作用下，存在过零电压，过零点触发晶闸管是理想状态，不会产生冲击电流。
3 TSC的检测系统和控制系统
TSC的检测系统用于检测电网与负载系统的相关变量，包括相位采样部分、电压与电流有效值测算部分、待补无功量与无功功率计算部分等。目前比较先进的技术则是利用微机同步相位控制技术和自适应晶闸管触发技术进行检测。当检测到电容器两端电压与电网电压大小等同，极致一样时，瞬时投入电容器，电流过零时晶闸管会自然断开，无需对电容器预先充电，也无需加装限流电抗器及专门的放电电阻，则可随时实现无投切电容器。依据电网与负载的不同功能和需求，TSC的控制系统可分为开环控制、闭环控制和复合控制三种。控制物理变量包括电流、无功功率、电网电压、全周期时间、功率因数角和相位差角等。根据电信号参数，对电信号变量分析处理，在电容组合方式中选出最接近且不会过补偿的组合方式，对无功功率进行实时补偿。由控制系统发出投切指令，当补偿系统所需容量不小于最小一组电容器容量时，可快速、平稳、高效地对设备进行补偿。
4 晶闸管投切电容器的研究动向
目前，采用TSC装置的缺点是：①补偿电容器的投切可靠性低，容易引发谐振；②功率损耗过大；③电容器过电压；④装置的制造成本增加、复杂程度提高及故障率大等；⑤晶闸管投切具有误触发等问题。但由于TSC具有动态无功功率补偿的优良性能，近年来该技术还是在低压配电网中得到很好的广泛应用。而针对TSC使用中的问题，国内外学者进行了相应的研究，研究内容主要针对以下方面：（1）寻找无功参量的快速检测及控制新方法；（2）研制兼具补偿无功和抑制谐波的多功能产品，控制振荡问题；（3）探寻高压系统中的TSC 技术；（4）提高TSC 产品可靠性，并降低其成本等。
5 结语
该文对TSC技术进行了探讨，重点对TSC系统的主电路和检测及控制系统进行了介绍，并对该技术的不足进行了探讨，指出了目前的研究动向。TSC装置具有优良的动态无功功率补偿性能，特别适合于具有经常冲击性负荷和波动性负荷的场所。随着微电子技术和电力电子技术的进步，TSC 技术将会有更大的发展应用空间。
参考文献
[1] 巩庆.晶闸管投切电容器动态无功补偿技术及其应用[J].电网技术，2007，12（增2）.
[2] 牛飞.利用单相晶闸管投切电容器实现无功补偿[D].中南大学，2010.
关键字 牵引变电所高次谐波 功率因数有级调压高压动态无功补偿 谐波抑制APF
1、引言
陇海线天兰线和谐（交直交）大功率系列机车的运行，虽然显著的改善了牵引供电系统的电能质量（机车本身功率因数的提高，系统网压和谐波），但与传统的电力机车（交直）相比最显著的特征是谐波特性不同，对原有电气化铁路牵引供电系统在无功补偿及谐波抑制方面产生了新的影响。
1.1存在问题举例
(1) 2010年11月份以后天兰线天水变电所静态电容补偿断路器多次因过电压、谐波过电流而频繁跳闸。三阳川变电所、甘谷变电所静态电容补偿断路器也因过电压、谐波过电流而跳闸的次数有所增加。
（2）2010年11月份以后天兰线天水变电所、三阳川变电所、甘谷变电所等所由于母线电压的瞬间升高造成27.5KV所内自用变二次输出电压的瞬间波动致使所内直流系统监控装置模块、充电机模块多次烧损。
（3）2011年6月份后鉴于和谐大功率系列机车自身无功补偿系统功率因数提高，三阳川变电所退出A相、B相电容补偿、甘谷变电所退出A相电容补偿，但致使静态补偿装置滤波功能失去作用。
（4）为保证牵引变电所交直流系统的正常运行，2011年6月份后，天兰线多座变电所退出了27.5KV自用变，投入了10KV自用变，但造成电力经营成本核算的困难，当电力10KV贯通线在检修和出现故障时，所以只能投入27.5KV自用变。
1.2母线电压波动及交直流设备烧损的原因分析：
(1)和谐系列（交直交）大功率牵引机车的主回路的两个特点对牵引供电系统影响较大， 一是高次谐波含量多（17-51次），低次谐波含量少。二是采用再生制动方式。机车谐波源的幅值是随着位置和时间变化的，并与机车运行状态有较大的关系。原有韶山系列（交直）电铁系统中，谐波的含量主要以3、5、7次谐波为主，原有静态补偿装置的滤波装置能有效地抑制3、5、7次谐波，尤其是3、5次谐波，但对高次谐波的抑制作用不明显。当接触网阻抗参数同机车匹配造成谐波电流放大时，放大了谐波电流引起电压畸变，畸变的电压进一步致使机车谐波电流增大，系统谐振过电压几率增大，当形成谐振过电压时，造成牵引变电所母线电压异常波动。
（2）和谐系列（交直交）大功率牵引机车自身无功补偿装置以使牵引供电系统功率因数大幅度提升，但固定补偿装置的补偿容量在补偿过程中是不会发生变化的，极易因无功负荷小于补偿容量而造成过补状态，会造成无功累加电量增大，严重时会引起功率因数的大幅度跌落，造成牵引变电所母线电压的异常波动。
（3）目前天兰线各变电所使用的交直流充电机的充电模块对谐波电压的抑制功能较差，整流模块工作时自身也会产生较大的电流畸变，这个畸变的电流流经电网时也会产生新的谐波电压，同时和牵引网中高次谐波电压直接叠加在交流屏交流元件上，形成过电压状态。
2、有级调压式高压动态无功补偿系统
如果补偿装置能够根据供电臂牵引负荷变化动态提供系统所需的无功补偿容量，就会避免过补现象的发生。
2.1 调压式高压动态无功补偿系统的工作原理
动态补偿是根据感性无功变化，及时调节补偿电容器发出的无功容量。改变无功总量有两种方法：一是改变投入的等效电容量，另一个是改变电容两端的电压。传统补偿方式采用的是改变投入的等效电容量的方法，调压式高压动态无功补偿系统采用的是第二种方法。
（1）
因(Xc-Xl)为固定阻抗，所以补偿容量Qc与U2为平方关系，如果我们调节电容器两端的工作电压，就可以调节电容器发出的无功总量，实现动态无功补偿。
补偿系统采用特殊设计的深度调压变压器，实现大范围动态调压。调压装置在高压无功补偿自动控制装置的控制下根据系统感性无功的变化，动态调节电容器两端的电压，通过特种调压变压器实现动态无功的馈送。由计算机构成的高压无功补偿自动控制装置，通过实时采集电网的电压、电流、功率因数，分析负荷的变化趋势、系统无功功率、系统谐波含量、电压波动情况等，利用模糊控制技术调节有载分接开关，实现动态优化补偿，并达到无功补偿容量随系统负荷无功容量的变化自动跟踪的目的。
2.2 调压式高压动态无功补偿系统总体结构
本系统主要由五部分组成：深度调压无功补偿变压器、真空有载调压开关、补偿电容器组、保护系统、测控系统。
2.1系统示意图
2.3 调压式高压动态无功补偿系统系统优点
有级调压式高压动态无功补偿装置，属高压电力系统无功补偿设备，主要特征是设有特种自耦调压变压器与有载调压分接开关配合，受控于高压无功补偿自动控制装置，根据被补偿系统感性无功功率的变化动态调节补偿电容器的工作电压实现动态无功补偿。它具有可靠性高、动态调节范围宽、容量大、系统附加损耗小、对电容没有冲击且能延长电容使用寿命、补偿电容量的调节不改变谐波吸收比等优点。
2011年1月份，天兰线天水变电所对原有静态补偿系统进行了更换改造，采用调压式高压动态无功补偿系统，自2011年2月-11月，无功补偿稳定，功率因数均值达0.97以上，有效改善了供电质量。但是，其对高次谐波抑制方面效果不明显。
3、调压式高压动态无功补偿装置在谐波抑制存在的问题
虽然调压式高压动态无功补偿装置有着诸多的优点，对滤波补偿系统滤波的影响，可忽略不计，但在设计理念上主要是进行无功功率的补偿，兼顾了3、5次谐波的滤波功能，它与传统的静态补偿装置相比只是仅仅增加了特种单项有载调压变压器，克服了欠补偿和过补偿的问题， 但对牵引供电系统高次谐波抑制方面效果不强。
4、高次谐波的抑制措施
4.1对高次谐波引起网压异常波动的治理措施，一方面是降低机车本身的高次谐波电流值，即在机车上加装RC高通滤波器等方法。二是在牵引供电系统变电所增加滤波装置。
图4.1 电气化铁道谐波、无功治理方案
4.2 有源电力滤波器在牵引供电系统的应用
采用有源电力滤波器（Active Power Filter,简称APF）是牵引供电系统谐波抑制的一个重要发展的趋势。APF是一种新型谐波和无功补偿装置，在补偿无功的同时有源滤波器能对谐波进行有效治理。其基本原理是：通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。按照与补偿对象的连接方式，APF可分为串联型和并联型。串联型APF不能进行无功补偿，且绝缘困难，维修不变，因此，它的实用性受到限制。
大容量的有源滤波器造价高、功耗大，在实际应用中受到限制。为了获得较好的滤波特性且降低造价，人们提出了有源与无源混合滤波器方案。在混合滤波系统中，对于负载侧的谐波电流源，有源滤波器被控制为一个等效谐波阻抗，它使无源和有源滤波器总的串联谐波阻抗对各次谐波都为零，从而使所有的负载谐波电流全部流入无源滤波器支路，达到提高无源滤波器滤波效果的目的，此时有源滤波器的输出补偿电压为所有负载谐波电流流过无源滤波器时产生的电压。这样充分发挥LC无源滤波器和APF各自的优势，尽量减小APF的容量，解决了绝缘和最佳投资的问题。
5、 结束语
随着既有线电力机车的不断更新，牵引变电所现有补偿装置在高次谐波抑制方面效果差的缺点的显现，对牵引供电设备运行安全造成了严重影响。所以，如何更好的实现铁牵引变电所无功补偿，谐波治理，更好的实现环保运输节约能源消耗是当今需要考虑的关键问题。
参考文献
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[6] 曹东白、丁树奎、杨建国：高速铁路牵引供电系统设计要点及国际合作，1995。
【关键词】 电能质量 滤波 无功补偿 应用
随着现代化矿井的日益发展，越来越多的大功率先进设备投入到煤矿的生产中，这些先进的大功率设备的应用，为煤矿的现代化的发展做出了重要的贡献，但是这些的设备的应用也增加了大量的谐波，使电压产生较大的波动，这些谐波对电网质量造成了不良的影响。这些设备在保证了高效生产的同时也会对电力系统的设备造成损耗，比如电动机运转不正常、线圈过热甚至烧毁、照明系统无法正常照明等情况。而且由于电网电压不稳定，导致电子元件或线路过热，造成电子元件损坏或线路老化，导致电气设备无法正常工作，甚至导致线路或设备短路，不但会对生产造成不良影响，可能造成生产事故。在煤矿生产事故中，很多都是由电能质量较差的原因导致的，可以看出电能质量在提高生产效率和保证生产安全等方面占有非常重要的地位。所以，我国煤矿企业应该采取切实有效的方法，改善和提高电能质量。
1 改善和提高煤矿电能质量方法
在煤矿供配电系统中，谐波抑制以及补偿系统无功功率是通过将电容器并联接入高压母线上，对系统的无功功率进行集中补偿，通常使用无源滤波器进行谐波治理，以改善和提高电能质量。目前煤矿电网中，改善电能质量的主要方法是进行谐波治理，并对电压偏差、波动和闪变等情况进行控制，谐波治理方法主要包括：加装滤波装置、加装静止型无功补偿装置、加装串联电抗器等。因此，需要采用“静止型动态无功功率补偿装置”统一解决电压波动、高次谐波和无功补偿等问题。并可改善煤矿中的电能质量，大大降低电网的谐波量，降低功耗，提高设备和其它电器组件的可靠性，还具备无功功率补偿功能。
2 无功补偿的优点
2.1 提高负荷的功率因数
由于补偿装置提供了负荷所需要的大部分无功功率，是负荷不再从电源处吸收更多无功，这样可提高负载线段的功率因数。
2.2 减少线路损耗
当线路通过电流时，其有功损耗在线路输送的有功功率相同的情况下，功率因数越大，线路损耗越小。
3 几类常用的动态无功功率补偿装置以及滤波装置
3.1 自动投切电容器+滤波装置
这种装置往往是由以下三部分组成的：
3.1.1 控制器部分
控制器一般具有检测的功能，其检测对象主要是某些电参数，比如母线的电压、电流等，结合母线的电功率因数，处理相关计算工作，而后通过分析，可以得出该系统的无功功率的容量，接着就会自动进行投切工作，这一工作是通过控制真空断路器而完成的，从而达到调整和控制补偿容量的目的。
3.1.2 自动投切电容器组部分
结合现实的需求情况，往往把自动投切电容器组分为好几组，在这中情况下，真空断路器起着统一控制的作用，通过控制器的某些部位可以发送相关指令，从而可以完成至少一组投切动作。此外，还有必要以串联的方式安装一定的电抗器，这一工作必须在电容器组的工作回路中完成，以尽可能地减少合闸涌流，此外，还可以有效减少谐波。
3.1.3 固定电容器组部分
这一部分具有非常重要的作用，其作用往往有下面两个：第一，可以很好地处理电网系统无功功率补偿工作，这一工作一般是由固定电容器组和自动投切电容器组协调完成的；第二，可以很好地分析出现在电网中的谐波电流，而后可以形成一种滤波通道，从而可以更好地治理谐波。
3.2 晶闸管投切电容器装置+滤波装置
据相关资料可知，在无功功率补偿以及滤波装置的工作方式方面，自动投切电容器和滤波装置和此种装置基本上没有什么区别，只是有一点，那就是在结构上，这种装置采用的是晶闸管技术，从而达到控制投切电容器的目的。
3.3 相控电抗器+滤波装置
该装置一般是由三部分组成的，即为以下三个方面：
3.3.1 相控电抗器部分
实际上，组成这一部分的元件仅仅有三只电抗器，其中，该线路的主回路和高压母线是直接联接在一起的，使用的是晶闸管，以达到控制电流的目的，此时，电网无功功率补偿容量也就是其容量。此外，还能够结合具体情况，调节这种补偿的容量。
3.3.2 固定电容器组补偿部分
组成这一部分的原件一般有两个：第一，电控器；第二，电容器组。所有的无功功率补偿容量也不如这种装置的无功功率补偿容量大。其作用一般体现在以下两个方面：第一，处理对电网的分析工作，还可以分析谐波电流，而后结合结果情况，做一些无功功率补偿工作，从而使得谐波得到治理；第二，同相控电抗器一起承担电网和整个系统的无功功率补偿工作。
3.3.3 阀控部分
组成这一部分的元件往往有两部分：第一，晶闸管元件；第二，控制器等一系列元件。控制器承担着一定的分析和检测工作，其检测的对象为高压母线，而后再处理相关计算工作，并对导通角加以调整，以较好地控制电抗器，从而也就可以控制滞后无功功率，并在此基础上，达到监测和补偿电网无功功率的目的。
4 结语
总之，静止型动态无功补偿装置应用于煤矿生产过程中产生了巨大的作用，静止型动态无功补偿装置主要适用于矿井提升机、绞车、通风机等环境。该装置具有动态快速跟随负荷变化的特性，能有效提高电网的电能质量、功率因数和节约电能，同时具有极高的可靠性，维护工作量小，给矿井带来明显的经济效益。
参考文献：
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[4]吴竟昌，孙树勤，宋文南，等.电力系统谐波[M].北京：水利电力出版社，2006.
关键词：光伏；SVG；无功补偿
中图分类号：TM917 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0045-02
引言
与常规的能源发电区分开来，光伏发电系统输出的功率存在不稳定的问题，容易受到有无光照、温度变化等环境因素的影响，通过对系统无功功率的调整可以使并网运行中的点电压实现稳定状态。当夜晚没有光照时，有功出力为零，SVG可作为线路无功补偿装置来加强线路的输电能力[2]。
1 静止型无功发生器SVG
SVG（静止型动态无功发生器）是一种IGBT全控式有源型无功发生器，将电抗器连接桥式变流器上，可以发出或吸收无功功率，从而使SVG调节的电压更平稳的柔性电压来达到动态无功补偿的要求[3]。SVG是由功率模块、启动和控制部分组成的。它的基本电路构造如图1所示。
2 光伏电站中SVG的作用
2.1无功补偿能力强
光伏电站大多选用电缆接线，电缆自身相当于圆柱体的电容器装置。当光伏电站处于光伏满发和停发两种状况下需要无功补偿，无功补偿分别为容性和感性的，SVG可以使这两种无功补偿更高效更持续平稳。如果选型适当，功率因数可趋于1.0。
2.2 抑制C波能力强
SVG通过运用桥式电路的PWM技术能够消除逆变器产生的低次谐波。高次谐波随不能够被完全消除，但也可以相应程度的降低，这样就不需要在光伏电站中再配置其他的消除谐波的装置[4]。
3 光伏电站中SVG选型依据
3.1线路产生的感性无功功率
3.2 计算线路产生的容性充电功率
式中，QC和Q'C为电缆和架空线路产生的容性充电功率；B为电纳。
3.3 计算变压器无功损耗
式中，QF和QN分别为变压器空载和短路无功损耗，单位为kvar；US%为电压器短路电压百分数。I0%为空载电流百分数。
4 某光伏电站工程实例分析
就某安装总容量为30MWp的光伏电站设计来讲，该电站有30个1MWp的光伏发电模块单元，每两台500kW的逆变器接入一台100kvA的升压变压器，将输出电压由315v升压到35kV，从而构成1MWP的光伏发电单元。5个光伏发电模块单元会连接成一个集电线路。分别将6回35kV集电线路接入35kV开关站的母线，通过5.7km（LGJ-3*240）的架空线专线接人上级变电站。35kV汇集线ZR-YJV22-26/35-3*70电缆长度共5.115km。ZR-YJV22-26/35-3*95电缆长度5.55 km，I0%为0.4，US%为6.5[5]。线路参数见表1。
4.1 计算光伏电站感性充电无功功率
光伏电站感性无功功率总和：
4.2计算光伏电站容性充电无功功率
光伏电站总的容性充电功率：
国家电网对光伏电站并入电网作出了相关规定，根据光伏电站总光伏装机容量的30%的裕度要求，同时要求状态响应过程不超过30ms。要想确保无功功率有一定调节容量，要求光伏电站在无功功率补偿配置方面既要补偿自身无功损耗，还要给系统留有无功备用[6]，建议在光伏升压站每段35kV母线上配置1组9Mvar的SVG。调节范围限定在负9Mvar（感性）到正9Mvar（容性之间），SVG根据电压或功率因数两种模式调节。
参考文献：
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关键词 SVG；特点；风力发电；应用
中图分类号TM6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）111-0137-02
随着国民经济的持续快速发展和人们社会生活水平的不断提高，对能源的需求量也日渐增大，为了满足日益增长的能源需求，近年来国家大力提倡开发清洁能源和可再生能源，风力发电是目前最具有发展前途的清洁能源和可再生能源之一。
为了风能资源的充分利用，提高风力发电的效率，必需要考虑采取措施改善风电场运行性能。在风力发电场装设无功补偿装置就是提高风力发电效率的手段之一。
静止无功发生器（SVG）和静止无功补偿器（SVC）同属交流输电范畴的两种无功功率电源，静止无功补偿器（SVC）有磁控饱和电抗器（MCR）型SVC、晶闸管控制电抗器（TCR）型SVC。由于静止无功发生器（SVG）与静止无功补偿器（SVC）相比较有较大优点，在近几年的风电场工程中静止无功发生器SVG型动态无功补偿装置得到了广泛的应用。
1 SVG动态无功补偿装置的特点
SVG是基于静止无功发生器SVG（Static Var Generator）的综合补偿装置，是目前最先进的动态无功补偿技术。
SVG无运动元件，能够跟踪系统要求，连续发出所需容性和感性无功功率，其输出可独立于交流系统电压的装置。
SVG动态无功补偿装置具有如下优点：
1）SVG能耗小，相同调节范围下，SVG的损耗约只有磁控电抗器类动态调节装置的1/4，晶闸管控制电抗器类的1/3，运行经济性更佳；
2）SVG以半导体的逆变器为核心，使用直流电容器储能，无SVC中滤波之路和电抗器，SVG的占地面积远远小于等容量的晶闸管控制电抗器，也比同容量的磁控电抗器略小，有利于电气总平面的布置和工程改造的实施；
3）SVG自身不产生谐波，同时还能滤除谐波，保证运行安全性，同时，不需要额外的滤波装置，可大大节省工程占地；
4）SVG的响应速度更快，整体装置的动态无功响应速度可达到10ms以内，因而对快速的冲击负荷具有更好的补偿效果，对闪有更好的抑制作用，比SVC更快、更稳定；
5）SVG实现了模块化设计，安装、调试工作量小，基本免维护；
6） SVG具有电流源的特性，输出容量受母线电压影响很小，在电压波动较大的场合，SVG的补偿效果更佳；
7） SVG具有高可靠性，SVG采用N+1冗余主电路拓扑结构，一个链接单元损坏后认可继续满负荷运行，在系统短路故障条件下，SVG可连续稳定运行。
基于以上SVG动态无功补偿装置的优点，在近几年的风力发电工程中SVG动态无功补偿装置得到了广泛的应用。
2 SVG动态无功补偿装置在风力发电工程中的应用
2.1 SVG型动态无功补偿装置的配置
电网公司对风力发电场的要求既要补偿容性无功又要补偿感性无功，动态无功补偿装置一般装设于风力发电厂升压站低压侧。目前大多数风力发电场规模一般为100MW、200MW、300MW，以规模为100MW的风力发电场居多。以100MW风力发电场为例，根据工程经验补偿容性无功一般为25Mvar，补偿感性无功要根据送出线路长度确定。如果感性无功补偿容量与容性无功相差不多，采用SVG补偿比较合适，如果感性无功补偿容量与容性无功相差很大，则采用SVG+FC（固定电容器）的型式比较合适既采用SVG与并联电容器成套装置配合的方式，这样既满足了连续调节的要求，又可以降低造价。
由于大部分的风力发电场容性无功与感性无功相差比较大，因此我院设计的风力发电场大多采用SVG+FC的型式，用两台断路器分别来控制SVG回路和FC回路，在正常运行时两台断路器都处于合闸状态，保证动态无功补偿装置的连续调节。例如某一风力发电场需要补偿容性无功25Mvar，感性无功5Mvar，则需要配置15 Mvar SVG和10 Mvar FC ，分别由两台断路器控制实现从感性5 Mvar到容性25Mvar连续可调。
2.2 SVG+FC动态无功补偿装置中设备主要技术要求
SVG采用IGBT可关断器件，模块化设计，功率单元的结构和电气性能完全一致，可以互换。
FC回路由电容器、串联电抗器、放电线圈、避雷器、隔离开关、接地开关组成。
2.2.1电容器组
电容器应计入串联电抗器引起的电容器运行电压升高。
2.2.2串联电抗器
在目前风电工程中多数工程串联电抗器选用干式串联电抗器。
2.2.3放电线圈
放电线圈应采用电容器组专用的放电线圈产品。
2.2.4隔离开关
SVG型动态无功补偿装置电源进线侧应配置三相联动隔离开关，并提供接“五防”的接线端子，保证检修时有明显的断开点。
隔离开关必须是通过完善化技术审查的产品，并提供针对瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、锈蚀等易发故障进行的完善化技术措施证明。
接地开关的额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流应和主刀一致。
设备底座及传动构件均要求热镀锌。
隔离开关操作机构采用不锈钢，不锈钢厚度不小于2mm，防护等级为IP54。
隔离开关的支柱绝缘子应选用防污型高强度的产品。
设备轴承座采用全密封结构，轴销采用不锈钢或铝青铜材料，有自措施，传动连杆采用装配式结构；机构输出轴与本体传动轴采用无级调节的连接方式。
隔离开关和接地开关的机械寿命在无需进行机械调整、维修或更换部件情况下, 操作次数不小于5000次。
操动机构应能防寒、防热、防尘、防潮、防雨和防止异物等，并应在操作机构箱上设置供接地用的接地板，且提供机构箱门与箱体跨接的软连接，并配有两个接地端子。
2.2.5接地开关
并联电容器装置在其电源侧和中性点侧设置检修接地开关。
2.2.6氧化锌避雷器
并联电容器装置回路应装设氧化锌避雷器防止操作过电压，氧化锌避雷器应采用无间隙金属氧化锌避雷器。
参考文献
关键词：电力系统 能量损耗 无功功率补偿 MTSC装置
为提高供电设备效率，减少供电线路电能损失，国内外自上世纪50 年代初就开始进行无功功率补偿装置的研究工作，其方法主要有两种：一种是在电网上并联电容器，通过提高电网的功率因数达到减少线路电压损耗，提高供电设备利用率的目的;另外一种是在电网上并入同步电动机，通过改变同步电动机励磁电流的方法来改变电路负载特性。其中前一种方法适用于居民、商业及小型工厂的低压供电系统，而后一种方法适用于大型工厂中的无功功率补偿。
在实际应用中，由于电路特性是随时变化的，为了达到较好的补偿效果，就必须动态跟踪电路特性的变化，实时监测电路中U 与I 的相位差角，根据角的大小决定并联电容器的值。基本的功率因数cosφ补偿电路如图1 所示。
电路中的K1～Kn在自动动态补偿装置中可采用双向可控硅，在电路工作时，一般保证cosφ< 0.95，避免电路出现谐振现象，损坏电网供电设备和用电器。具体的方法是通过对电压U和电流I的相位检测来判断是否并入补偿电容器，并入几个，这些都是通过控制装置自动完成的，这就是动态无功功率补偿装置的工作原理。
2 现有补偿装置存在的问题及解决方法
上面所述的方法只局限于某一段电路，并没有从整个电力网的角度来分析。为了弥补这一缺陷，就有必要对整个供电系统中的各段电路功率因数补偿装置进行集中调控，使整个系统处于协调工作状态。由于现有的动态功率因数补偿装置还没有实现整网连调，所以，有必要增加动态功率因数补偿装置的数据通讯功能，将其工作状态及相关的电流、电压、功率因数、工作温度、环境状态等参数发送到总调室，总调室中的主控微机则根据前端工作状态实时调整控制参数达到整网均衡运行的目的。
另外，在分析补偿过程中所提到的电容器，是按理想电容器来分析计算的，实际的电容器可等效为电阻R与电容器C并联电路，如图2所示，电路的矢量图如图3所示。
由矢量图可列
式中：tgδ———为介质损耗系数；δ———为介质损
耗角
由式可见：电阻R减小，电容器介质损耗增加，电容器发热，电解液易枯竭使电容量减小，补偿不足。同时，电容器在密闭较严时易出现爆炸现象。为及时发现并解决这一问题，也应对电容器的工作温度、电容量等参数进行检测，并将检测结果及时发送给控制终端，便于及时维修更换，避免事故的发生。
对于功率因数补偿问题，多年来，人们一直在变压器输出端或工厂电力入口等前端上进行无功功率补偿，补偿方案如图4所示。
由图可见，前端补偿只补偿了10 kV以上供电网的无功电流，400 V低压输电网下端的无功电流并没有得到补偿，而现今居民和商业用电户，多采用节能型日光灯照明，电路功率因数低，且得不到补偿图5为了解决这一问题，有必要开发研制一种造价低、性能好的小型动态无功功率补偿装置(MTSC) 。将此装置安装于居民(或商业) 用户的集中供电箱中，这样就构成了新的动态补偿控制方案，如图
由图可见，采用这种方式后，对于变压器至用户集中配电箱这段电路的线路损失也得到了补偿，其带来的经济效益是相当可观的。
3 动态补偿装置数据采集、传输控制方案的实现
3.1 采集传输参数
(1) 变压器工作温度T1 ～ T6
(2) 各相电源电压 UA UB UC
(3) 各相电流 IA IB IC
(4) 功率因数 cosφA cosφB cosφC
(5) 无功电流 I rA I rB I rC
(6) 负荷馈电处电压 V a V b V c
(7) 切入补偿通道号 Ac1～4 Bc1～4 Cc1～4
(8) 电力电容器工作温度 t1 ～ t12
(9) 可控硅功率组件温度 tk1 ～ t k12
(10) 有功功率 PA PA PA
(11) 无功功率 QA QB QC
(12) 视在功率 S A SB S C
(13) 台区用户电量 最多为30 个单元720户
3.2 采集传输控制参数
(1) 电力电容投切保护控制 12 路开关量
(2) 可控硅过流保护控制 12 路开关量
(3) 可控硅过压保护控制 12 路开关量
(4) 用户窃电、欠费停/ 供电控制 最多720个开关量
3.3 采集传输控制系统方块图及各部分的作用
采集传输控制系统方块图如图6 所示。
3.3.1 传感器部分
传感器部分将现场的电流、电压、温度、功率等参数变成采集传输控制器所能识别的信号(一般为0～5 VDC输入) ，以便采集传输控制器对其进行分析、计算，根据分析计算结果，发出相对应的控制信息，控制系统正常工作。
3.3.2 电量采集控制器
电量采集控制器是集电量采集、传输、控制用户停/供电以及防窃电功能为一体的前端设备，安装于用户各单元配电箱中，能实时采集用户的用电信息，并具有防窃电功能，当用电户有窃电现象发生时，能及时发出报警信息，通过低压电力线载波传输给采集传输集中控制器，采集传输集中控制器再将信息通过传输媒体发送给终端接收控制设备(或控制窃电户停电) 。
3.3.3 采集传输集中控制器
采集传输集中控制器是装于变压器台区内的一台主控机，它能同时采集64 路信号(模拟量或数字量) ，并能与30 台电量采集传输控制器通讯，进行电量计量、远程供/ 停电控制、窃电报警等操作。同时还能与现有的动态无功功率自动补偿装置相配合，将该装置的工作状态及相关参数通过传输媒体传输给终端计算机，达到全局网无功功率平衡补偿的目的。
3.3.4 动态功率因数补偿控制器
动态功率因数补偿控制器是根据电网电压与电流的相位差来控制电力电容器组是否投切、投切极数的一种控制器，通过改变投切极数来改变无功电流大小而达到改变的目的。
3.3.5 电力电容器组及可控硅开关组件
电力电容器组及可控硅开关组件是与动态功率因数补偿控制器相配合，完成动态功率因数补偿的一种附属组件，它能根据动态无功功率补偿装置所发出的控制信息完成相关的投切动作。
以上简述了系统组成及部分作用，其中，前端电量采集控制器是为今后推广应用远程电量管理而设置的，可根据实际情况决定取舍。
4 结论
通过以上阐述，不难看出在原有的无功功率补偿产品的基础上，配置数据采集、传输、控制系统，能使整个输电网有效地联调，并得到很好的无功功率补偿效果。
参考文献
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【关键词】电力 电网谐波 滤波 动态无功补偿
1 油田电网滤波的必要性与可行性
电能作为一种与人们日常生活密切相关的特殊商品，也有其特殊的质量标准。通常用频率、电压和电压波形来衡量供电质量。在理想状况下，电压波形应是正弦波，但由于电力系统中存在有大量非线性阻抗特性的供用电设备，使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波形畸变，通常用谐波来表征。
当前电网的谐波源大体上可分为两类：含半导体非线性元件的谐波源，如硅整流或可控硅整流、逆变器、变频调速器、调压装置等。含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如感应炉、电弧炉、气体放电灯、电抗器、变压器以及电视机、微波炉等家用电器。谐波源电气设备接入电网后，向电网注入谐波电流，谐波电流在电网阻抗上产生谐波电压，谐波电压叠加在电压波形的50Hz电网上，并施加在所有接于该电网的电气设备端，对这些设备的正常工作产生影响。
华北油田电网现有很多低谷大负荷用户，他们大多是含半导体非线性元件的谐波源、中频电源设备和少量的交流电弧炉，其负荷向电网注入的谐波量已严重影响了电网的正常运行，已造成的危害主要表现在：
（1）局部区域用户家用电器（电视机、冰箱及冰箱保护器、微机电源等）大量损坏。
（2）某些变电站无功补偿电容器组的谐波电流放大和谐振，从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏，熔断器大量烧毁，电容器组不能正常投入，致使功率因数很低。
（3）导线和电气设备损耗增加，当发生谐振或放大现象时，损耗更加严重。
（4）对继电保护和自动控制装置产生干扰并造成误动或拒动。
（5）对测量仪表和电能计量装置产生影响，后果是谐波源负荷用户少付电费，而受害用户反而多付电费。
（6）开关设备的遮断能力降低。
无论从保证油田电力系统安全经济运行还是从保证用户安全可靠用电的角度出发，对谐波污染所造成的危害加以限制是极为迫切的。功率电子技术的发展，使得半导体元件为抑制谐波和无功动态补偿装置提供了技术实现的可能，使用动态补偿及滤波装置可实现：吸收谐波电流，减少电压畸变；提高功率因数并使之保持稳定；平抑电压波动，提高供电电压质量。
2 主要技术内容和技术指标
2.1 主要技术内容
经实际调查核实，华北油田电网中产生谐波源的站所有10多座，从监测谐波的含量和类型来看，造成影响的低谷时段大负荷多为三相桥式整流装置所产生的特征谐波，即六脉动特征谐波，在其交流侧产生的高次谐波为5、7、11、13、17…次谐波，谐波电流中5次和7次的含量分别占到20%和14%。平均电压总谐波畸变率达到5.8%。
以任一变为例，任一35kV变电站是受谐波源污染严重的站所之一，所供负荷中，生活用电所占比例较大，若在任一35kV变电站实施电网滤波与动态无功补偿技术。则主要技术内容有：
（1）在6kV母线上配置一套滤波装置，吸收系统谐波源设备产生的谐波电流，投入滤波设备后注入电网的谐波电流和电压谐波畸变率应满足技术条件的要求，同时满足国标《电能质量 公用电网谐波》（GB/T14549-93）中的有关要求。
（2）提高系统的功率因数，补偿对象包括6kV系统的全部负荷，使6kV母线的平均功率因数由原来的0.89提高到0.95，达到节约电能，抑制电压波动的效果。
2.2 主要技术指标
根据国标和相应法规的规定，结合华北油田电网的实际情况，任一35kV变电站滤波器投入运行后，达到以下技术指标：
（1）6kV系统PCC点电压总谐波畸变率：THDu
（2）6kV母线的平均功率因数达到0.95以上。
（3）6kV母线电压偏差不超过额定值的±5%。
3 实施方案建议
3.1 规模、地点及技术方案
根据任一35kV变电站6kV系统谐波电流测量结果和技术条件的要求，在6kV系统母线上安装一套滤波设备，初步计划设置5次和7次2个滤波回路，分别吸收250Hz和350Hz及以上频率的谐波电流。根据单调谐串联谐振滤波回路的设计经验，将串联谐振点设定为特征谐波频率的98%，即滤波回路的谐振点分别为245Hz和347Hz。以便平衡运行电容器和电抗器参数的变化。各次滤波回路除吸收谐波源产生的特征次谐波电流外，还可以吸收旁频谐波电流，同时考虑电网背景谐波，使滤波装置具有足够的滤波能力，保证设备安全运行。
滤波装置电容器安装容量为2800kvar，其中，两个支路的容量分别为1600 kvar和1200 kvar。电容器基波补偿容量为3000 kvar。
每个滤波回路包括以下主要设备：滤波电容器、滤波电抗器、避雷器、电流互感器、逐式熔断器、金属支架及连接母排、监测保护装置、并联电阻、放电装置和真空接触器。每个滤波支路设速断保护、过流保护、过负荷保护、过电压保护、低电压保护、中性点不平衡电压保护，采用BDP-6410微机综合保护器，可同时满足以上保护要求。
监控系统实现：电流、电压、功率显示记录，功率因数测量及控制；根据给定值对各支路进行自动投切，防止在弱负荷期间过补偿；三相对称度监测、谐波分析及记录；谐波室温度监测及风机控制；放电状态显示；投切顺序闭锁。电能质量监测装置采用德国生产的EMM4在线监测仪，对各次谐波进行在线监测。
2个滤波支路由1台高压开关柜控制，接于6kV母线，开关柜与滤波回路间由电缆连接。滤波装置的运行方式分为自动投切和手动投切两种。
以上只是初步方案，待厂家测试后设计具体方案。
3.2 考核技术经济指标及验收规范
技术指标：投入该装置后6kV系统PCC点电压总谐波畸变率THDu
验收规范：
（1）对于谐波：使用进口高精度电力谐波分析仪，测量投入装置后6kV系统PCC点的谐波电压和谐波电流，共测量10次，并按技术要求进行对照，测量结果应能满足前述的技术指标。
（2）对于功率因数：根据6kV母线进线侧有功电能表和无功电能表一个月记录的电量计算平均功率因数，其结果应不小于0.95。
（3）6kV母线电压表记录的电压值，在24小时内，其偏差保持在额定值的±5%内。
4 经济效益分析
本项目经济效益的表现方式有：
（1）减少输配电网电气设备和家用电器损坏而造成的损失；
（2）降低因谐波电流通过电气设备而增加的有功损耗；（3）提高线路末端电压，减少有功损耗；（4）提高功率因数，减少线路和主变压器的有功损耗；
（5）提高供电可靠性，提高开拓供电市场的能力，增加供电量。
参考文献
[1] 林海雪，孙树勤.电力网中的谐波.中国电力出版社，2000
【关键词】城市配电网 无功补偿技术 方法 策略 研究
在社会主义经济迅速发展的背景下，为了满足城市日益增长的用电需求，我国城市配电网建设规模逐渐扩大，而为了确保供电的安全性与可靠性，进而避免供电事故的发生，并提高供电企业的经济效益，则就需要经济的将电网无功补偿技术进行完善应用。借助这一技术，能够为实现对电网结构的优化并提高供电的稳定性与电能质量，满足城市生产与居民生活的用电需求。
1电网无功补偿原理与技术应用优势
这一技术的基本原理则是借助具有容性与感性功率负荷装置并联于同一电路之中，进而促使能量在这两种负荷间实现交换，借助容性负荷所输出的无功功率来补偿感性负荷所需要的无功功率。在缺少电容器来实现无功功率补偿的情况下，供电线路中的无功功率会因此而被消耗，相应的线路变压器容量加大，而当用户侧无功补偿能量缺乏时，线路的整体能耗量加大，相应设备的使用效率随之降低，进而降低了线路供电的稳定性，并使得相应供电效益随之大打折扣。而以无功功率来实现动态补偿后，则能够避免无功倒送情况的发生，这样不仅能够提升电能的质量，同时还能够降低供电损耗，为提升供电企业的综合效益奠定基础。
2五种电网无功补偿策略的优劣势分析
2.1同步调相法
这一无功补偿技术诞生较早，能够同时满足静态与动态无功补偿之需，实现无功补偿的原理是借助相应监控系统，通过对电压的监测，利用励磁控制来实现无功的发出，同时以电压调节器与相应监控反馈装置，实现对无功功率的优化，进而确保供电线路两端电压能够处于稳定状态，以确保供电的稳定性。而这一无功补偿技术在实际应用的过程中，逐渐呈现出了一系列不足之处，主要表现在实际运行的过程中，其自身的损耗大，同时所产生的噪音也相对较大，并且相应维护工作较为复杂；此外，在进行动态无功补偿时，其反应的速度偏慢，因此，在当前的配电网系统中其现有的功能难以满足实际使用之需。
2.2电容器
电容器主要提供的是静态无功补偿，在实际应用的过程中，一般是在母线上以并联或是串联的方式来安置电容器，并辅以电抗器，这样在变电站就能够实现集中补偿。通过实践应用表明，使用电容器来实现无功补偿的主要优势是能够提供的无功容量较大，且在实际落实运维管理工作时相对较为简单，并且可以满足大功率且远距离输电形式下对无功补偿所提出的要求。而所存在的不足之处在于：无法满足实时动态无功补偿的需求，在实际应用的过程中需要人工来实现对电容量补偿的控制，同时面对当前相对较为复杂的城市配电网络，相应负荷波动较大，因此，以此种方式来进行无功补偿则难以满足实际需求。
2.3 SVC、STATCOM以及VQC
首先，SVC。这一静止无功补偿器主要是借助TCR与TSC或是二者混合的形式来实现无功补偿的功能，在运行的过程中，主要是借助晶闸管的使用来实现对投切的控制，通过相应监测反馈信息来实现无功补偿以确保电网电压的稳定性，提升电能质量。采用这一无功补偿装置，主要呈现出的优点在于借助晶闸管的使用，可实现连续与动态的无功补偿，反应速度相对极快，能够满足电网负荷变动较大情况下的使用需求。但是也存在一定的不足之处，主要是不可控的关断使得在实际进行无功补偿时谐波较大，进而相应电能质量随之下降。其次，在STATCOM的使用上。这一无功补偿装置的性能较高，在实际应用的过程中能够有效的保证电网供电的稳定性与安全性，且在静动态无功补偿的应用中都表现出了这一优势，但是基于成本过高而难以实现推广性应用。最后，VCQ这一无功补偿策略的应用兼顾了所有策略的优势性能。
3城市配电网无功补偿技术的实际应用方式
3.1集中补偿与随器补偿
在集中补偿上，主要是基于变电站下来实现的，能够以分级平衡的方式来实现对电网无功功率的补偿，采用的主要装置为电容器等，通过对优化供电线路母线电压来确保补偿无功损耗，确保供电线路的安全可靠运行。采用这一方法虽然降损效果不佳，但是运维管理工作开展便利。在随器补偿方法下，通过对无功损耗的补偿能够减低损耗的基础上，优化电能质量，在使用的过程中表现出了很强的经济实用性，但是，因安装格局分散而导致投资较大且运维工作开展不方便。
3.2线路杆上补偿与随机补偿
在配电线路上实现杆上补偿这一无功补偿方法，能够以分段安装电容器的方式来实现，因采用的是单点式补偿，所以在实际进行控制时相对简单方便，能够满足线路与公用变压器对无功补偿所提出的需求。在实践应用过程中表现出操作方便且投入小的优势特点，在功率因数低且电压负荷较大的长距离运输线路中更为适用。不足之处在于因离变电站较远，保护控制方面难度与投入较大，且对于重载情况该补偿方式也难以满足实际需求。采用随机补偿方式是借助电容器与电动机并联的形式来实现的，通过对电动机无功消耗下励磁的补偿，能够优化无功负荷，降低有功损耗。在使用上简单方便且易于维护，相应性能良好且效益较高。
3.3跟踪补偿与线路补偿
前一种补偿方式下，能够基于用户端实际无功负荷变化的情况来实现动态无功补偿，但是相应的控制保护装置相对较为复杂，且在建设前期投入成本高。采用线路补偿的方式可降低线路损耗的同时，有效提升末端电压，适用于35kV与10kV长距离线路。
4结语
综上所述，基于城市配电网络建设发展的现状，为了满足城市用电需求，就需要以无功补偿技术的应用来提升电能质量、确保供电的安全可靠性，并在降低损耗的基础上来提高供电企业的经济效益。在实际应用这一技术的过程中，要结合实际情况来科学选择无功补偿的策略与方法，以确保在应用这一技术的过程中实现综合效益的最大化。
参考文献：
[1]郭国方.无功补偿在城市配电网中的应用[J].电网技术，2010，S1：229-230.
[2]戴晓亮.无功补偿技术在配电网中的应用[J].电网技术，2009，06：11-14.
Abstract： The application of reactive power compensation device in the traction substation of electrified railway is introduced. The technical characteristics and performance of the reactive power compensation system are analyzed. The dynamic reactive power compensation plans of TCR can quickly and effectively reactive the idle work of power compensation system and improve the quality of the electric energy and economic benefits of running of the traction power supply system. These have important significance in the application of the power supply system.
关键词： 电气化铁道;牵引变电所;动态无功补偿;TCR;电能质量
Key words： electrified railway;traction substation;dynamic reactive power compensation;TCR;quality of electric energy
0 引言
单相交流工频制式是全世界广泛应用的铁路电力牵引制式，也是我国干线电气化铁路所采用的牵引制式。但自其出现以来，就存在结构上不对称。目前我国绝大部分电力机车采用单相晶闸管相控整流制式，由此给电网带来功率因数低，谐波含量高等一系列问题，影响公用电网电能质量。因此，解决好电网的无功功率因数补偿和谐波问题，对于提高电能质量、安全运行、降低损耗、节能、充分利用电气设备等具有重要的意义。
1 电能质量治理现状
作为交流电气化铁道负荷的电力机车是随列车重量、线路坡道、牵引或制动等不同运行条件而剧烈变化的一个时变负荷。为有效减少电气化铁道牵引供电对公用电网电能质量的影响，在牵引变电站设置固定的无功补偿及三次滤波装置。
牵引变电所固定无功补偿方式介绍（以京哈线兴隆店变电所为例进行说明）。
根据兴隆店变电所2011年7月21日运行日志，该日0时至22日8时，1#主变压器总有功功率、无功功率、有功电量和无功电量如表1。
通过计算得该所的功率因数（有功功率因数、无功功率因数）如表2。
根据上述该所小时平均功率因数分布统计结果，可以得到：有功及无功功率柱形图，如图2、图3所示。
表2说明，总体功率因数在0.9左右，在8时-13时、16时-18时时段，有功功率因数偏低，达不到0.9的要求。经与车站查找得知，在该时段运行车次比较少。图2、图3说明，无功功率缺额很大，存在过补偿的现象，系统对无功的需要因运行车流不同而不同。由于采用固定补偿方式，在车次较少的时段，无功过补偿。电力系统为限制牵引变电所无功电量采用“反供正计”的计量方式，按绝对值相加计算无功电量，无功负荷小于补偿负荷的过补偿状态会造成功率因数下降。
根据上述，对类似变电所而言，需要对无功功率固定补偿的方式进行调整。结合我国铁路的实际状况，提高功率因数最直接、最有效的方法就是运用分组可调补偿方式。由TCR型动态无功补偿装置的原理、结构、特点及在电气化铁路牵引变电所的应用效果，提出采用动态无功补偿装置改善电气化铁路电能质量。提高功率因数最直接、最有效的办法就是运用分级可调并联电容补偿技术。以永嘉堡变电所改造为例对动态补偿方式进行说明，并联电容补偿改造可以控制无功的过补偿。并联补偿装置接线图4。
各并补方式进行对比，得出表3统计数据。
通过运行对比，最终选择只投b相并联电容补偿装置带可控电抗器的运行方式。此方式运行至今，状态良好。
2 装设动态无功补偿装置运行的经济分析
在电力系统中，如果无功储备不足将会导致电网电压水平降低，冲击性的无功功率负载还会使电压波动，恶化供电质量。所以装设动态无功补偿装置之后，能对无功功率的流向与转移进行很好的控制，对于降低损耗、改善功率因数，提高经济效益的效果是非常显著的。下面以陇县变电所历年功率因数奖罚情况进行分析。
从表4可以看出，1996年至2000年10月，因功率因数达不到要求共计罚款91.48万元，平均月罚款1.6万元。由于罚款金额随着运营电费的增加而增加，从1998、1999两年罚款情况来看，月平均罚款达到2.14万元。2000年11月装设动态无功补偿装置以后，功率因数提高到0.95左右，2001年不但未罚款，反是节省成本12万元。所以有无动态无功补偿装置，每年的收支差约为38.3万元。按此套设备50万元成本价格计算，不到两年即可回收成本，而且永久受益。通过陇县变电所有无功动态补偿装置的实际运行情况相比，采用可调电抗器的动态无功补偿装置是目前电气化铁道牵引变电所一种行之有效的无功补偿装置，它既可以根据牵引负荷的大小来调节补偿容量，又可以吸收当牵引负荷为零时，固定补偿装置的容性电流，不至于向电力系统倒送无功，从而减少无功电量，达到提高功率因数，减少运行成本的目的。
3 结束语
从改善电能质量，节约用电成本的角度出发，TCR型动态无功补偿方式在电气化铁路牵引变电所的成功运行经验表明：该装置能够满足现场要求，快速、有效地补偿系统无功，提高牵引供电系统电能质量和运行的经济效益。
参考文献：
[1]李群湛.电气化铁道并联综合补偿及其应用[M].北京：中国铁道出版社，1993.
[2]王兆安.谐波抑制及无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，1998.
