牵引变电所无功谐波综合补偿方案研究

₀是耦合变压器，可以降低APF的电压等级。L₀、R₀、C₀构成低通滤波器。图1中和固定无功补偿装置配合的是一种新型可调无功补偿装置，即低压晶闸管可调无功补偿装置^[2]。可调无功补偿装置用于牵引负荷波动时，吸收PPF产生的多余无功。它用低压晶闸管开合无功负载，用分接开关无载调节电压，这能充分利用分接开关的机械寿命（一般比电气寿命长10倍以上），适用于频繁调节的场合。其调节过程如下：装置投入运行时，由测控系统检测电网无功功率及电压，在需要调整无功时，封锁晶闸管的触发脉冲，晶闸管在其电流过零点切除，分接开关在无载的情况下调节固定并联电抗器的输出功率；然后在母线电压过零点令晶闸管重新导通，完成一次无功调整。调整无功时，装置自身不产生谐波。该方案的特点是：①PPF采用固定滤波支路，而且直接接在高压母线上，因而有稳定的滤波通道和良好的滤波特性，能够保证整套装置的滤波效果；②需要的APF的容量小，而且用成本较低的低压晶闸管开关实现可调无功补偿，因而初期投资较低。
    图2是该可调无功补偿装置的工作原理图。图中，T₁为图1所示降压变压器的理想模型，T₂为图1所示调压变压器稳态下的理想模型。L₁表示降压变压器的漏感，L₂表示包括并联电抗器电感和调压变压器漏感的等效电感。

                   

式中  U_i为高压母线电压；k₁为降压变压器的变比；k₂为调压变压器的变比，k₂的取值范围为1/k₁～1。
    解式（1）得

由式（2）可以看出，该低压晶闸管可调无功补偿装置实际上构造了一个并联在母线上的可调电抗。通过调节调压变压器的变比k₂就能调节这个电抗的大小，从而达到调节系统无功功率的目的。
3 混合补偿器的控制
    混合补偿器的控制包括APF的控制和可调无功补偿装置的控制。APF是混合补偿器的关键环节，它担负着增强滤波和防止谐振的重任。同时，APF的容量也是影响混合补偿器成本的重要因素。因此，采用合理的控制策略对APF进行控制，对提高混合补偿器的滤波性能、降低其成本尤为重要。合理的控制策略亦能使可调无功补偿装置及时对负荷无功进行跟踪补偿，并最大限度地减少分接开关的动作次数，从而延长分接开关寿命。
    （1）谐波及无功电流检测
    谐波及无功电流检测是混合补偿器控制的重要环节。由于系统电源频偏将导致PPF的滤波能力下降或放大谐波，此时保证APF的滤波能力就显得尤为重要。所以，应该保证谐波及无功电流检测方案不受电源频偏的影响。另外，由于电力牵引负荷变化剧烈，所以对APF的谐波及无功电流检测的实时性要求比较高。本文采用图3所示的方案进行谐波及无功电流检测[FS:PAGE]^[3]。

    图3中u_I(t)为牵引母线电压信号，i_s(t)为被测电流信号，LPF为低通滤波器，用于提取信号的直流分量，PLL为锁相环，用于跟踪电压频率及相位，PLL后为正、余弦发生器，其输出为与其输入信号的基波同相的正弦信号以及滞后90^o的正弦信号，i_sh(