时间：2023-05-29 18:02:32
关键词：谐波危害 智能无功动态装置 作用
中图分类号： S763 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（c）-0000-00
随着现代科学技术的飞速发展，电力、电子设备在诸多行业得到了广泛的应用，如：照明控制系统、开关电源、电动机调速设备、不间断电源、整流器、数控机床、电子控制设备、EDM机械等等，其所产生的非线性电流以谐波的方式影响着电网并加重了它的负担。而在常规的功率因数调整系统中，电力电容器与电力变压器形成了一个谐振电路，使得谐波电压和电流被放大，加重了谐波的危害程度。
谐波的危害：
1、谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
2、谐波影响各种电气设备的正常工作。 谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。
3、谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。
4、谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。
5、谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。
我校工科楼变电所、理化变电所就相继发生过多起补偿电容器和投切接触器无端烧毁的事例。（究其原因：该两处变电所所管区域内有实验室、计算机机房等大量使用电子设备的负荷，而原功率因数调整系统采用的是常规普通型电容补偿装置，对谐波不能治理反而加大危害程度。）
常规功率因数补偿装置的缺陷：
1、控制特性差，运行可靠性低，控制器的采样电流仅取一相，不能准确反映三相负荷功率因数的实际情况，（实践中低压配电系统中三相负荷不平衡情况较为严重）装置无法对突变冲击负荷实现动态跟踪补偿，导致误补、欠补。
2、采用接触器投切电容器投切冲击电流大、易产生操作过电压和合闸浪涌，对电网造成冲击，电容器受冲击，寿命短，接触器触头易烧结，不宜频繁投切等弊病。
3、由于装置本身缺陷易造成的谐振现象，致使谐波电压、电流再次放大，加重谐波危害程度，损坏供电设备和用电器。
综上所述常规的功率因数补偿装置已不能适应现在日益发展的电力行业的要求，近年来，采用全新高科技，集微电脑、机电一体化、全自动高精度，利用可靠的光电隔离技术，实施对系统无功功率动态跟踪，即时补偿的功率因数调整装置应运而生，已逐渐替代老式的装置。该装置是一种由微电脑控制，集多功能电参数测量，监视、分析、通讯、统计和无功动态补偿融为一体，从而实现低压配电网路优化的自动化管理。
装置主要功能及特点：
1、控制物理参量：装置的无功补偿以系统无功功率作为控制物理参量，由系统电压、功率因数和谐波电流超值予以限制，跟踪采样，克服了原先由功率因数取样存在的取样值与控制物理量不能对应，轻载低功率因数条件下容易发生的投切震荡和补偿呆区，使系统能在较高功率因数状态下正常运行，并不受负载影响，补偿效果更为明显。
2、装置采用无触点大容量半导体器件投切电容器：正确敏捷的可控硅触发技术，以无触点投切电容器替代传统的有触点投切方式，从根本上消除了难免发生的操作过电压、合闸浪涌和触头拉弧等诸多缺陷，电容器投切响应速度特快，可达到≤20ms，解决了采用接触器投切电容器无法实现的快速频繁操作和无法对许多突变冲击负荷进行动态跟踪补偿。
3、组合方式灵活：当前在低压配电系统中三相不平衡情况较为严重，三相对无功补偿的要求不一样，装置采用分补与共补相结合的方式，根据“填平补齐”原则既可缓和三相不平衡，又能获得最佳的投运效果，经济高效。
4、完善的保护功能：装置具有过电压、失压、缺相、过电流、谐波电流超值保护和谐波电压监测功能，本装置具有反相序、缺相切除全部电容器功能，并设有过压保护，当母线电压高于410V时，控制器的软件闭锁，停止投入电容器组。当欠压时，母线电压低于额定电压380V时，控制器软件闭锁，停止切除电容器组。安全可靠，无需专人值守。
5、谐波检测监控功能：谐波对系统的影响已经成为配电网络一大污染，装置对系统中存在的基波～25次谐波电压含有率、谐波电流含有量和谐波电压、谐波电流总畸变率进行实时检测、分析、统计，由装置管理软件生成相应的表式和曲线。为用户分析谐波源采取必要措施提供依据，同时装置在参数设置项中有一项设置谐波保护定值，用于防止在谐波超值时投入电容器造成放大谐波电流的危害。
6、可调投切延时功能：装置具有根据投切延时的不同要求可以设定调节，主要用于保证电容器充分放电，起到保护电容器的作用。
7、自动化管理功能：装置以有线或无线通讯方式，经数据采集转发器与计算机联网，由系统专用数据分析软件将装置存储数据、浏览、打印成报表和曲线，实现配电网络自动化管理。装置可存储（60）80天系统运行数据，用户根据数据分析表式和曲线，掌握配电网系统运行情况，找出系统运行薄弱点，予以克服与强化，达到优化网架的目的。
效果分析：
1、装置将系统无功补偿设置在低压负载末端，可提高变压器输电线路的利用率，降低设备及线路投资成本，对用户而言可以获得最大的经济效益，变压器及输电线路可得到充分利用。
（COSΦ2/ COSΦ1-1）×100% （COSΦ1为补偿前的功率因数，COSΦ2为补偿后的功率因数）
当负荷消耗的无功功率Q（或者无功电流Iq）由装置输出予以补偿，则变压器和输电线路所承担的负荷（视在功率）在补偿效果达最佳状态时（COSΦ≈1），仅为负荷消耗的有效功率。
功率因数每提高一个百分点，变压器、输电线路利用率也提高一个百分点。
2、改善负荷（电动机）启动特性和运行特性，减少电网污染，延长变压器及输电线路的寿命：
装置实现动态即时跟踪，对突变冲击负载就地采用动态跟踪补偿可消弱冲击负荷（大负荷）启动时对电网的冲击，既改善了负荷（电动机）启动特性和运行特性，又改善了电网污染，同时可延长变压器、负荷受电设备和电容器的使用寿命，使用户获得优化的电能品质。
结束语：
通过以上分析，不难看出采用智能无功动态补偿技术，可以根据系统实际运行情况，进行复杂的综合分析、运算和优化处理（包括对历史记录的分析处理）实现快速、准确、可靠的无功补偿优化控制，加以装置配置有数据采集、传输、控制系统，能使输配电网有效地联调，从而得到更好的无功补偿效果。总之，该装置是目前变配电系统使用的功能较齐备和安全可靠的功率因数调整设备，因而得到了广泛的应用。我校独墅湖校区新建变电所、前述老校区部分变电所自采用更换该装置后，经过几年来的运行实践，结果表明，低压变配电系统中的功率因数指标始终控制在设定值（COSΦ=0.95±0.02）以上范围内，而且设备运行稳定，性能良好。
参考文献：
【关键词】动态无功补偿 电能质量 静止无功补偿器（SVC） 静止同步补偿器（STATCOM）
1 引言
在电力系统的运行中，系统运行的安全性、可靠性和经济性、输送电能的质量是其最根本的问题。一些大功率负荷的投入、退出，或者系统局部故障等，都会造成系统中有功功率和无功功率的大幅扰动，从而对电网的稳定性和经济性产生影响。特别是如电弧炉等冲击负荷、非线性负荷容量的不断增加，使得电力网发生电压波形畸变，电压波动闪变和三相不平衡等，产生电能质量降低，电网功率因数降低，网络损耗增加等不良影响。另外，现在的直流输电工程日益发展，大功率换流装置（无论整流或逆变）都需要系统提供大量无功功率。特别是一端为弱系统或临近的交流系统发生故障时，如果不能迅速补偿大幅度波动的无功功率，就会导致系统失控或瓦解。
快速有效地调节电网的无功功率，使整个电网负荷的潮流分配更趋合理，这对电网的稳定、调相、调压、限制过电压等等方面都是十分重要的。
2 动态无功补偿技术的现状
性能优良的SVC（静止无功补偿器）和技术更为先进的STATCOM（静止同步补偿器）已大规模应用于电力系统及工矿企业。
2.1 静止无功补偿器（SVC）
静止无功补偿器（SVC）于20上世o70年代兴起，现在是已经发展的很成熟的FACTS（柔流输电系统）装置，其被广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿（无功和电压补偿）。SVC装置的典型代表有：晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）和滤波器组（FC）
随着电力电子技术的不断发展和控制技术的不断提高，SVC向高压大容量多套并联的方向发展，以满足电力系统对无功补偿和电压控制的要求。南瑞继保在SVC的技术发展中做出了很大贡献，为国内外电网提供了多套大容量SVC系统。
安装于新疆-西北联网工程第二通道750kV沙州变电站的SVC系统容量为-360Mvar（感性）～360Mvar（容性），由两套配置相同的SVC组成，直接接入变电站同一条66kV母线，每套SVC包含TCR（-360Mvar）×1，滤波器组（+180Mvar）×1。本工程SVC系统TCR单体容量达到360Mvar，直接接入电压等级高达66kV，开启了我国输电系统大容量、高电压动态无功补偿器的新篇章。
2.2 静止同步补偿器（STATCOM）
STATCOM系统基于电压源型变流器，采用目前最为先进的无功补偿技术，将IGBT构成的桥式电路经过变压器或电抗器接到电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态调整控制目标侧电压或者无功的目的。同时如果需要STATCOM在补偿无功的基础上对负载谐波进行抑制，只要令STATCOM输出与谐波电流相反的电流即可。因此，STATCOM能够同时实现补偿无功功率和谐波电流的双重目标。
南瑞继保研制的百兆乏直流换流站动STATCOM在南方电网±500kV/3000MW永富直流富宁换流站顺利投运，该项目是大容量STATCOM装置应用于高压直流输电领域中的首个成功案例。此STATCOM系统包含协调控制系统和两套35kV/±100MVAr STATCOM成套设备。换流阀采用多电平电压源型换流器结构，成套设备占地面积小、功率密度高，具备快速暂态无功补偿、目标电压控制、交流系统故障穿越、协调控制等功能，是缓解直流换相失败、无功电压调节等的最佳解决方案，代表着柔流输电和用户电能质量领域的前沿方向。
3 动态无功补偿技术的发展
当前，除了对SVC、STATCOM等无功补偿技术的进一步研究，统一潮流控制器等新型无功补偿装置也有了新的进展。
3.1 110kV直挂式SVC阀组
随着大电网大容量输电工程的建设，对无功容量需求不断增加。通过研制110kV直挂式SVC阀组，可以不需要变压器直接将SVC接入高压交流输电系统低压110kV侧，满足大容量无功补偿的需求，同时也减小了设备的占地面积。110kV直挂式SVC阀组中关键技术正逐渐被攻克，这将成为高电压、大容量的SVC装置研究新的里程碑。
3.2 统一潮流控制器（UPFC）
统一潮流控制器（UPFC）是当今世界上电力电子技术应用的制高点，作为第三代FACTS设备代表，是迄今为止功能最全面的FACTS装置，包括了电压调节、串联补偿和移相等能力，可以有效解决功率输送不平衡问题、提升电网潮流输送能力，同时对于优化系统的运行、提高系统的暂态稳定、阻尼系统的振荡具有显著的作用，应用前景广阔。
4 结束语
动态无功补偿技术的应用可以提高用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。随着社会经济发展的速度越来越快，用电量也随之在进行增长，电力是人们工作和生活当中不可或缺的能量，因此保证电力能够高质量可持续的供应对我国经济的发展起到的极大的影响，因此动态无功技术的应用，成为了满足电力需要的重要保证。
参考文献
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[3]张德金.配电系统动态无功补偿技术的研究[J].工程技术（全文版），2016， 26（06）：00179-00179.
[4]李文修，王光利.配电系统动态无功补偿技术的应用研究[J].科技创新与应用， 2016（07）：205-205.
[5]刘振亚，张启平等.提高西北新甘青750kV送端电网安全稳定水平的无功补偿措施研究[J].中国电机工程学报，2015，35（05）：1015-1022.
【关键词】应用；原理；无功补偿
调查资料显示，2012年全年我国社会用电量达到了4852亿千瓦，同比增长了10.4%，但是我国仍然有部分地区的供电量不足。其中，企业用电的性质以木材加工为主，居民生活用电量相对较少。无功补偿装置能够有效的提高系统的功率因数，从而减少了电压崩溃现象的发生。此外，无功补偿装置还能大大减少网络损耗，已经成为了保障电网安全运行的重要组成部分。
1、无功补偿装置原理
无功补偿装置的原理就是是电网中呈容性或感性的元件。无功补偿装置的主要组成部分包括电容器组、投切元件以及保护元件等[1]。通常情况下人们都会选择并联电容来当作无功补偿装置，其基本原理如图1所示。当无功补偿之后，电压的功率因数也会产生变化。
（1）电压变化：
（2）输出电压：
其中，SC为短路容量。
（3）功率因数：
其中，QLC为补偿的无功容量。
根据上述三个公式就可以得到无功补偿和功率因数之间的关系，如下图2所示，同时还可以得出无功补偿和系统电压之间的关系。
2、动态无功补偿装置（英文缩写为SVC）的基本原理
动态无功补偿装置的原理与传统无功补偿装置相似，是通过控制晶闸管发角来实现改变接入系统中的动态无功补偿装置等效电纳的大小的，最终实现调节无功功率的目的，如下图4所示。现今人们经常讲到的无功补偿装置是专指使用晶闸管的无功补偿设备。这种设备通常有以下三大类型，一类是具有饱和电抗器的无功补偿装置（英文缩写为SR），第二类是晶闸管控制电抗器（英文缩写为TCR），如图5所示，第三类是晶闸管投切电容器（英文缩写为TSC），如图6所示。增加了可控电抗器之后就可以保证电网功率维持在合格的范围，而不会出现无功倒送减小电网的运行电流。与此同时，还可以减少导线和变压器上的损耗[2]。除此之外，还能够大大减少主变分接头的动作次数，从而提高了电压的合格率与电网的电能质量。
3、国内10kV配电网无功补偿装置现状
电网无功功率是通过无功装置来达到调节目的的，在二十世纪80年代和90年代，功率因数通常在0.8和0.85之间，2001年以来达到0.95至0.98。现今10kV无功补偿装置存在的问题包括：①功能种类少，联网能力不强，容易受到外界的干扰，而且控制的精度也偏低；②当借助在线测量的功率因数和整定的功率因数相比时，投切电容器很难避免的引起电压和电流的不稳定，这样不仅降低了既供电质量，同时还减少了设备的寿命；③现今仍然有很大一部分的中压无功补偿装置采用普通开关来做投切工作，这样很容易出现过量涌流与操作过电压现象，而且当电流过大时，开关触头非常容易出现损坏问题[3]。如今，尽管SVC技术的发展水平已经相当高了，但是该技术仍然有很大的发展潜力。国内不少的厂家已经开始了对中压无功补偿装置的研究，并采取了一定的完善措施，本文就投切元件、控制方式以及电力电容器三方面对装置做进一步的分析。
3.1投切元件
晶闸管和复介开关是现今多数中压无功补偿装置都会选择的主要投切器件，但是它们无法同时保证自身的使用寿命和能耗与投切的平稳度。所以，要解决这三大问题的关键就是选择合适的投切元件。首先晶闸管受到涌流的冲击之后非常容易出现损坏，而且它自身的结构也十分复杂，可靠性不强，价格也比较昂贵。通常情况下它只能应用在负荷频繁变化的环境中，而在其他环境中则毫无用武之地。复介开关的构成之一则是晶闸管，所以它也能够频繁投切，但是它的结构也并不简单，而且造价也不低。现今真空同步开关很好的弥补了上述两者的缺点，具有很强的可靠性，而且还有很长的使用寿命省去了维护环节等，目前它在中压领域的应用范围也在日渐扩大。
3.2控制方案
3.2.1控制器内的主控芯片 二十世纪八十年代以8051单片机为核心的无功补偿装置问世了，其应用领域通常是一般用电负荷，它具有多种实用功能，而且性价比也很高[4]然而这种无功补偿装置却存在一个很大的缺陷，就是无法满足复杂控制算法的要求。之后出现的DSP芯片完成了实时采集的任务，它能够在冲击性负荷中正常工作，而且具有很快的反应速度，然而它的接口太少，不容易进行扩展。最近几年，人们研制出了一种专用电能计量芯片与微控制器的组介，它可以满足要求较高的场所的需求，而且反应速度很快。这一组介不仅简化了软硬件设计过程，同时还有效提高了系统采样与计算的精度。
3.2.2IEC61850在控制器中的应用 IEC61850是关于变电站自动化系统结构和数据通信的国际标准。它的存在意义是为变电站厂家的智能电子设备之间的连接提供一个标准，保证其信息的共享顺利进行，从而完成变电站无缝通信的重要目标。IEC61850协议的出现有效的加快了我国数字化变电站的建设进程，使得我国的无功补偿装置的发展翻开了新的篇章[5]。
3.3电力电容器
一般情况下，补偿用的电容器往往是决定无功补偿装置好坏的重要标准。二十世纪五十年代初期，我国刚刚开始了对电力电容器的制造，现今，电容器已经成为了无功电源领域不可或缺的组成部分之一，并且在电力系统中的功率因数与调节电压量方面扮演着重要的角色。除此之外，电容器还成为了电力系统谐波滤波装置、并联无功补偿以及串联补偿的中心器件。其中的高压自愈式电容器不仅能够保证系统的安全问题，同时还有环保的功效，其应用领域也在逐渐扩大。
4、动态无功装置的应用
静止无功装置比动态无功装置的技术更加成熟，而且结构也更加简单，因此前者的应用范围较后者更广[6]。目前动态无功装置在电力系统中的应用是十分广泛的，其主要优点包括：①提高系统的暂态稳定性，将动态无功装置安装在中长距离的输电电路中点能够有效的提高整个系统的暂态稳定性，同时还能为出现故障后的电机提供更多的减速面积；②有力的支持系统电压，避免电压崩溃，当系统出现了故障或当电流骤然增大的以瞬间，动态无功装置可以向系统提供瞬间的无功补偿来有效避免电压崩溃；③阻尼系统振荡，动态无功装置能够快速、平滑的对无功和电压进行调节，并且能够调制状态工作；④补偿不平衡负荷，当负荷出现不平衡情况时，动态无功装置能够对系统进行补偿，从而使得供电电流达到三相平衡，使单相负荷变成三相负荷而不会出现无功分量；⑤抑制负荷侧电压波动和闪变，校正功率因数。与此同时，动态无功装置还应用在了电气化铁路牵引变电所中，它很大程度上提高了其功率因数，而且还减少了变压器与输配电线路的损耗[7]。除此之外，动态无功装置还应用在了煤矿中的提升机上，大大提高了电网质量，最大限度的降低了由于电压波动造成的不良影响。
技改项目完成，对其中1个变电站无功自动补偿器投切前后的数据进行现场测试。采用无功功率补偿后，主要技术经济效益如下。
（1）减少了线路电压降，使线路稳态电压升高，提高了供电质量。测试数据见表2，补偿后，终端电压提高，设备效率和功率因数均得到提高，共节约有功功率81.4kW。1年工作时间按8000h、负载率按0.7计算，全年节电455840kW•h，公司采用峰谷电价，平均电价为1元/kW•h，全年节省电费455840元。
（2）降低变压器铜损耗。降低的变压器铜损耗由10kV/0.4kV变压器和110kV/10kV变压器减少的铜损耗组成。由于110kV/10kV变压器受高压测量设备的限制，无法测量，故仅计算10kV/0.4kV变压器节约的铜损耗，相关测试数据见表3。合计降低变压器铜损耗1764W，全年电9878kW•h，全年节省电费9878元。
（3）减少线损。减少线损主要组成：
①从补偿器到10kV/0.4kV变压器供电线路减少的线损；
②从10kV/0.4kV变压器到110kV/10kV变压器供电线路减少的线损。为衡量无功功率补偿的经济效益，在无功功率补偿领域引入“无功功率经济当量”概念，其含义是指每补偿1kvar无功功率在整个电力系统中减少的有功功率损耗，用符号k表示，单位kW/kvar。k值与负荷点到电源的“电气距离”、电能成本和负荷运行状况等因素有关。为简化计算，国家标准GB/T12497—2006《三相异步电动机经济运行》规定了不同供电方式的无功功率经济当量估算值。前文已测算了从两台补偿器向下到终端设备及10kV/0.4kV变压器节能情况，对于高压变压器110kV/10kV节约的铜损及输电线路减少的线损，因受高压测量设备制约，故采用无功功率经济当量估算的方法。从补偿器向上节能情况，无功功率经济当量按最保守的0.03kW/kvar计算，两台补偿器无功功率合计减少318.1kvar，则可折算节省有功功率9.54kW，全年节电76320kW•h，全年节省电费76320元。
（4）增加电功率（扩容）。增加的电功率，合计增加视在功率80kV•A。
（5）其他效益。可减轻电器、开关和供电线路负荷，减少维修量，延长使用寿命，提高安全可靠性。
2.结束语
关 键 词 动态无功补偿 牵引变电所 无功补偿
中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-127-1
目前电力部门求电气化铁道的牵引供电系统功率因数从0.85提高到0.9，而且实行“返送正计”，也就说补偿过度也视为欠补偿，因此，提高铁路供电网络的功率因数是非常重要的。电气化铁路通常采用在牵引变电所设置并联固定电容的方式补偿无功功率，但是这个装置不能够随着牵引负荷的变化而调整，所以对于列车对数少的电气化铁路，功率因数仍旧不能满足相关要求。动态无功补偿方案则能够很好的解决这个问题。
1 牵引变电所动态无功补偿方案
1.1 动态无功补偿设备
目前动态无功补偿设备中较先进的是静止无功发生装置（SVG），使用的比较多的是静止无功补偿装置（SVC）系列。国际大电网会议定义SVC有七个子类，分别是机械投切电容器（MSC），机械投切电抗器（MSR），自饱和电抗器（SR），晶闸管控制电抗器（TCR），晶闸管投切电容器（TSC），晶闸管投切电抗器（TSR）。 在我国SVC装置则主要是指晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器。
1.2 牵引变电所动态无功补偿方案
牵引变电所无功补偿方案多种多样，但是其目的都是为了补偿无功功率，提高功率因数，滤除谐波，从而减少设备容量和功率的耗损，提高供电质量。
1.2.1 晶闸管调节电抗器（TCR）+固定滤波器（FC）
这种动态无功补偿方案主要由TCR和FC组成。晶闸管调节单抗器虽然可以快速的调节无功功率，但是TCR本身就是谐波源，所以需要固定滤波器来滤除其产生的谐波和负载产生的谐波。TCR主要是由反向并联的晶闸管与补偿电抗器串联组成，通过调整晶闸管的触发角，就可以调节通过电抗器的电流大小，从而TCR回路产生的感性无功功率。FC回路由电容器和滤波电抗器组成，既可以滤除谐波也可以提供容性无功功率。FC+TCR是解决负荷无功功率变化速度快的有效方法，也可以滤除谐波，改善电压不稳现象，但是这种方案对于空载率较高的牵引变电所的滤波效果就有限了，因为此时TCR本身就会产生比较大的谐波电流。
1.2.2 晶闸管投切电容器（TSC）
晶闸管电容器由反并联晶闸管控制电容器的无触点投切，用串联的电感来滤除谐波。这种方案是首先将电容器分组，每组电容器都由特定的晶闸管阀组控制接入，再根据牵引负荷需要的无功量制定投切策略，快速补偿负荷产生的无功电流。但是只能阶跃调节容性无功功率，调节过程不连续。TSC方案的开关闭合方式是无触点投切，减少了开关闭合过程产生的高电压。它还实现了少暂态投切，解决了其他开关投切频繁问题。TSC装备结构简单，能耗低，滤波效果随着分组的增加而减弱，在实际中要按照需要确定适当的电容器组数，对电压分级控制，让其在限定值以内变化。TSC方案适用于行车少但是列车载重大的线路。
1.2.3 静止无功发生装置（SVG）
SVG方案和SVC方案利用电容器无功补偿不同，SVG方案主要是利用电源模实现无功补偿，没有功率耗损。SVG装置利用电抗器将逆变器并接入牵引变电所，通过对逆变器交流侧电压的控制，使其电压相位较系统电压超前或者落后，从而实现动态无功补偿。由于SVG是一种电力电子装置，只需要较小的电容器维持电压，不需要大容量的电容、电抗器等部件，所以不会像SVC方案中产生谐波。SVG的控制方法复杂，可以发出无功功率也可以吸收无功功率，通过PWM的 控制，它的输入电流能够接近正弦波，因此SVG可以平衡的调节牵引符合的无功功率，提高相关设备的利用率。虽然SVG的无功补偿能力强，无功功率调节连续，但是其核心部件全控型器件的价格远远高于晶闸管，所以SVG方案的应用较少。
1.2.4 可调滤波器（TC）+可调电抗器（TL）+固定滤波器（FC）
这种方案的将可调滤波器或者可调电抗器连接在低压母线上，通过调节牵引变电所降压变压器设备低压侧的母线电压改变电抗器或者滤波器的电压，实现无功 补偿。这个方案的优点在于调节时选择用晶闸管来通断，用分接开关进行无载调节，从而提高了晶闸管和分接开关的使用效率。另外，在实际应用对于有谐波问题的牵引变电站通常会加装固定滤波器，起到滤波和提供比较稳定的无功功率作用了。如果主要是提高功率因数，则可以省去固定滤波支路。关于滤波器的选择要根据牵引变电所具体实际的负荷谐波情况设计，谐波问题严重的牵引变电所可以使用固定的多次单调谐滤波器。可调滤波器（TC）+可调电抗器（TL）+固定滤波器（FC）方案使用灵活，理论上可以提高功率因数到0.92，但是这种方案设计工作量大，而且在实际应用中应用效果一般。
2 牵引变电所动态无功补偿方案的优势与前景
本文研究了各种牵引变电动态无功补偿方案，不同的动态补偿方案具有不同的优势，所以要根据牵引变电所的负荷特点来选择补偿方案。从目前的发展情况看，SVG无功补偿方案最有潜力，已经有相关公司设计出实际的应用系统，理论上将功率因数提高到0.98。为了解决SVC装置价格较高的问题，可以在将实际中联合使用SVG装置和并联固定电容器，使用SVG调整无功补偿的容量峰谷差，从而实现对无功功率的平滑调节，这样使用的SVG容量较小，所以投资成本相应的降低了。另外，随着三相电路瞬时无功功率的相关理论的发展以及电子电器部件的价格下降，SVG方案的可执行性也将大增。静止无功补偿装置SVC能够比较快速连续的调节无功功率，性价比高，是比较实用无功补偿的设备，在SVG技术完善前，仍然会是市场的主流。串联可调变比变压器的动态无功补偿方案的虽然只能分组调节容性无功，可但是其可以实现三相独立换级，而且不会产生高次谐波，与TSC方案的效果类似，但是成本较TSC方案低，未来也将是动态无功补偿方案的重要研究方向之一。
3 结束语
不同的动态无功补偿设备原理不同，使用条件也不同，所以在设计牵引变电所动态无功补偿方案时应该结合实际，合理选择动态补偿设备。
参考文献
[1]张蜀华，李冬.牵引变电所综合无功补偿方案[J].中国新技术新产品，2011（07）：150-151.
【关键词】无功补偿；TMS320LF2407；控制特性；功率因数
0 引言
在交流供电电网中，功率分为有功功率、无功功率和视在功率[1]。其中，有功功率为一个周期内的瞬时功率的平均值，即P有=∫P瞬dt/T，瞬时功率为电流瞬时值i和电压瞬时值u的乘积，即P瞬=iu，其中，电流瞬时值为i=√2Isin（ω1t-φ），电压瞬时值为u=√2Usinω1t。无功功率为供电电路里能量交换过程中瞬时消耗功率的振幅值，即P无=UIsinφ，其中，U为电压有效值，I为电流有效值，φ为电流滞后电压相位角。视在功率为有功功率与相位角φ的余弦值的比值[2-3]，或者定义为供电电网端口处电压有效值和电流有效值的乘积，即S=P有/cosφ或者S=UI。由此可见，当有功功率P有一定时，提高功率因数cosφ势必会导致视在功率S的减小，由于P总=P有+P无+S中消耗总功率不变，因此，视在功率S的减小又势必导致无功功率P无的增加，这就意味着供电电网要承受更多的无功损耗，大量的无功损耗势必会导致电网负荷加重、电路投资加大、电子设备利用率降低等问题。因此适当增加用电设备的有功功率，降低用电设备和输电线路的无功功率损耗，可以提高电网功率因数，增加供电电网效率和可靠性。
1 动态无功补偿控制电路设计
传统的静态无功补偿控制器存在无功补偿慢、浪涌电流大、设备维护费用高和电容器投切反应时间长等问题[4-5]，其无功补偿效率低，设备利用率低，且很容易造成投切电容的过流损坏。采用动态无功补偿方式可以有效地防止上述现象的发生。本文采用以TMS320LF2407为核心控制器的智能低压动态无功补偿装置，配以检测模块、A/D转换模块和电容器投切模块等电路，辅之以AT89C51单片机为控制器的显示模块，构成以TMS320LF2407为核心控制器，AT89C51单片机为辅助控制单元的双控电路结构。
1.1 TMS320LF2407核心控制器
TMS320LF2407核心控制器采用TI公司生产的DSP芯片[6]，其具有全自动智能投切功能、U盘读取CDMA通讯功能、友好的人机交流界面和精确的控制单元等，可以实现无浪涌投切，在检测电路的配合下还可以与上位机时刻保持通讯，以便及时获取控制动态和相关参数。
1.2 电路
检测模块采用电流传感器和电压传感器，用于检测补偿电路中负载的电流和电压，然后将检测到的电信号传输至A/D转换器，在A/D转换器中经信号整形后转换为PWM数字方波信号，然后再输送给TMS320LF2407核心控制器，经过逻辑判断和数据分析之后，控制器发出控制指令，控制电容器投切电路中IGBT开关管的导通时刻和关断时刻，从而可以快速准确地进行动态无功补偿。在电容器投切模块中，电压、电流信号经过信号整形、同步周期测量、相位测量等计算后，把所得数据送入TMS320LF2407核心控制器中进行逻辑分析、判断，并得出被测电路的功率因数。这种设计既简化了功率因数测量电路的结构，又增强了检测的准确性和快速性。
显示模块采用以AT89C51单片机为控制器、1602A双排液晶为显示器的显示电路，上排显示检测到的负载电压值，下排显示检测到的负载电流值。液晶显示采用总线方式，利用51单片机的读写外部RAM功能，将1602A液晶显示器挂在单片机总线上，使其统一按类似读写外部RAM功能的指令方法操作。
目前，国内生产的低压动态无功补偿控制器一般采用单变量控制（按电压变量、功率因数变量和无功功率变量三种控制方式）、复合变量控制（功率因数和电压复合、电压和无功量复合两种控制方式）、人工智能控制（模糊控制、遗传算法和专家系统等人工智能控制方式）三种控制方式，根据不同的电路和控制精度要求，采用不同的控制策略，目前人工智能控制方式虽然控制程序复杂、研究成本较高，但是其正在成为现代社改善低压动态无功补偿控制器的研究方向。本文采用按功率因数变量控制的单变量控制方式。
2 设计思路与创新点
本文是以TMS320LF2407为主控制器的智能低压动态无功补偿装置，主要设计思路与创新点如下：
（1）在分析有功功率、无功功率和视在功率的基础上，提出出本文的目的是通过提高电网功率因数来增加电网利用率和可靠性，并通过介绍静止无功补偿控制器的缺点，来突出动态无功补偿的重要性。
（2）针对低压电网的特点，采用基于IGBT开关器件的电容器投切电路和PWM方波控制方式，并且利用最简单的系统结构获得最大的无功补偿效果。
（3）主控制器采用TMS320LF2407高性能控制芯片，能够全面提升电路的控制精度，缩减电容器投切时间，增加系统稳定性和可靠性。
3 结语
基于TMS320LF2407主控制器的智能低压动态无功补偿装置，是针对传统静态无功补偿控制器控制精度不高、响应时间长、功率因数低等问题而设计的。在供电电网现场测试中的结果表明，其不仅可以大幅提高控制精度、缩短系统响应时间，而且可以提高电网利用率，增加系统稳定性和可靠性。以TMS320LF2407芯片为核心控制器的补偿电路和以AT89C51单片机为控制器的显示电路完美地配合，保证了无功补偿装置的稳定运行，检测模块、A/D转换模块和电容器投切模块等电路，在测试过程中配合良好。本设计适合在供电电网中广泛地推广运用。
【参考文献】
[1]邱军，王楚迪.电力系统无功功率补偿技术发展研究[J].电气开关，2015，01：49-53.
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[4]高长伟，王华梁，律德财，郑伟强.高可靠性智能低压无功补偿装置设计[J].电器与能效管理技术，2015，03：27-30+34.
【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：
[1]任元会，卞铠生，姚家袢，等.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005.
[2]王兆安，杨君.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2005.
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1.引言
某110KV变电所一台50MVA 110kV/10kV主变，10KV母线电压因所带棒材、高速线材精炼炉等负荷，在生产时出现电压忽高忽现象，虽说各分厂都有无功补偿FC装置，但功率因数为0.87，且存在谐波超标，为了提高功率因数，防止电压波动大经常使电机过压或低压跳闸，严重影响生产及对用户自身和其他用户造成了严重的危害，必须按照电能质量有关标准进行限定，采取综合治理措施。
2.静止型动态无功补偿Static Var Compen-
sator（简称SVC）装置
针对存在问题，利用现有的FC装置，决定上一套SVC，经过综合分析，决定采用技术成熟，性价比高的静止型动态无功补偿TCR+FC（SVC）装置对谐波等进行治理及兼顾无功补偿。
2.1 SVC一次主接线的配置
高线10kV一套FC滤波器，含3、5、7单调谐和11次二阶高通滤波支路;棒材FC滤波器含5、7单调谐和11次二阶高通滤波支路;精炼炉有一套滤波器，含3次二阶高通滤波支路;由于功率因数不够，根据计算需新增一套滤波器，含5、7单调谐滤波支路。根据以上配置SVC，其一次原理主接线如图1所示。
图1 SVC一次主接线
2.2 SVC容量的选择
2.2.1 TCR主电抗器的容量
TCR容量的计算主要以满足110kV和10kV母线电压波动为主，欲将110kV母线电压波动改善至1.5%以下，并考虑一定裕度后TCR容量取22Mvar。晶闸管阀采用进口晶闸管单元串联而成，每臂阀组都有相应的阻容吸收回路，均压回路，晶闸管换向过电压保护电路及晶闸管击穿保护，晶闸管触发采用光电触发。TCR主电抗器选用干式、空心、铝导线三相额定容量：22Mvar，户内安装。
2.2.2 滤波补偿容量的计算
110kV侧现有负荷有功功率33MW，最高负荷38MW。投入高线和棒材滤波器后功率因数0.87，如果110KV变所功率因数要求不低于0.93，需再补偿无功功率4644kvar。故新增5、7次滤波支路滤波器的基波补偿容量应大于4644kvar。现有高线和棒材两套滤波器总安装容量24216kvar，总基波无16004kvar;精练炉滤波器安装容量3006kvar，基波无功1952kvar。新增滤波器安装容量7200kvar，基波无功4653kvar。故滤波器总安装容量34422kvar，总基波无功22609kvar，见图1所示。
3.安装SVC装置前后110KV考核点电能质量各项指标对比
以下数据均采用FLUKE 1760仪表的测试结果：
3.1 不采取SVC补偿措施
3.1.1 谐波电流
未补偿时5、7、11、13次谐波均超标，见表1。
3.1.2 谐波电压
根据实际测试结果，110kV母线电压总谐波畸变率3.81%，超过国家标准限值2%。
3.1.3 电压波动
由测试结果可知，110kV母线15：33分的相电压有效值由65.331kV降到64.231kV，电压波动高达1.68%，超过1.5%的国家标准，由于测试时只有棒材生产，如果棒材、高线同时生产，再加上精练炉因经常倒钢水而需频繁开停炉，110kV母线电压波动将超过3%，严重国家标准。电压波动大将降低机电设备的运行水平、降低设备寿命、降低输入负载的有功功率、导致控制设备（如直流调速设备）过压或低压跳闸，严重影响正常生产和设备出力。
3.1.4 功率因数
功率因数0.87小于0.9，因功率因数低罚款，直接影响企业的经济效益。
3.2 投入SVC后
3.2.1 谐波电流
根据测试结果，补偿后5、7、11、13次谐波均不超国标，见表1。
3.2.2 谐波电压
110kV母线电压总谐波畸变率由3.81%降为0.293%，满足2%的国家标准限值。
3.2.3 功率因数
投入所有滤波器时，能保证SVC投入运行后在110kV侧有功功率（38MW）为较大情况下将110kV功率因数提高到0.93左右。由于38MW为较大情况下的有功功率，而实际运行时，110kV侧有功功率会波动，当110kV侧有功功率小于38MW时，SVC能将功率因数提高到大大超过0.93，故实际运行中，110kV侧月平均功率因数能达到0.94左右。由罚变为奖励。
3.3 采取补偿措施前后对比
通过仪器进行测量，110进线（供电部门考核点的电能质量指标-谐波含量如表1所示。
表1
谐波次数 基准短路量为750MV时国标110kV允许值 110kV侧考核点允许值（经过换算后） 补偿前实际
测量值 补偿后实际测量值
3 9.6 6.33 4.98 4.32
5 9.6 6.98 31.11 1.99
7 6.8 5.76 16.16 0.67
11 4.3 4.46 20.73 0.58
13 3.7 3.98 14.49 1.56
4.结束语
经对变电所供电系统的谐波测试分析得出结论如下：
4.1 不采取措施时，变电所负荷将对供电系统电能质量产生严重干扰：
4.1.1 不采取措施时注入110kV系统的5次、7次、11次和13次谐波电流将严重超标;110kV母线电压总谐波畸变率3.81%，超过国家标准限值2%。
4.1.2 功率因数很低，如果不采取补偿，将会支付大笔的附加电费。
4.1.3 由测试结果可知，110kV母线电压波动高达1.68-3%，超过1.5%的国家标准。这么大的电压波动将降低机电设备的运行水平、降低设备寿命、降低输入负载的有功功率、导致控制设备（如直流调速设备）过压或低压跳闸，严重影响正常生产和设备出力。因此，必须采取很好的治理补偿措施。
4.2 SVC投运后，将对变电所供电系统电能质量干扰抑制到一个较低的水平：
4.2.1 当负荷正常生产、SVC投入时，滤波器对谐波吸收效果显著，注入110kV系统的5次、7次、11次和13次谐波电流都被限制在国标允许值以内;110kV母线电压总谐波畸变率由3.81%降为0.293%，满足2%的国家标准限值。
4.2.2 SVC能将110kV侧平均功率因数提高到0.93以上，满足要求。
关键词： 静态；无功；自动补偿；应用
中图分类号O657.32 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）52-0094-02
《煤矿安全规程》中要求,矿井用电负荷的功率因数(包括主变压器在内)在变电所一相母线上应达到0.9以上。而中国平煤神马集团二矿（以下简称二矿）三水平进风井设有6kV变电所虽然安装了静态固定式电容补偿柜，但是用电负荷的功率因数确未达到要求。通过技术改造把原有的固定式补偿柜改造成SVC静态无功自动补偿装置。改造后功率因数有了明显的提高，同时节约了大量的电力能源，得到了明显的效果。
1 影响功率因数的主要因素
一般系统负荷的功率因数约为0.6~0.9。当系统频率一定时，负荷功率（包括有功和无功功率）随电压而变化的关系称为负荷的静态电压特性。由于电力系统的负荷中异步电动机占较大的比重，而且，异步电动机消耗无功功率较多，可以说，系统中大量的无功负荷是异步电动机，因此，电力系统综合负荷的无功-电压特性曲线的特点是（如图1所示）：
图1
从图1可以看出，系统综合负荷的无功电压特性曲线的特点是：以负荷的无功功率又与其端电压直接相关。随端电压的升高负荷的无功功率增加，端电压降低负荷无功功率则减小。当电压略低于额定值时，无功功率随电压下降较为明显；当电压下降幅度较大时，无功功率减小的程度逐渐变小。
从现场来看影响功率因数不稳定的因素主要有：
1）负荷为交流传动设备。如主提升绞车、通风机、空气压缩机及动力设施采用交流传动设备。绞车属重载起动，无功冲击较大，并伴随大量整数倍和非整数倍的谐波电流产生，功率因数低，电压波动大，给电网供电产生如下问题：无功冲击引起的电压波动。谐波电流流入系统使用电设备发热，设备运行可靠性降低。功率因数低，加大生产成本；
2）供电电压的影响 当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长很快，据分析统计，供电电压为额定值的110％时，无功功率将增加35％左右。而供电电压低于额定值时，无功功率反而相喧减少而使功率因数有所提高。
2 补偿方案的选择
1）要想得到理想的补偿效果，首先要确定合理的补偿方式。目前常见的补偿方法有传统的固定式电容器组人工插拔熔断器控制补偿容量法;单台设备随机就地电容补偿法和集中电容器自动补偿法。其中传统补偿方法简单，但补偿精度低，危险性大，易造成在用电低谷时过补，以及在用电设备发生变更时电容器组与系统不再匹配，并可能抬高电网电压至危险值，受人为因素影响太多；
2）根据提升机动作速度较快，并且动作周期较短这一原因，我们选用MCR型SVC静态无功自动偿装置是利用磁控电抗器来解决了此问题。MCR型SVC静态无功自动偿设备动作时间小于20ms，完全可以满足提升机的补偿速度。补偿容量为常态容量80%即可将功率因数提升至0.9以上，它将固定补偿的电容器组分成若干组，可根据系统无功功率、功率因数以及电网电压高低自动投切一定数量的电容器组。
3 磁控电抗器补偿原理
1）高压无功快速无级自动补偿成套装置采用固定电容器配合磁控式电抗器的方式，当系统无功过剩时，固定补偿电容器发出的容性无功由电抗器吸收；当缺乏无功时，电抗器容量减小，由补偿电容提供容性无功。磁控式电抗器控制装置实时测量计算系统有功功率、无功功率、功率因数和母线电压，并调整电抗器的输出容量，使系统在保证母线电压合格的条件下，无功最小
2）磁控电抗器特点
MCR型磁控电抗器是通过直流偏磁改变铁芯电抗器铁芯的磁导率来实现电感可调的，它与固定电容器配合、自动控制器等构成动态无功补偿系统，达到无功补偿容量无级调节，使无功补偿效果达到最佳。
提高电网功率因数，可以使功率因数达到0.9~0.99的要求；并降低网损和无功损耗，节能省电，适用于电力系统庞大网损非常严重的用户。
消除谐波污染，提高电网系统安全系数，提高电网的电压稳定能力和输电线传输能力。
稳定端点电压，提高变压器与输电线以及其他电器设备的寿命。
4该补偿装置性能
1）耐受短路电流能力；
2）主回路中的电器设备，连接线及机械结构在耐受短路电流和电容器内部极间短路放电电流的作用而不产生热的和机械的损伤及明显变形；
3）过负荷能力；
4）稳态过电流：装置能在方均根据值不超过1.1*1.30In的电流连续运行；
5）装置能将投入电容器组时产生的涌流限制在电容器组允许范围内；
6）稳态过电压：装置的连续运行电压为1.05UN下表现规定的稳态电压下运行相应的时间。
5 SVC静态无功自动补偿装置的优点
提高电压质量；电压质量的好坏直接关系电气设备的安全运行.提升机直流系统向电网注入谐波电流,使电压正弦波形发生畸变,并引起晶闸管电路触发不同步,电动机力矩不稳,电网谐振等事故，提升机等大功率负载频繁起动,无功冲击导致电网电压产生波动,对井上下电器设备产生干扰。减少损耗，提高变压器利用率；
在未投动补滤波装置时，电网自然功率因数很低，负载所需的有功功率和无功功率均由电网提供，使变压器和电网线路的损耗增加，同时带负荷能力降低。投入动补滤波装置后，电网和主变压器仅传输有功功率，可提高效率，减少损耗。
调控运行，防止过补；以往在地面变电所设计中，通常在6kV母线并接电容器组，对电网进行固定式补偿。由于提升机为短时循环工作制的负载，一个提升机循环分为加速、等速、减速和休止几个工作状态，各阶段所需功率均不同，而电容器组只能输出恒定无功功率，造成有时无功不够，有时过补现象。采用 TCR 动态补偿，可根据负载无功的变化进行动态补偿，使电网始终处于最佳状态。
6 应用情况及效益分析
年功率因数节省电费根据近3个月电费清单计算，变电所月平均电量66.2559万kW・h。变电所的变压器总安装容量为2 640kVA，有功电度单价为0.67536元/kW・h。为此变电所月电量电费为：月电量电费=有功电度电价×月平均电量=0.67536元/kW・h×66.2559万kW・h=44.746584万元，煤矿变电所功率因数按0.59计，按规定无功功率调整费率（即无功罚款率）为5％。故每月功率因数调整费用为：月功率因数调整费用=月电量电费×无功调整费率=571 696.6×5％=2 8584.83元。磁控电抗器型动态无功补偿装置投运后，功率因数达0.94以上，奖励率为0.75％，故每月奖励为：月功率因数奖励费用=月电量电费×功率因数奖励率=571 696.6×0.75％=42 877.25元。
因此每月可节省该项电费为：月功率因数节省电费=月功率因数调整费用+月功率因数奖励费用=71 462.08元每年可节省该项电费为：年功率因数节省电费=月功率因数节省电费×12月=857 544.96元
7 结论
经过使用，改造装置自动化水平高，补偿效果满意，补偿后功率因数达到0.90以上。系统的电压稳定，谐波引起的电缆和电机发热等问题得到有效解决，从而增加了变压器和输、配电线路的有效容量，提高了设备的运行可靠性，减少了设备维护周期和运行成本，减少了功率因数调整电费的支出，具有良好的技术经济效益，在二矿三水平进风井变电所系统中，达到了预期的效果。
参考文献
【关键词】无功补偿；数学分析；功率因数
随着现代化矿井快速发展，井下机械化程度不断提升，大功率电机大量使用，普遍应用电子元件产品，各种感性负荷及用电设备与地面电网供电电源之间必然循环着大量无功功率，同时产生各类谐波，造成井下供电质量恶化和电费严重浪费，直接影响井下电网及用电设备正常运行。
一、无功补偿的节电原理
1.作图法（几何法）。利用电容电流超前电感电流180°的原理（即二者方向相反），与电器（电动机或变压器）并补相应量的电容器，使无功电流大大降低，随之工作电流也相应降低很多，而有功功率依然保持不变，而功率损耗却大大下降，最多可达60%～70%。
由上图可见，有功功率输出不变，而工作电流却降低很多，则节电。
2.解析式发（代数法）。由P=√3 I Ucosφ得I=P/√3U
cosφ即I∝1/cosφ（式1），又因P损=I2 RP损∝I2，将（式1）代入上式中得：P损∝1/cos2φ。即功率损耗与功率因数的平方成反比。由此可见，在低压配电线路里，提高功率因数来降低损耗节电效果十分显著。
二、WBB系列矿用隔爆型动态无功补偿装置综合经济效益分析
1.供电系统。6KV高压从地面送到采取变电所。采区变电所分别送出三路负荷，二路将6KV高压送往综采工作面移动变电站，距离2000m，另一路送往综采工作面运输巷机头配电点，距离800m，电缆均为ZQ3×50mm2。工作面移动变电站安装有两台1250KVA变压器，1号变压器负荷有采煤机、转载机、破碎机共970KW；2号变压器负荷有运输机、液泵、水泵共
935KW；皮带机头配电点干变容量为800KVA，负荷2×315皮带运输机。3台变压器二次侧电压准为1140V，要求功率因数由0.65经补偿后达到0.96。
2.补偿前后电流计算（按额定功率60%计算）。变压器一、二次侧补偿前电流计算：公式：I=P/√3Ucosφ，1#、I2=582/
1.732×1140×0.65=453A，I1=453/5=91A；2#、I2=561/1.732×
1140×0.65=437A，I1=437/5=87A；3#、I2=378/1.732×1140×
0.65=295A，I1=295/5=59A。变压器一、二次侧补偿后电流计算：1#、I2=582/1.732×1140×0.96=307A，I1=307/5=61A；2#、I2=561/
1.732×1140×0.96=296A，I1=296/5=59A；3#、I2=378/1.732×
1140×0.96=199A，I1=199/5=39A。
3.补偿后减少的供电线路功率损耗计算：公式：P=3
（I2-I2）∑R，从移动变电站到采区变电所：1#、P=3（912-612）×
0.858=11.74KW；2#、P=3（872-592）×0.858=10.52KW；3#、P=3（592-392）×0.858=5.05KW。从采区变电所到地面变电站：P=3×﹛﹙91+87+59﹚2-﹙61+59+39﹚2﹜×0.895=83KW，P线总
=11.74+10.52+5.05+83=110.3KW。
4.补偿后，减少的变压器功率损耗计算：公式P变=
（P/S）2（1/cos2φ1-1/cos2φ2）（PK+λQK），（其中：PK=有功功率损耗，QK=无功功率损耗，UK=变压器短路电压百分数，具体值查阅煤矿电工手册），若变压器额定容量为1250KVA时：则QK=UK%SN×102=81.25（KVar），若变压器额定容量为
800KVA时：则QK=UK%SN×102=48（KVar），1#、P1=（680/1250）2（1/0.652-1/0.962）（7.2+8.13）=5.82KW；2#、P2=（660/1250）2（1/0.652-1/0.962）（7.2+8.13）=5.48KW；3#、P3=（440/800）2（1/0.652-1/0.962）（6+4.8）=4.19KW，P变总=5.82+5.48+
4.19=15.5 KW，注：P—取额定功率的70%；λ—无功经济当量。
5.节省电能经济效益计算：全系统补偿后节约为：P总=P线总+P变总=110.3+15.5=125.8 KW，全年节约用电量为：
125.8 KW×20/天×350/年=88060 KWh，全年共节省资金约：
88060 KWh×0.5元/KWh=440300元。
三、应用无功补偿装置的意义
（1）降低无功损耗，减少电能浪费。采用补偿后，系统功率因数提高，使变压器及供电线路中电流下降，降低了无功损耗，达到节能降耗的目的。（2）提高功率因数。用容性无功电流就近实时抵消负荷产生的无功电流，达到提高井下供电系统功率因数的目的。（3）治理谐波，净化井下电网。各补偿支路具备限制涌流，治理谐波的功能，达到装置内电器元件安全运行和净化井下电网的目的。（4）提高了供电系统的利用率。井下用电设备与地面电源之间存在大量往复的无功功率，这些无功功率必然占用供电系统许多容量，造成供电线路带负荷能力下降，井下变压器容量下降，各级控制开关戴载能力下降加装无功补偿后，使井下变压器实在功率接近于有功功率，有效提高了视在功率利用率，供电线路及各级控制开关因减少了无功电流，大大提高了承载能力。
参 考 文 献
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关键词：无功补偿、静态补偿、动态补偿、采样电流
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
在我国现有的电网中，电量运行时会产生多数的感性负荷，不但使得有用功率被消耗，还造成少量的无功功率的浪费。降低了功率因素，随之而来的电网消耗无功增多，加大了线路的损耗程度。
无功补偿可以提高电网的供电质量，使电力系统无功功率处于平衡状态，减小线路的损耗。因此，为了能确保提高电压的稳定性及电力系统的电压水平、这就要求我们对无功补偿进行合理的选择。另外，对无功补偿进行合理选择的另一好处就是能避免大量无功的远距离传输，使得有功损耗一定程度上有所降低，进而提高了设备的使用效率。
二、无功补偿的几种分类
从工作特性上对无功补偿进行分类可分为两种：动态补偿和静态补偿。动态补偿是根据可控硅对电容器的切除及投入进行控制。动态补偿的控制过程是选择电路上的电压和电容器上的电压相等时进行投入及切除操作，由于此时流经电容器及可控硅的电流基本为零，这样做可以有效避免涌流的产生，对电弧和噪音的避免也有一定效果。在无功补偿中采用可控硅进行控制，使得电容器不需要放电就能够重新投入使用，而动态响应时间基本上控制在20ms以内（一个周期），因此动态补偿适用于能够实现快速、准确地自动跟踪补偿装置之中。
而静态补偿主要是采用机械式接触器投切电容器组，其适用范围主要是一些对负载变化要求比较小的场合。
近期有的厂家新研制出了模块化低压智能补偿装置，使低压无功补偿更简单化、标准化。模块化结构即电子电路集成化，将采样、控制、投切、保护和电容等元件集成在标准模块内，刀开关下只有模块(将以往的控制器、接触器、继电器、电容、熔断器等都取消了)。装置投入后，当欠补时，补偿容量可随时调整，当三相不平衡时可分补，补偿方式可根据负载的变化进行调整。补偿方式更加灵活，可满足不同客户要求。
与动态补偿相比，静态补偿因为其投入成本小，其应用普及程度已经在广大用户中产生了很好的效果。
三、无功补偿方式的选择
无功补偿按性质分为三相电容自动补偿、分相电容自动补偿和三相混合补偿方式。
三相电容自动补偿适用于三相负载平衡的供配电系统。因三相回路平衡，回路中无功电流相同，所以在补偿时，调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相即可，三相回路同时投切、可以同时保证三相电压的质量。三相电容自动补偿适用于有大量的三相用电设备的厂矿企业中，是目前应用最广泛的方式。
对于三相不平衡的用电系统，必须采用分相电容自动补偿或三相混合补偿方式。在民用中大量使用的是单相负荷，照明、空调等设备由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负荷的严重不平衡。尤其是在住宅楼的供电系统中，三相不平衡更为严重。分相补偿调节无功功率的采样电流信号分别取自三相中的每一相，根据每一相感性负载的大小和功率的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。因此其补偿方式适用于对于存在有大量使用单相用电负载的场合、并且容易产生三相不平衡的用电单位，如住宅小区、宾馆、饭店、大型商场等民用建筑的配电系统中。
四、低压电容柜的配置方案及元器件的选择
低压电容柜的配置方案可分为静态补偿方案与动态补偿方案。此两种补偿方案只有在分支回路上有所区别，在每个柜中的主要元器件的选择则相同。
1、主要元件的配置(电容柜中必不可少的元件)
(1)主开关的选择：主开关一般采用刀熔开关，其容量的选择为不应小于电容器组额定电流的1．43倍并不宜大于额定电流的1．55倍。
(2)避雷器：应选用无间隙金属氧化物避雷器。
(3)功率补偿控制器：常用的控制回路数有4，6，8，10，12不等。
(4)低压电容器：采用自愈式低压并联电容器，电容器内装放电电阻，能使电容器在断开电源3min内，剩余电压从x/2u降至50V以下，确保操作安全，额定电压可分为400V、450V、525V及690V等。
(5)另外电容柜还必须具有电流表，功率因素表，投入和切除信号指示(指示灯)，电压表(可选)及手动转换开关(可选)。
2、分回路的配置方案
（1）静态补偿方案的配置
①保护器件建议选用半导体专用的快速熔断器，熔断器熔芯的额定电流按1．75In选择(In电容器的额定电流)。现在许多地方改用微型断路器作为保护器件，那么其选择应不小于其控制的电容器组电流的1．35倍，应选1．5倍为宜。
②切换电容器用接触器：基本采用CJ19系列，接触器本身带有抑制涌流装置，能有效地减小合闸涌流对电容器的冲击和抑制开断时的过电压。
③热继电器：JR36系列为经常采用的保护器件，其选择是电容器额定电流的1．35倍。
（2）动态补偿方案的配置
①保护器件：与静态补偿方案的配置相同。
②切换电容器用：电容补偿投切开关或动态无功补偿投切调节器。
③随着电力电子技术的广泛应用和发展，供电系统中增加了大量的非线性负荷，如低压小容量家用电器和大容量的工业用整流设备、变频设备，这些非线性负荷的工作会使电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网中有谐波产生，影响补偿装置的正常工作，则在电容器回路中必须串接电抗器，这样才能够抑制高次谐波和限制电容器的合闸涌流，保护电容器组正常运行，提高设备运行的可靠性。其电抗器额定容量大多数情况下取电容器组容量的2％ 以上就行，如果系统存在3次、5次谐波最好选用6％ ～7％。
五、补偿方案中应重点注意采样电流的选择
无功自动补偿投切装置工作原理是：装置采集电网中电流、电压，并对其大小、相位进行比较，决定是否投切电容器。
采样电流互感器必须安装在进线柜，也就是此互感器上的电流应能反映电容柜所要补偿的整个线路的负载的变化情况。正常用电中补偿装置电压一经确定，一般不会变化，变化的主要是电流，而此电流选用是否得当，会影响电容补偿装置的正确工作。另外，采样电流互感器所接的相位还必须和电容投切补偿装置所采用的电压相位相配合。这样才能保证装置采集到正确的比对信号，根据负载的实际情况决定是否投切电容器，才能有效地提高负载的功率因数。
六、结语
综上所述，低压无功补偿虽好但也不要过补偿，如果过补偿，会造成电容在电网上的补偿电压过高、补偿回路的电流也增大，线路及断路器等设备由于电压偏高、电流的增加而导致发热被烧坏。通过实例验证表明，在低压线路装设无功补偿设备后，电压质量明显改善，设备利用率大大提高，线路损耗明显减小，经济效益得到了显著的提高。
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Abstract： Catenary is the main source of power for high-speed railway train， whose output voltage is the key to ensure the normal operation of the high-speed railway. It is necessary to take reactive compensation to offset the reactive power in catenary system， to ensure catenary voltage maintain in accordance with the requirements of the electric locomotive running range， so as to guarantee the safe and stable operation of high speed railway. Reactive compensation voltage regulation is a kind of effective way of railway catenary voltage adjustment， which can keep system voltage stable. This article first simply analyzes the reactive power load characteristic of catenary， analyzes the catenary reactive compensation method and application in China， and then analyzes the application effect of dynamic reactive power compensation equipment， in order to provide reference for catenary reactive compensation work.
关键词： 无功补偿；调压技术；牵引供电系统；接触网
Key words： reactive power compensation；voltage regulating technology；traction power supply system；catenary
中图分类号：TD612 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）01-0128-03
0 引言
接触网是电气化铁路的重要组成部分，为电力机车的运行提供电能，同时其作为连接电力机车的架空设备，工作环境较为恶劣，同时也是电气化铁路系统中的薄弱环节。现在我国运行的电力机车大多是运用晶闸管进行相控整流的交―直型晶闸管相控机车，其在运行的过程中单相负荷脉冲大，容易引起接触网的功率大幅度的降低，同时由于其线性差对接触网造成谐波干扰，这些变化均会造成接触网电压发生变化，影响机车的正常运行，因此需要采取合理、有效的功率补偿措施对接触网进行调压，实现接触网电压的稳定。
1 接触网无功负荷特性
通常牵引变电站接收供电网提供的110kV的交流电，经过变电站变压器的降压，使其成为27.5kV的交流电，然后通过接触网为电力机车提供电能，牵引变电站、接触网、电力机车、钢轨就形成了一个系统的牵引供配电系统，如图1所示。
在电力机车正常运行过程中，接触网入口段的电压应该为电力机车正常运行的电压，而电力机车功率因数以及接触网、牵引变压器阻抗则是影响牵引供电系统无功功率的主要因素。当接触网和牵引变压器的阻抗带电运行时，牵引供电系统中的电流则通过牵引变压器的接触线产生无功功率和有功功率，从而导致电力机车运行点电压发生变化。设U1为接触网进线端电压，U21和U22分别为不同负荷电流I1，I2时电力机车与接触网相接点的电压，以U1为参考方向，做向量图（如图2）可知，在不同负荷电流影响下，电力机车消耗的无功功率造成接触网电压发生较大的变化，致使接触网电压不稳定，影响电力机车的正常运行。
2 接触网无功补偿方法
无功功率是电气设备使用中常见的物理量，无功功率的存在是电气设备周围产生磁场的主要原因。同时，无功功率是电力系统的电压重要组成部分，为其提供有力的支撑，是造成电源与负荷之间电压降落的主要原因，决定着电力系统的电压高低，因此要对电力系统的电压进行调节就必须采取措施保证体统内部无功功率的平衡。
2.1 无功平衡与电压的关系
在一个完整的电力系统中，异步电动机是系统中主要的感性负载。通常情况下电力系统中的无功功率平衡时，电源的无功特性曲线会与负荷电压的无功特性曲线相交，形成一个平衡的电压点，如果线路出现空载的现象，系统负荷电压无功功率下降，为了达到无功功率平衡，会形成一个新的无功功率平衡电压点，而此平衡点电压较前者低。线路空载造成系统的容性无功功率过剩，而系统内的感性无功功率较低，无法达到无功功率的平衡，因此只有将电压升高来达到无功功率的平衡。当系统中的无功补偿装置配备充足的话，线路空载时会使系统的电源无功功率曲线下降，与负荷电压无功功率曲线形成新的平衡电压点，而此电压点与初平衡点相近，使平衡电压接近电气设备的工作电压，当系统内的补偿装置设置合理时，就会使系统的电源无功功率与负荷无功功率相平衡，且电压水平向当。如图3所示。
2.2 无功补偿调压常用的装置
并联电抗器，是通过自身的感性阻抗增加系统的感性无功功率，与电容电流过大引起的容性阻抗相抵消的补偿装置，在铁路牵引网供配电系统中应用较多。静止无功补偿器（SVC），是一种能够根据系统发生变化的无功功率吸收或发生装置，属于动态的无功功率补偿。静止无功发生器（SVG），是一种并联在系统上，进行无功功率吸收和发生的进行无功功率补偿的。其中并联电抗器由于结构简单、造作方便等特点，广泛应用于牵引供电系统接触网中，但是并联电抗器的容量是一般是固定的，不可进行调节。与SVC相比较，SVG具有响应时间短、谐波特性好、补偿效果好等优点，SVC在使用的过程中会产生谐波，在使用的过程中需要配合滤波器，SVG则属于电流源型的，在使用中会产生可抵消负载电流谐波的成分，同时其输出容量和母线电压呈线性关系，可有效的进行无功功率的补偿，保证系统无功功率的平衡。
3 动态无功补偿装置在接触网调压中的应用
3.1 静态无功发生器（SVG）
作为动力机车电能来源的牵引供电系统存在三相电压不平衡的状态，这种不平衡的状态会导致各相电压幅值发生变化，但是对各相电压的相位不会产生影响。当接触网系统中采用SVG进行动态补偿时，SVG可有效的输出或者吸收感性无功功率，从而降低系统的容性无功功率，有效的改善牵引供电系统负荷不平衡特性，从而大大提高牵引变压器的容量利用率。同时，在采用并联电容进行无功固定补偿方案中，使用SVG可以实现无功补偿容量的平滑调节、连续调节，从而减小SVG的容量，提高设备的利用率。
3.2 TCR型SVC静态补偿装置
TCR型SVC静态补偿装置具有响应时间短、无功输出调节平滑等优点，是应用较为广泛的动态无功补偿装置。其主要由双向导通晶闸管、固定电抗器、LC滤波器等部分组成，通过对双向导通晶闸管导通角的控制，控制接触网系统中的容性无功电流，从而保证接触网系统中的无功功率平衡，稳定功率因素，从而实现对接触网电压的调节。当TCR型SVC静态补偿装置接入接触网系统中时，系统的无功功率为：QN=QV-QC+QTCR（1）
式中，QN为接触网系统的总无功功率，QV为系统中的负载无功功率，QC为系统容性无功功率，QTCR为动态无功补偿装置输出的无功功率。
由式（1）可知，系统的无功功率的变化与QTCR和QV有关，因此在实际的应用中只要保证动态补偿装置输出的无功功率与负载无功功率相平衡即可。同时TCR型SVC动态补偿装置中的LC滤波电路可有效的将产生的谐波去除，减少接触网系统的谐波干扰。TCR型SVC补偿装置中双向导管晶闸管是负责调节输出无功功率主要元件，其工作原理图如图4所示，即通过控制两个双向导通晶闸管可实现对电抗器电流i的调节，改变系统中容性电流，调节无功功率。
其中Pmax是接触网系统牵引负荷的实际最大有功率，Imax是牵引变电所馈线的最大电流，U0为牵引变电所母线电压，？渍为功率因数。
TCR型动态无功补偿装置的应用可以有效的减少接触网电压发生波动的概率，保持电压的稳定，同时可有效的提高系统的功率因数，其中的LC滤波可有效的消除接触网中的谐波干扰，使接触网电能输出质量满足电力机车的需求。
4 动态无功补偿装置在接触网中的使用效果
由动态无功补偿投运前的图5和 动态无功补偿投运后的图的6对比可知：电力机车在运行的过程中单相脉冲负荷线性差、波动性大造成牵引供电系统接触网的功率因数降低，系统功率因数在0～1之间频繁波动，且平均功率因数极低；动态无功补偿投运后动态无功补偿装置具快速响应、根据负荷变化无功平滑输出调节，使系统功率因数稳定保持在0.99以上，极大的提高了系统的功率因数。
由动态无功补偿投运前的图7和 动态无功补偿投运后的图的8对比可知：电力机车在运行的过程中单相脉冲负荷线性差、波动性大造成牵引供电系统接触网的系统电压在25kV～30kV之间剧烈波动，影响机车的正常运行；动态无功补偿投运后动态无功补偿装置具快速响应、根据负荷变化无功平滑输出调节，使系统电压在27.5kV～28.5kV之间平稳波动，保证了系统电压的稳定，从而保证电力机车的安全、可靠运行。
5 结论
无功补偿装置平衡系统的无功功率，控制电缆末端的电压大小，是一种有效的调节铁路接触网电压的方式，提高供电系统接触网电压的可靠性，保证接触网电压保持在符合电力机车运行要求的范围内，从而保证高速铁路的安全，实现列车安全的运行。动态无功补偿装置可以快速精准平衡系统的无功功率，保证系统电压的稳定，值得大面积推广应用。
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