经验 造成电网的不稳定。并需支出较大的无功费用。对机车 负荷功率因数低的问题，一般的解决办法是在牵引变电 所采用固定电容器补偿，即每段母线上挂密集型电力电 容器一台，用于补偿机车的无功功率，提高牵引变电所 ４静止型动态无功补偿器（ＳＶＣ）的技术 原理 ４．１直挂式动补的组成结构 电铁ＴＣＲ型直挂式动补部分由固定电容补偿部分（一 般采用滤波器ＦＣ）和可调并联相控电抗器部分ＴＣＲ组成。 的功率因数。由于电力部门目前对无功功率的计量采用 “反转正记”的原则，即：当该区段内有机车运行时，电 容器补偿无功，起到了提高功率因数的作用；当该区段 ＦＣ部分产生恒定的容性无功Ｑｃ，ＴＣＲ产生连续可变的感 性无功ＱＴＣＲ，则进线变压器提供的无功ＱＮ为：ＱＮ＝ＱＶ— ＱＣ＋ＱＴＣＲ。因此，调节ＱＴＣＲ就可达到使ＱＮ≤某一给出 值，甚至可使ＱＮ＝０，即从理论上使功率因数达到１。电铁 动补基本组成如图２所示。 内没有机车运行时．电容器的无功反送给电网，又降低 了功率因数，导致牵引变电所装设电容器对提高功率因 数几乎不起作用．尤其在负荷率低的时期，这种现象更 为明显［ 。 因此，长期以来，铁路系统内外一直都在寻找一种能 够提高功率因数、改善电网质量并降低运营成本的有效方 法和途径。 ３技术方案设计 用２７．５ｋＶ直挂式晶闸管相控电抗器（ＴＣＲ）型动态无 功补偿方式（以下简称“直挂式ＴＣＲ型动补”）。根据其补 偿原理设备由ＴＣＲ（晶闸管相控电抗器）＋ＦＣ（滤波器） 两部分组成。 （１）运行电压 牵引变电所一次电压１１０ｋＶ．二次侧额定电压 ２７．５ｋＶ，最高电压３１ｋＶ，最低电压１９ｋＶ。 （２）补偿后功率因数 牵引变电所功率因数达到Ｏ．９４以上（期望值Ｏ．９６以 上）。 晶闸管相控电抗器ｔ＇ＴＣＲ】 图２ 电铁动补基本组成 图２中，电力机车负荷为感性负荷，其负荷是可变 ３．１系统背景 此变电所内为２台３１５００ｋＶ・Ａ牵引变压器固定备用。 牵引变电站的每相有功负荷数为６ＯＯＯｋＷ．无功负荷为 ４８００ｋｖａｒ。所内既有并联电容补偿两台，分别挂在 ２７．５ｋＶ・Ａ、Ｂ相母线上，在不投入运行时功率因数为Ｏ．７４ 左右，当投入单台补偿装置运行时处于补偿状态，功率因 数为０．６５左右。两台都投入时功率因数更低，仅有０．４～ Ｏ．５左右．无法满足频繁变化的牵引负荷对无功补偿和列 车提速的要求－４¨。 的，有功为ＰＶ，无功为ＱＶ。 ４．２控制系统设计方案 静止型动态无功补偿装置（ＳＶＣ）是并联连接的静止 发生器或吸收器。其输出是随电力系统特定的控制参数而 变化的。 “静止”是指ＳＶＣ没有运动或旋转主元件，这与 同步调相机不同。因此ＳＶＣ包含了静止无功发生器 （ＳＶＧ）或吸收器以及适当的控制装嚣通过调节ＴＣＲ和 ＴＳＣ．静止无功补偿器（ＳＶＣ）以各种方式用来改善电力 系统性能。通过迅速控制其无功功率输出，ＳＶＣ调节系统 电压，改善暂态稳定，增加输电容量，减少瞬时过电压， ３．２系统方案 根据电铁单相供电特殊性，补偿方案采用单相补偿， 即Ａ、Ｂ每相母线各安装一套ＴＣＲ型直挂式动补，容量规 格相同，以分别对Ａ、Ｂ两相母线进行实时动态补偿。该 两套ＴＣＲ型直挂式动补装置的作用是将电铁每相母线的功 率因数提高到０．９４以上，其次是稳定电网电压。ＴＣＲ型直 增加系统振荡的阻尼和阻尼次同步谐振．使整个装置无功 输出呈连续变化，静态和动态地使电压保持在一定范围 内，提高系统的稳定性。ＳＶＣ控制系统框图如图３所示， 控制系统原理图如图４所示。 挂式动补具体参数如下。 （１）相控电抗器ＴＣＲ 直挂电网：２７．５ｋＶ： 相控电抗器额定功率：３６０ｏｋＶ・Ａｘ２： 晶闸管阀额定电流：２００Ａ。 （２）滤波器 电容量总安装容量：４４８０ｋｖａｒ￣２。 图３ ＳＶＣ控制系统框图 ＡＢ ． 交流 带来的损耗，带来直接经济效益；同时，可为供电系统提 供动态无功支撑，提高供电系统的安全稳定性［７ ３。 （５）ＳＶＣ可以增强供电系统阻尼特性 。输电线路的 输送容量受到多个因素的制约，如热稳定极限、静态稳定 极限、暂态稳定极限和系统阻尼。因此，为了保证稳定且 无震荡的功率输送，加强系统的电气阻尼是非常必要的。 综上所述，ＳＶＣ能够解决电压稳定和功率因数提高的 问题 ，同时起到能够治理谐波、三相不平衡以及平衡瞬 时无功和提高供电系统系统阻尼等几个方面的作用。 ６技术经济性分析 ６．１装置的特点和优点 图４ ＳＶＣ控制系统原理网 （１）可解决牵引供电系统的功率因数补偿、电压波动 抑制、谐波治理等问题 ］： ５静止型动态无功补偿器（ＳＶＣ）的作用 （２）装置可平滑调节无功的输 ； 静止无功补偿器（ＳＶＣ）作为一项成熟技术，已广泛 （３）动态补偿调节时，设备动作响应时间＜４０ｍｓ； 应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿。在大功 （４）装置在２７．５ｋＶ侧直接挂网，不需降压设备，故 率电网中，ＳＶＣ被用于电压控制或用于获得其它效益。如 自身损耗小： 提高系统的阻尼和稳定性等。在电气化铁路供电系统中已 （５）在功率晶闸管的散热中成功地应用热管自冷技 有很成熟的应用案例 术，实现免维护运行，提高了系统可靠性。 （１）解决电压波动、暂降与闪变等问题Ｆ５￣电气化铁 ６．２经济效益分析 路供电系统会造成电网内．尤其是铁路供电系统和大电网 （１）力率调整费用分析 结合部分的电压发生一定波动与闪变．这也就是暂态稳定 采用无功功补装置将牵引变电所的功率因数可从０．７４ 性问题。据此，通过维持系统中点电压恒定，ＳＶＣ能够提 提高到０．９５以上．避免由于低功率因数造成的罚款．节约 高系统的暂态稳定性。并且如果可以对ＳＶＣ的母线电压进 运营成本。同时根据国家物价局一九八三年颁发的《功率 行适当的调制，那么与ＳＶＣ一般的恒定电压控制方式相 比．系统的暂态稳定性能够得到极大的提高。ＳＶＣ控制器 因数调整电费办法》 （８３水电财字第２１５号）规定：以 调节特性如图５所示 ０．９２为标准值的功率因数调整电费，可减收电费０－３％，故 （２）明显提高电气化铁路系统的功率因数，达到Ｏ．９５ 比较该项目的经济性，估算装置的投资回收期如下（以该 以上。 牵引变电所２００２年度电费数据为例）： （３）解决谐波和三相不平衡问题。在整个装置中加上 项目一次投资约：３５０万元： ３、５、７次等滤波支路，可以有效的解决谐波问题，同时 折旧维护费：３５０￣１０％（按１０年折旧率）＝３５万元 会治理相关的三相不平衡的问题［６３。 （变电所设备大修周期一般为１０—１５年）； （４）平衡瞬时无功的问题。ＳＶＣ的容量在系统容量的 节省无功罚款：年电费总额（２００２年电费总额２４９７ ３０％ ４Ｏ％之间，即可解决系统的动态无功问题，降低无功 万元）×３．５％＝８７．４万元（平均功率因数为０．７４时，罚款 额为电费的３．５％）： 功率因数奖励费用：年电费总额（２４９７万元）×０－３％ ＝７．５万元；设备自损耗电费：４０００Ｗｘ８７６０ｈ×０．８１３元／ 吞童＝墨荷线 —————～ ／Ｖ ｃ控制特性线 ＞ ｋＷＨ＝２．８５万元： 年投资效益：节省无功罚款＋功率因数奖励费用一折旧 维护费一设备自损耗电费： ——————～ 投资回收期：３５０／（８７．４＋７．５—３５—２．８５）＝６．１年。 ＼ ，… 南此看到，以目前实际运量计算效益，其投资回收期 约６年。若以远期设计运量计算，仅因年供电电费总额， 即基数的增大．则节省无功罚款和奖励费用均会相应增 容性—｜－— ——一感性 加，可大大缩短投资回收期。同时，由于减少了对系统潮 流的影响，对提高电力系统运行的稳定性，也具有重要社 图５ ＳＶＣ控制器调节特性 会意义 ｆＬ ＿＿。０＿ 叠毒 ｊ＿＿ ＿ ■？Ｔ— ８４ ＿————１．曩＿ ＿＿■叠 誊曩ｊ＿＿＿—＿＿・＿］ 经验 （２）提高供电能力，增加运输效益…］ 电世界，２００３（０９）：１—３． 无功补偿提高功率因数，可降低变压器的无功损耗． ［４］Ｃｌａｒｋ Ｈｏｃｈｇｒａｆ，Ｒｏｂｅ￣Ｈ．Ｌａｓｓｅｔｅｒ．Ｓｔａｔｃｏｍ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａ— 减少母线电压损失，同时提高牵引变压器利用率和接触网 ｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ Ｖｏｌｔａｇｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ 末端网压水平，增强牵引供电能力，为电力机车提供可靠 Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，１９９８，ｌ１３（２）． 的牵引动力，减少列车运缓、坡停，保证列车运行正常， ［５］黄兆安，黄俊．电力电子技术［Ｍ］．北京：机械工业出版 社．２０００． 提高运输效益。 ［６］陆安定．现代电力系统无功功率及静止无功补偿装置［Ｊ］． ７小结 电世界，２００４（１１）：１—３． 综上所述，相控电抗器（ＴＣＲ）型直挂式动态无功补 ［７］叶斌．电力电子应用技术及装置［Ｍ］．北京：中国铁道出版 偿装置能快速可靠地补偿电气化铁路的无功，是一种切实 社．１９９９． 可行的方案，该装置在牵引变电所投运后计量平均功率因 ［８］刘介才．供配电技术［Ｍ］．北京：科学出版社，２０００． 数０．９２以上．电压波动等技术性能指标均可满足系统要 ［９］贺益康，潘再平．电力电子技术［Ｍ］．北京：科学出版社， 求。从开始现场试运行至今，运行状态良好，性能稳定， ２００４． 各项指标达到预期目标。２７．５ｋＶ直挂式ＴＣＲ型动补是提 ［１Ｏ］韩业辉，陈建业，关胜利．基于ＤＳＰ、＿Ｔ－控机和网络的ＳＶＣ 分布式控制系统［Ｊ］．清华大学学报（自然科学版），２００３ 高电铁牵引站功率因数的有效手段，有提速和节能作用． （０９）：１２０６—１２０９． 具有良好的推广前景。 ［１ １］Ｒ０ｌ ｒＵ ｎｂａｕｍ，Ｍｉｋａｅｌ Ｈａｌｏｎｅｎ，Ｓｔａｆｆａｎ Ｒｕｄｉｎ．ＡＢＢ ｓｔａｔｉｃ 参考文献： ｖａｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｓ Ｎａｍｉｂｉａｎ ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ［Ｊ］．ＡＢＢ ［１］铁道部统计中心．中华人民共和国铁道部２００４年铁道统计公 Ｒｅｖｉｅｗ，２００３（２）：４３—４８． 报『Ｚ１．２００５． ［２］曾坚永，任霞・电力系统谐波的一种新的单相检测法［Ｊ］・ 作者简介：张彬，男，１９７４年生，河南人，硕士，工程师。研 电世界，２００２（１０）：１—４・ 究领域：电力电子技术在电力系统中的应用。已发表论文４篇。 ［３］杨晓萍，孙晓娟・新型静止无功发生器的控制方法研究［Ｊ］・ ｆ编辑：王智圣） 、 ．、 ！ ！ ！ １ ！ （上接第２０页） 部分程序的流程图如图６、７所示。 ４小结 以电作动筒为驱动的变桨距系统．比应用较广的液压 变桨系统具有更多的优点，不仅可实现变桨，还具有 定位精度高的优势，且无温漂、无零漂、承载范围大、调 速范围大、控制方便、动作滞后小、适应性强、配套简 单，能够实现大载荷、变桨高精度控制。 由于该系统的变距控制，是在专有硬件的支持下全部 用软件实现的，所以其控制参数可以自由选取．并自由改 变，灵活方便。此变桨系统具有很高的动、静态精度。 参考文献： ［１］张希良．风能开发利用［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００５． ［２］郭威．大型风电机组变桨距系统设计及其智能控制方法研究 ［Ｄ］．天津：天津工业大学，２００７． ［３］林勇刚，李伟，叶杭 自，等．变速恒频风力机组变桨距控制 系统［Ｊ］．农业机械学报，２００４，３５（４）：１１０—１１４． ［４］叶杭冶．风力发电机组的控制技术［Ｍ］．北京：机械工业出 版社．２００６． 图７ 变桨系统停机及紧急停机程序流程图 第一作者简介：魏本建，男，１９７７年生，吉林人，硕士研究生， 讲师。研究领域：数字控制。已发表论文４篇。 便执行硬件中断处理程序块。根据故障等级，执行正常停 （编辑：吴智恒） 机、安全停机还是紧急停机。 Ｉ 誊 曩 曩＾＿＿＿曩．Ｉ＿＿＿＿＿＿＿＿，。。。。・Ｔ——————Ｔ ＿ｌ ８５ ｆ ＿＿＾■曩■曩Ｉ＿誊善：＿ ｚ１Ｉ
