牵引变电所无功谐波综合补偿方案研究

t)为谐波电流信号，I_1p、I_1q分别为基波有功、无功电流的有效值。以下分析图3所示检测方案的工作原理，设

式（5）和式（6）的直流分量分别为被测电流的基波有功电流的有效值I_1p和无功电流的有效值I_1q，即


图3所示的方案的特点是：构造正交相时电流信号不移相，电压信号仅有90^o的相移。因此，谐波检测具有很好的实时性。
    （2）可调无功补偿装置的控制策略
       可调无功补偿装置以系统的功率因数和无功功率为综合判据，实行模糊控制。当母线电压过大或过小时，无论当前系统的功率因数如何都切除混合补偿器。在母线电压正常的情况下，以 cosj =0.92为补偿目标值。当功率因数低于补偿目标值时，以系统当前的无功功率为判据，查模糊控制表决定可调无功补偿装置动作的力度和速度。
       （3）APF的控制策略
      为了保证混合补偿系统稳定并具有良好的动态响应和最佳的谐波抑制效果，APF采用前馈控制和反馈控制相结合的复合控制^[1,5]。前馈控制以电力机车中的谐波成分I_Lh  为输入。设电力系统背景谐波电压所产生的谐波电流成分为I_sh1，其传递函数用G_S(s)描述，电力机车负荷所产生的谐波电流成分为I_sh2，其传递函数用G_L(s)描述，APF电压所补偿的

器的传递函数。于是可以得出如图4的APF控制系统原理框图。
       根据图4可得滤波系统的总传递函数

    观察式（10）可以发现，为了获得理想的滤波效果，应有

其中，G_as为相位补偿器，由式（12）可以看出，为了获得良好的补偿特性，G_asG_ag应有较大的放大倍数，但是单纯增大G_asG_ag的放大倍数会使闭环系统不稳定^[5]。于是，为了使G_asG_ag在稳态时有较大的放大倍数，设计G_ag为周期积分器，其离散传递函数为

式中  N_i为一周期内的采样次数。对于固定的采样频率，当系统电源频率发生变化时，N_i也应随之变化。周期积分器的幅频响应为

式中  a为积分系数，b为比例系数。a的值在0～1之间选取，当a的取值接近1时，周期积分器在稳态下有很大的放大倍数。a和b的取值关系到控制器的响应速度及系统的稳定性。两系数的值应该在保证系统有良好稳定性的情况下，根据对滤波器响应速度及滤波效果的要求选取。
4  单相混合补偿器的仿真
    由于牵引变电所2条馈线之间的相互影响甚微，可以认为各供电臂的取流具有单相独立性。本文以某实际牵引变电所为对象，将三相电力系统变换成两相，并取两相中的一相建立了单相混合补偿系统的模型。利用MATLAB 6.1建立了相应的仿真模型，包括系统电压源、系统阻抗、牵引变压器、电力机车负荷、混合补偿器。其中，系统电压源和电力机车负荷电流采用的是西南交通大学电气工程学院2001年8月在现场测得的实际结果。仿真模型采用的主要参数如下：
    （1）牵引供电系统参数
    牵引变压器进线最大短路容量为594 MVA
    牵引变压器容量为16 MVA
    牵引变压器阻抗电压为10.5%

    APF容量为400 kVA