应变片的温度误差及补偿

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应变片的温度误差及补偿应变片的温度误差及补偿（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）1.应变片的温度误差由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差,称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主要因素有:1)电阻温度系数的影响敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：Rt=R0（1+α0Δt）(3-14)式中:Rt——温度为t℃时的电阻值;R0——温度为t0℃时的电阻值;α0——金属丝的电阻温度系数;Δt——温度变化值,Δt=t-t0。当温度变化Δt时,电阻丝电阻的变化值为ΔRt=Rt-R0=R0α0Δt（3-15）2)试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时,不论环境温度如何变化,电阻丝的变形仍和自由状态一样,不会产生附加变形。当试件和电阻丝线膨胀系数不同时,由于环境温度的变化,电阻丝会产生附加变形,从而产生附加电阻。设电阻丝和试件在温度为0℃Ls=L0（1+βsΔt）（3-16）Lg=L0（1+βgΔt）（3-17）当二者粘贴在一起时,电阻丝产生的附加变形ΔL,附加应变εβ和附加电阻变化ΔRβ分别为ΔL=Lg-Ls=（βg-βs）L0Δt(3-18)εβ=ΔLL0=（βg-βs）Δt(3-19)ΔRβ=K0R0εβ=K0R0(βg-βs)Δt(3-20)由式（3-15）和式（3-20）,可得由于温度变化而引起应变片总电阻相对变化量为折合成附加应变量或虚假的应变εt,有由式（3-21）和式（3-22）可知,因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量,除了与环境温度有关外,还与应变片自身的性能参数（K0，α0，βs）以及被测试件线膨胀系数βg有关。2.电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。1)线路补偿法电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。图3-4所示是电桥补偿法的原理图。电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为Uo=A（R1R4-RBR3）（3-23）式中:A——由桥臂电阻和电源电压决定的常数。R1—工作应变片；RB—补偿应变片由上式可知,当R3和R4为常数时,R1和RB对电桥输出电压U0的作用方向相反。利用这一基本关系可实现对温度的补偿。测量应变时,工作应变片R1粘贴在被测试件表面上,补偿应变片RB粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上,且仅工作应变片承受应变。如图3-4所示。当被测试件不承受应变时,R1和RB又处于同一环境温度为t℃的温度场中,调整电桥参数，使之达到平衡,有Uo=A（R1R4-RBR3）=0（3–2）图3-4电桥补偿法工程上,一般按R1=R2=R3=R4选取桥臂电阻。当温度升高或降低Δt=t-t0时,两个应变片的因温度而引起的电阻变化量相等,电桥仍处于平衡状态,即Uo=A［（R1+ΔR1t）R4-(RB+ΔRBt)R3］=0(3-25)若此时被测试件有应变ε的作用,则工作应变片电阻R1又有新的增量ΔR1=R1Kε,而补偿片因不承受应变,故不产生新的增量,此时电桥输出电压为Uo=AR1R4Kε（3-26）由上式可知,电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变ε有关,而与环境温度无关。应当指出,若实现完全补偿,上述分析过程必须满足四个条件:①在应变片工作过程中,保证R3=R4。②R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数α,线膨胀系数β,应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。③粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样,两者线膨胀系数相同。④两应变片应处于同一温度场。2)应变片的自补偿法这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片,称之为温度自补偿应变片。温度自补偿应变片的工作原理可由式（3-21）得出,要实现温度自补偿,必须有α0=-K0（βg-βs）（3-27）上式表明,当被测试件的线膨胀系数βg已知时,如果合理选择敏感栅材料,即其电阻温度系数α0、灵敏系数K0和线膨胀系数βs,使式（3-27）成立,则不论温度如何变化,均有ΔRt/R0=0,从而达到温度自补偿的目的。一、电阻应变片的种类电阻应变片品种繁多,形式多样。但常用的应变片可分为两类:金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成,如图3-2所示。敏感栅是应变片的核心部分,它粘贴在绝缘的基片上,其上再粘贴起保护作用的覆盖层,两端焊接引出导线。金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式和薄膜式三种。图3-2金属电阻应变片的结构箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅,其厚度一般在0.003～0.01mm。其优点是散热条件好,允许通过的电流较大,可制成各种所需的形状,便于批量生产。薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘基片上形成0.1μm以下的金属电阻薄膜的敏感栅,最后再加上保护层。它的优点是应变灵敏度系数大,允许电流密度大,工作范围广。半导体应变片是用半导体材料制成的,其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向受外力作用时,其电阻率ρ发生变化的现象。半导体应变片受轴向力作用时,其电阻相对变化为（3-10）式中Δρ/ρ为半导体应变片的电阻率相对变化量,其值与半导体敏感元件在轴向所受的应变力关系为（3-11）式中:π——半导体材料的压阻系数。将式（3-11）代入式（3-10）中得（3-12）实验证明,πE比（1+2μ）大上百倍,所以（1+2μ）可以忽略,因而半导体应变片的灵敏系数为Ks=（3-13）半导体应变片突出优点是灵敏度高,比金属丝式高50～80倍,尺寸小,横向效应小,动态响应好。但它有温度系数大,应变时非线性比较严重等缺点。项目数控车床丝杠螺距误差的补偿一、工作任务及目标1．本项目的学习任务（1）学习数控车床丝杠螺距误差的测量和计算方法；（2）学习数控车床螺距误差参数的设置方法。2．通过此项目的学习要达到以下目标（1）了解螺距误差补偿的必要性；（2）掌握螺距误差补偿的测量和计算方法；（3）能够正确设置螺距误差参数。二、相关知识滚珠丝杠螺母机构数控机床进给传动装置一般是由电机通过联轴器带动滚珠丝杆旋转，由滚珠丝杆螺母机构将回转运动转换为直线运动。1、滚珠丝杠螺母机构的结构滚珠丝杠螺母机构的工作原理见图1；在丝杠1和螺母4上各加工有圆弧形螺旋槽，将它们套装起来变成螺旋形滚道，在滚道内装满滚珠2。当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面经滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿螺旋形滚道滚动，使丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。螺母螺旋槽的两端用回珠管3连接起来，使滚珠能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路。2、进给传动误差螺距误差：丝杠导程的实际值与理论值的偏差。例如PⅢ级滚珠丝杠副的螺距公差为0.012mm/300mm。反向间隙：即丝杠和螺母无相对转动时丝杠和螺母之间的最大窜动。由于螺母结构本身的游隙以及其受轴向载荷后的弹性变形，滚珠丝杠螺母机构存在轴向间隙，该轴向间隙在丝杠反向转动时表现为丝杠转动α角，而螺母未移动，则形成了反向间隙。为了保证丝杠和螺母之间的灵活运动，必须有一定的反向间隙。但反向间隙过大将严重影响机床精度。因此数控机床进给系统所使用的滚珠丝杠副必须有可靠的轴向间隙调节机构。图2为常用的双螺母螺纹调隙式结构，它用平键限制了螺母在螺母座内的转动，调整时只要扮动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴向移动一定距离，在将反向间隙减小到规定的范围后，将其锁紧。3、电机与丝杠的联接、传动方式直联：用联轴器将电机轴和丝杠沿轴线联接，其传动比为1：1；该联接方式传动时无间隙；同步带传动：同步带轮固定在电机轴和丝杠上，用同步带传递扭矩；该传动方式传动比由同步带轮齿数比确定，传动平稳，但有传动间隙；齿轮传动：电机通过齿轮或齿轮箱将扭矩传到丝杠，传动比可根据需要确定；该方式传递扭矩大，但有传动间隙。同步带传动、齿轮传动中的间隙是产生数控机床反向间隙差值的原因之一。三、数控系统的半闭环控制开环数控系统没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置到进给系统）。故系统结构简单，但由于无位置反馈，机床的控制精度低，容易丢步。适用于经济型数控机床半闭环数控系统是在驱动装置(常用伺服电机)或丝杠上安装旋转编码器，采样旋转角度进行位置反馈，因此，其结构简单，不会丢步。但由于不是直接检测运动部件的实际移动位置，机床进给传动链的反向间隙误差和丝杠螺距误差仍然会影响机床的精度。适用于普及型（中档）数控机床。全闭环数控系统通过光栅尺，直接对运动部件的实际移动位置进行检测，消除了机床进给传动链的反向间隙误差和丝杠螺距误差对机床精度的影响。因此其控制精度高，但结构复杂，成本高，易形成振荡，调试周期长。适用于高档高精度数控机床。5.1螺距补偿原理数控机床软件补偿的基本原理是在机床的机床坐标系中，在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置P;的平均位置偏差x;把平均位置偏差反向叠加到数控系统的插补指令上，如下图8所示，指令要求沿X轴运动到目标位置P;，目标实际位置为P}.i，该点的平均位置偏差为x，个;将该值输入系统，则系统CNC在计算时自动将目标位置P;的平均位置偏差x，个叠加到插补指令上，实际运动位置为:P}.i=P.+x;使误差部分抵消，实现误差的补偿。螺距误差可进行单向和双向补偿。5.2反向间隙补偿反向间隙补偿又称为齿隙补偿。机械传动链在改变转向时，由十反向间隙的存在，会引起伺服电机的空转，}fU无工作台的实际运动，又称失动。反向间隙补偿原理是在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置P;的平均反向差值B，作为机床的补偿参数输入系统。CNC系统在控制坐标轴反向运动时，自动先让该坐标反向运动B值，然后按指令进行运动。如图9所示，工作台正向移动到O点，然后反向移动到P;点，反向时，电机(丝杆)先反向移动B，后移动到Pi点;该过程CNC系统实际指令运动值L为:L=P;+B反向间隙补偿在坐标轴处十任何方式时均有效。在系统进行了双向螺距补偿时，双向螺距补偿的值已经包含了反向间隙，因此，此时不需设置反向间隙的补偿值。5.3误差补偿的适用范围从数控机床进给传动装置的结构和数控系统的二种控制方法可知，误差补偿对半闭环控制系统和开环控制系统具有显著的效果，可明显提高数控机床的定位精度和I重复定位精度。对全闭环数控系统，由十其控制精度高，采用误差补偿的效果不显著，但也可进行误差补偿。（一）丝杠螺距误差补偿的必要性数控机床的直线轴精度表现在进给轴上主要有三项精度：反向间隙、定位精度和重复定位精度，其中反向间隙、重复定位精度可以通过机械装置的调整来实现，而定位精度在很大程度上取决于直线轴传动链中滚珠丝杠的螺距制造精度。在数控车床生产制造及加工应用中，在调整好机床反向间隙、重复定位精度后，要减小定位误差，用数控系统的螺距误差螺距补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。由于滚珠丝杠副在加工和安装过程中存在误差，因此滚珠丝杠副将回转运动转换为直线运动时存在以下两种误差。①螺距误差，即丝杠导程的实际值与理论值的偏差②反向间隙，即丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大窜动。定位精度的测量仪器可以用激光干涉仪、线纹尺、光栅尺数显表和步距规。（二）反向间隙补偿1．步骤一：设定参数18002．步骤二：测量反向间隙值（1）回参考点（2）用切削进给使机床移动到测量点指令：G01X100.0F300；（3）安装百分表，将刻度对（4）用切削进给，使机床沿相同方向移动到X200.0处（5）用切削进给返回测量点X100.0处（6）读取百分表的刻度（7）按检测单位换算切削进给方式的间隙补偿量3．步骤三：设置参数1851参数设定范围：-9999~+9999（三）螺距误差补偿步骤一：测量准备（1）将Z轴光栅尺与数显表正确连接。（2）设置滑台的机械坐标系零点，以及正负限位。如下图所示，设置正限位为48，负限位为-257.步骤二：设置如下参数：图2螺距误差补偿画面步骤三：测量补偿值并记录（1）在MDI方式下，输入“G98G01Z-257.0F300”，按下自动循环按钮，滑台运动至Z轴-257mm位置。（2）输入“G98G01Z-255.0F300”，按下自动循环按钮，滑台运动至Z轴-255mm位置。注意：这一步是为了消除反向间隙误差。（3）按下【单步】按键，把光栅尺数显表清零，输入“G98G01W20.0F300”，按下自动循环按钮，滑台向Z轴正方向运动20mm，记录数显表读数后清零，再次运行以上程序，记录各次读数填入下表。步骤四：输入补偿值，再次测量，观察补偿效果。三、实训要点及实施1．实训要点（1）本实训项目实施计划根据FANUC0imateTD数控系统制定，在实际教学中，采用不同的系统，参数设置可能有所不同（2）通过本项目要掌握滚珠丝杠反向间隙和螺距误差补偿方法，并能够正确输入补偿参数。2．工具清单工具：百分表1个，磁力表座1个，光栅尺数显表1个。3．项目实施计划（1）按照反向间隙补偿步骤对机床进行反向间隙的补偿。（2）按照螺距误差补偿方法对机床进行螺距误差补偿。四、实训项目报告实训项目报告一五、思考题六、阅读资料教案第9次课章节、名称第2章计算机数控系统（CNC）§2.5数控系统的刀具半径补偿原理教学目的和要求本次课主要讲授数控系统的刀具半径补偿原理的基本知识。使学生熟悉刀具半径补偿的概念及意义；掌握刀具半径补偿功能的原理和实现方法；掌握直线过渡型刀具半径补偿的的几种类型和各自的特点。掌握刀具半径补偿的概念及含义掌握直线切削刀具半径补偿的计算方法掌握圆弧切削刀具半径补偿的计算方法熟悉直线过渡型刀具半径补偿的三种类型重点难点重点：刀具半径补偿的原理及实现方法难点：直线、圆弧切削刀具半径补偿的计算方法教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配）教学内容：1、刀具半径补偿的概念和意义。2、刀具半径补偿功能的实现直线切削刀具半径补偿的计算；圆弧切削刀具半径补偿的计算3、轮廓过渡时半径补偿的处理方法过渡圆弧法；尖角外轮廓过渡；尖角内轮廓过渡4、直线过渡型刀具半径补偿（C刀补）的三种类型及实现方法伸长型；缩短型；插入型教学方法：课堂讲授、多媒体PPT辅助手段：图片演示、板书推演师生互动：提问，讨论时间分配：总2学时作业布置P712-12主要参考资料《数控技术》，曹甜东主编，华中科技大学出版社，2021《数控车床（华中数控）考工实训教程》，吴明友主编，化学工业出版社，2007课后自我总结分析刀具半径补偿是数控加工中的一个非常重要的概念，对于刀具半径补偿功能的实现方法的熟练掌握对学生了解数控系统的工作原理及加工方式有着重要的意义，也是掌握数控机床编程和零件加工等实践环节的理论基础。在讲授过程中应注意收集和使用一些图像资源，让学生能够直观的了解刀补的具体内容及重要意义，对于具体的实现过程在黑板上进行推演以帮助学生掌握。讲稿第2章计算机数控系统（CNC）§2.5数控系统的刀具半径补偿原理一、刀具半径补偿的概念为了说明数控系统的刀具半径补偿，先来看一个铣削加工零件外轮廓的例子。如图2-37所示。在轮廓加工过程中，由于数控系统控制的是刀心轨迹，因此编程时要根据零件轮廓尺寸计算出刀心轨迹。零件轮廓可能需要粗铣、半精铣和精铣三个工步，由于每个工步加工余量不同，因此它们都有相应的刀心轨迹。另外刀具磨损后，也需要重新计算刀心轨迹。这样势必增加编程的复杂性。为了解决这个问题，在数控系统中专门设计了若干存储单元，存放各个工步的加工余量、刀具磨损量、刀具半径值，而刀心轨迹由系统自动进行计算，进而生成数控程序。这样简化了编程的计算，又增加了程序的可读性。这种以按照零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置量为依据，自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。图2-37外轮廓铣削二、刀具半径补偿功能的实现YXYXOA(X,Y)O’A’(X’,Y’)αΔXΔY直线切削刀具半径补偿计算如图2-38所示，加工的直线终点坐标为A（X，Y）。假定程序加工完成后，刀具中心经刀具半径（R）补偿后到达直线O’A’的终点（X’,Y’）。设终点刀具半径偏置矢量AA’的坐标投影为（ΔX,ΔY）,则有图2-38直线切削刀具半径补偿X’=X+ΔXY’=Y+ΔY因为ΔX＝Rsinα=ΔY=-Rcosα=-故A’点的坐标值为X’＝X+Y’＝Y-第二、三、四象限的刀径补偿计算可以类似推导，所差仅为ΔX与ΔY的符号。2、圆弧切削刀具半径补偿的计算如图2-39所示，r为所加工圆弧的半径，圆弧起点A（X0,Y0），终点B（Xe,Ye）。假定上段程序加工完成后刀具中心点为A’(X0’,Y0’),那么BB’和AA’的长度为刀具的半径R。设BB’在坐标轴上的投影为（ΔX,ΔY），则YXOB’(X’eYXOB’(X’e,Y’e)A’(X0’,Y0’)ΔXΔYRB(Xe,Ye)A(X0,Y0)rYe’=Ye+ΔY从而得到ΔX＝Rcosα=ΔY=Rsinα=故B’点的坐标为Xe’＝Xe+Ye’＝Ye-同样容易得到A’点的坐标，即X0’＝X0+Y0’＝Y0-通过上述公式已经能计算出直线和圆弧轮廓经过刀具半径补偿后的起点与终点坐标。但在两段轮廓交接处如何过渡就有问题了，除非两段轮廓交接处正好光滑过渡，即前一程序段终点的刀偏矢量与下一程序段起点的刀偏矢量完成重合，否则必然在交接处出现间断点或交叉点。一种简单的处理是在尖角过渡处使刀具中心轨迹以小于180o的圆弧由上段终点运动至下段始点。该过渡圆弧是由数控系统自动加入的，过渡圆弧的半径就是刀具半径R，如图2-37所示。由图可见，当尖角过渡为外轮廓过渡或光滑过渡时，这种方法是没有问题的。但当尖角轮廓为内轮廓时，很明显会出现工件的过切现象，这是不允许的。3、直线过渡型刀具半径补偿（C刀补）C刀补是数控系统为解决上述尖角过渡问题而设计的，它专门处理两个程序段间转角的各种情况。它由数控系统根据与实际轮廓完全一样的编程轨迹，直接算出刀具中心轨迹的转接交点，然后再对原来的程序轨迹（刀具中心）轨迹作伸长或缩短的修正。C刀补中，为了避免下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，在计算本段的刀具中心轨迹时，提前将下一段程序读入。根据它们之间转换的具体情况，做出适当的处理。在CNC系统中，C刀补根据相邻两段程序段所走的线型不一样以及两个程序段轨迹的矢量夹角和刀具补偿方向的不同，将转接过渡方式分为三种类型：伸长型、缩短型、和插入型。对于直线与直线的转接，系统采用了以下算法。图2-42所示为直线至直线各种转接的情况，编程轨迹为OA->AF。图2-42直线至直线左刀补情况在图2-42（a）和(b)中，AB、AD为刀具半径值，刀具中心轨迹与DK的交点为C，由数控系统求出交点C的坐标值，实际刀具中心轨迹为IC->CK。采取求交点的方法，从根本上解决了肉轮廓加工的过切现象。由于IC->CK相对于OA->AF缩短了CB与DC的长度,因此,这种求交点的内轮廓过渡称为缩短型转换.在图2-42(c)中,C点为IB和DK延长线的交点,由数控系统求出交点C的坐标,实际刀具中心运动轨迹为IC->CK。同上道理，这种外轮廓过渡称为延长型转换。在图2-42（d）中，若仍然采用求IB与DK交点的方法，势必要过多地增加刀具的非切削空行程时间，这显然是不合理的。因此C刀补算法在这里采用插入型转换，即令BC＝C’D＝R，数控系统求出C与C’点的坐标，刀具中心运动轨迹为I->C->C’->K，即在原轨迹中间再插入CC’直线段，因此称其为插入型转换。湖南大学硕士学位论文配电网无功补偿系统的研究与应用姓名：黄志刚申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：罗安;胡昭发20070830摘要本论文介绍了无功补偿的原理和目的，针对当Ｉｉ｛『配电网无功补偿的情况，给出了无功补偿的优化方法。在实时补偿方面，针对不同的负荷状况，从实时的角度研究电容器组的投切及控制算法。针对当前低压无功补偿中遇到的一些问题，通过理论上的分析，结合先进的软硬件技术，详细介绍了解决思路和系统关键技术的实现以及补偿方案的选取。其中针对无触点开关投切电容器时产生的电流冲击问题设计了专门的主电路和触发电路，并结合通断率控制来消除冲击电流；对无功补偿中可能遇到的电流谐振问题，通过理论计算选取了在主电路中串入电感的方法来避免电流谐振的产生；对由投切电容可能引入的电压高次谐波，加入了电压滤波环节，减少对电网的污染；在三相不平衡情况比较严重的情况下，根据功率平衡器的原理进行无功补偿，把功率因数补偿到任意指定值的同时还将三相不对称负荷补偿成对于供电系统来说是三相对称的；对于单个的补偿装置，采用最优控制理论，使功率因数达到最优的控制效果；在进行多点协同的无功补偿时，先根据线路的特点计算寻求线路中的最优补偿点，在此基础上通过多个单机的协同控制，采用了动态规划方法，使线路的损耗达到最小值。该装置目前在韶关冶炼厂已投入运行，运行结果表明，该装置不仅响应速度快，数据传输可靠，控制精度高，而且操作简单，易维护，很好的满足了控制要求。关键字：无功补偿；无触点开关；谐波；最优补偿点ＩｌＡＢＳＴＲＡＣＴＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｐｕｒｐｏｓｅｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｌｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｒｏｍｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｇｉｖｅｎ．Ｉｎｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃａｐａｃｉｔｏｒ’Ｓｓｗｉｔｃｈｉｎｇｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｉｎｔｈｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｒｅａｌ—ｔｉｍｅ．Ｂｙｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄｕｓｉｎｇａｄｖａｎｃｅｄｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｔａｉｌｅｄｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｙｓ，ｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｙｓｔｅｍ＇ｓｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅＶａｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｎｌｏｗｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｉｍｐｕｌｓｅｐｒｏｂｌｅｍｗｈｅｎｔｈｅｎｏｎ—ｃｏｎｔａｃｔｏｒｓｗｉｔｃｈｏｎｏｒｃｕｔｏｆｆｔｈｅｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ，ｗｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｄｅｓｉｇｎｔｈｅｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｔｈｅｔｒｉｇｇｅｒｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｕｓｅｔｈｅｏｐｅｎ－ｏｆｆｒａｔｉｏｃｏｎｔｒｏｌｗａｙｓｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｉｍｐｕｌｓｅｃｕｒｒｅｎｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｈｕｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ｗｅｕｓｅｓｅｒｉｅｓｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｉｎｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｂｙｔｈｅｏｒｙｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．Ｗｅａｄｄｖｏｌｔａｇｅｈａｒｍｏｎｉｃｆｉｌｔｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｈａｒｍｗｈｉｃｈｖｏｌｔａｇｅｈａｒｍｏｎｉｃｄｏｔｏｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｅｓｅｖｅｒｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｕｎｂａｌａｎｃｅｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｗｅｕｓｅｔｈｅｐｏｗｅｒｂａｌａｎｃｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｔｏｄｏＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．ＷｅＣａｎｍａｋｅｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｒｅａｃｈｇｉｖｅｎｖａｌｕｅａｎｄｍａｋｅｔｈｅｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｌｏａｄｂｅｃｏｍｅｂａｌａｎｃｅｉｎｔｈｅｓａｌｎｅｔｉｍｅ．Ｗｅｍａｋｅｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｇｅｔｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔｂｙｕｓｉｎｇｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙｔｏａｓｉｎｇｌｅｃｕｎｔｒｏ｜ａｐｐｌｉａｎｃｅ．Ｔｏｍｕｌｔｉ—ａｐｐｌｉａｎｃｅ，ｆｉｒｓｔｗｅｇｅｔｔｈｅｍｏｓｔｏｐｔｉｍｕｍＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｎｏｄｅｓｉｎｌｉｎｅｓ，ｔｈｅｗｅｕｓｅＤｙｎａｍｉｃＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｗａｙｓｏｆｌｅａｓｔｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｅｂｙｃｏｏｐｅｒａｔｉｎｇｔｈｅａｐｐｌｉａｎｃｅ．Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｆａｃｔｏｒｙ．Ｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｔｅｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｎｏｔｏｎｌｙｈａｓｈｉｇｈｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｈｉｇｈｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ，ｂｕｔａｌｓｏｉｓｅａｓｙｔｏｏｐｅｒａｔｅ，ｅｘｔｅｎｄａｎｄｍａｉｎｔａｉｎ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓａｔｉｓｆｉｅｓｗｉｔｈｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｇｓｏｆｃｏｎｔｒ０１．Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｖａｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｔｈｅｎｏｎ＿ｃｏｎｔｒａｃｔｏｒｓｗｉｔｃｈ；ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｔｈｅｍｏｓｔｏｐｔｉｍｕｍＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ１１１湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：苕压硎ｊ’日期：姊每？≈其｜ｓ日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留弗向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于ｌ、保密口，在年解密后适用本授权书。弋／不保密团。（请在以上相应方框内打“、／”）作者签名：删导师签名：ｌ罗座日期：矽矽年纱月／，日日期：》固每｜船其ｌｓ日Ｉ第一章绪论１．１课题背景由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。在城农网改造过程中，对无功就地平衡提出了新的要求，本论文针对低压配电网络如｛可实现无功平衡，并实现自动补偿功能进行分析。１．２国内外研究现状电力系统是一个典型的非线性大系统，随着社会的进步，经济的发展，社会对电力的需求不断增加，使现代电力系统发展迅速，系统日趋复杂。大机组、重负荷、超高压远距离输电，大型互联网络的发展，以及对电力系统安全性、经济性及电能质量的高要求，使柔性输电系统（ＦＡＣＴＳ）技术成为目前电力系统的一个重要的研究领域。传统的无功补偿设备可满足一定范围内的无功补偿要求，但存在响应的速度慢，故障维护困难等缺点。静止无功补偿器（ＳＶＣ）近年来获得了很大发展，已被广泛用于输电系统波阻抗补偿及长距离输电的分段补偿，也大量用于负载无功补偿。其典型代表是固定电容器＋晶闸管控制电抗器（ＴＣＲ）。晶闸管投切电容器也获得了广泛的应用…。除了在控制器件方面的改进，随着人工智能技术的不断发展，在控制方法上也有很大的进步。采用模糊神经网络、自适应控制等智能型控制方法，研制能同时对电压、无功功率、三相不平衡、谐波等进行综合调节和补偿控制的装置已经成为大家的共识。目静，在城市配电网公用变压器低压侧，由于用户家用电器感性负载的不断增加，使得其功率因数较低，导致公用变压器低压侧线路损耗大，供电电压指标不能满足用户要求。因此，在公用变压器低压侧进行无功功率补偿已成为目ｌｉ｛『研究的另一个热门。国外，城市、农村电网是否安装户外无功补偿已成为衡量配电网性能的主要指标之一。在日本，配电网系统户外补偿电容器的自动投切率已达８６．４％；在荚国，许多城市道路旁的电线杆上装有并联电容器组，并采用自动装置控制”“”１。国内，无功补偿主要采用变电站集中补偿和企业就地补偿两种形式。据统计，当前，国内典型城乡配电网无功损耗情况如下：按电压等级划分，０．４ｋ级损耗占５０％，ｌＯｋＶ级占３０％，３５ｋ＇Ｆ以上占２０％。在农村，长距离供电较为普遍，ｌＯｋＶ线路损耗较大；在城网中，配网损耗主要在０．４ｋＶ侧，因此，做好ｌＯｋＶ等级电压以下的无功补偿具有重要意义。近年来，由于计算机技术的发展，无功补偿技术已得到很大的改进，无功补偿装置的发展已进入一个新的阶段。然而，许多电网仍存在补偿不足，调节手段落后，电压偏低，损耗增大等问题。负荷无功补偿主要有以下几个问题：１）无功补偿容量不足。在供电方面，公用变压器在全国大中小城市中大量存在，而且伴随着一户一表等城网改造的开展，还会大量增加。由于资金匮乏及重视程度不够，公用变压器区内无功补偿容量严重不足，有功损耗大，公用变压器的利用率不商。在用户方面，由于公用变压器区内低压用户很多，供电企业管理不便，低压用户感性负荷很大。由于各用户没有统一的无功功率补偿，造成补偿不合理，效果不明显。２）无功补偿装置落后。在无功补偿装置上，大量的装置采用采集任选一相的无功信号或一相电流另两相电压得出的无功信号并以此作为投切容量的依据，但这种方式只适用于以三相动力为主的配电区，它可能会对非采样相造成过补或欠补。在投切容量的确定方面，往往功率因数为参考，电容器分组投切，当功率因数滞后时，则投入一组电容器；当有超前的无功分量时，则切除一组电容器；按步投切电容量，无功补偿的精度不高。这些装置常因为电容器容量级差大而投切精度低或频繁投切。３）集中补偿占大多数。集中补偿只能减少装设点以上线路和变压器因输送无功功率所产生的损耗，而不能减少用户内部通过配电线路向用电设备输送无功功率所造成的有功损耗。由于用户内部的无功损耗没有减少，所以降损节电效果必然受到限制。负荷所需的无功功率，仍然需要通过线路供给，依然产生有功损耗。户外型无功自动补偿系统的研究正在起步，已有一些科研单位和公司推出了相应产品。早期生产的低压网无功补偿控制器多选用分立的电子元件；８０年代起发展为采用ＣＭＯＳ集成电路；近年来发展的新产品是以微处理器为核心的电脑型智能化产品，并根据用户需要开发出了一批多功能的新产品，可以获得优良的调节性能和某些独特的环节，使控制器更趋于完善。控制器电路．发计和生产过程的完善化，对电子元件的老化试验和筛选，提高了控制器整体的工作可靠性和使用寿命，产品质量的档次得到提高。目前主要存在问题是控制规律简单、抗干扰能力差，不能很好的解决无触点开关投切电容的问题，在三相不平衡条件下不能有效的进行无功补偿。同时由于户外工作环境相对恶劣，装置的可靠性和控制精度难以满足现场运行的要求。此外还不具备通讯功能，不能实现全电网的无功优化，不能对电能质量进行在线监视以满足现代化电力系统建设的需要。在公用变低压侧进行无功功率补偿，现在对并联电容器的分组方式得到了共识。过去生产按等容量分组的控制器，后生产按ｌ：２：４或１：２：４：８不等容量分组的控制器，调控补偿设备的容量分组分别为７级和１５级。主要发展带逻辑电路“先投先切，后投后切”的等容量分组方式的控制器，以使各组并联电容器投入运行的时间大致均等，并可减少增减补偿容量过程中电容器的投切次数，但仍旧没有解决无级投切的问题。随着高电压、大功率半导体器件的不断更新和发展，功率变换控制技术的闩臻完善，极大地推动了电力电子技术在电力工业中的广泛应用，对增强电力系统运行的稳定性和安全性，提高输电能力和用电效率，以及在节能和改善电能质量等各方面都起着越来越重要的作用。专家们认为在２１世纪，会有更多更新的高电压大功率半导体器件和装置投入电力工业的实际运行中，使目前基本不可控的系统变为灵活可控（称为柔性交流输电系统——ＦＡＣＴＳ）。１．３目前国内主要补偿方案的简介及存在的问题国内无功补偿主要采用变电站集中补偿和企业就地补偿两种形式。从补偿方法上看，主要有固定、手动、自动三种“３。２１．３．１固定补偿方案固定补偿主要综合整个电网的各项年平均参数，根据无功的分布情况选取若干个补偿点，每个点投入若干单位的电容量，使得全年节能效益与经济投入之比达到最佳。这种方法的优点是能综合考虑整个电网的运行特点，既取得了最佳经济效益又兼顾了全网无功潮流的平衡；缺点是补偿容量不能跟随电网的实时运行状况，其最佳值是年平均意义上的，电压波动问题依然存在，当电网负荷发生变化时，这种方法就无能为力了。１．３．２手动补偿方案手动补偿通过若干电容器组的组合，达到改变补偿容量的作用，适用于时间上呈一定规律变化的负荷，缺点是分组过于粗糙，设备体积庞大，需专人守护，并且只针对采样点参数进行计算，不能达到最佳补偿效果。１．３．３自动补偿方案自动补偿是微电子技术在电力系统的应用。控制器根据传感器的数据，计算出当前电网所需的无功补偿量并控制电容器组的投切，达到实时补偿的目的。１。进几年，由于电脑技术的应用，功率因数自动补偿系统的发展进入了一个新阶段。虽然各种微电脑功率因数自动控制器硬件、软件设计不同，但其原理基本如图卜１所示：囝ｌ－Ｉ徽电脑功率因数自动控制器方榧图检测单元通过电压、电流互感器采得电压和电流信号，并利用运放电路、门电路得到反映相位差的方波信号，传给控制单元。微处理器接收到检测信号，经过逻辑运算得到实时ＣＯＳ毋，分别送到显示和比较单元。在比较单元中与设定值进行比较，确定是否发出投切命令。同时控制单元还具有过压、过流、欠补及振荡报警和保护功能。执行单元接到命令后，通过投切装置完成电容器组的投切。３微计算机技术的应用进一步加强了控制单元的功能，集成化程度大大提高了，自诊能力、扩充能力都得到了加强。１．３．４现有无功自动补偿器存在的问题从外部特性和各项指标及用户反映的情况来看，现有无功自动补偿器主要存在以下问题：１．没有解决无触点安全投切电容和无级调节投入电容容量的问题旧现有的采用无触点控制的无功补偿装置在电容的无级投切这一点上做的不很理想，大多采用控制触发角来控制投切电容量的多少。这样做会造成较大的冲击电流和引入高次谐波，使晶闸管的寿命变短，因而无触点控制的优势无法充分的体现出来。２．不能提供动态无功补偿的三相均荷控制无功补偿装置通常按三相平衡设计，但是电网中的许多冲击负荷往往具有三相不平衡性质，如冶会电弧炉、大型熔焊机、电气化铁路的电力机车等均为具有随机特征的三相不平衡负荷，民用照明负荷也肓显著的不平衡特征。显然，不论是瞬问的电压闪变还是持续的中点电位偏移，都不仅会干扰相关系统的证常工作而且可能危及人身与设备安全，这就要求帽应的动态无功补偿装置在快速补偿无功的同时，还具有均荷能力，可以实时地将三相不平衡负荷自动均衡为三相平衡负荷。３．易导致谐波放大“１在低压配电系统中，采用微机控制品闸管投切电容器组，实现基波无功的分相，分级和跟踪补偿。当配电系统非线性用电负荷比重较大时，并联电容器组的投入，一方面由于电容器组的谐波阻抗小，注入电容器组的谐波电流大，使电容器过负荷，严重影响其使用寿命：另一方面，当电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐振时，引起电容器谐波电流严重放大，其结果是电容器因过热而损坏，系统电压严重畸变，影响其他用电设备的安全运行。４．现有的装置容易产生高次的谐波嘲传统上曾以交流接触器作为电力电容器投切控制执行元件，现已被晶闸管所取代，通４过对晶闸管触发控制角的控制，可以实现对补偿电容投切容量的动态连续调整，这就是所谓的静止无功功率补偿装置（ｓｖｃ）。ＦＣ＋ＴＣＲ（固定电容器＋晶闸管控制电抗器）和ＴＳＣ（晶闸管开关电容器）是ＳＶＣ的两种典型结构。但是用触发控制角的控制容易产生高次谐波。５．抗干扰能力差，故障率高因为控制器的工作环境存在大电流、较强磁场等，对弱电设计部分的抗干扰能力要求很高。户外工作的环境更加恶劣，因此目前大多数控制器均只能在户内工作，并且故障率高，大大限制了补偿器的使用范围咖。６．不能达到全局最优目前的自动补偿方式均针对采样点数据进行计算，因为控制器之问缺乏信息交流，采用的算法落后，控制器不能综合全网运行情况使无功潮流的分布趋于最合理，经济效益达到最佳，同时也不能实现对电网的遥测，不适于现代化电网的发展趋势。５第二章无功补偿的原理及意义２．１无功补偿的原理在电力系统中，由于电感、电容元件的存在，不仅系统中存在着有功功率，而且存在无功功率。虽然无功功率本身不消耗能量，它的能量只是在电源及负载问进行传输交换，但是在这种能量交换的过程会引起电能的损耗，并使电网的视在功率增大，这将对系统产生以下一系列负面影响：（１）电网总电流增加，从而会使电力系统中的元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，使用户内部的起动控制设备、量测仪表等规格、尺寸增大，因而使初投资费用增大。在传送同样的用功功率情况下，总电流的增大，使设备及线路的损耗增加，使线路及变压器的电压损失增大。（２）电网的无功容量不足，会造成负荷端的供电电压低，影响正常生产和生活用电；反之，无功容量过剩，会造成电网的运行电压过高，电压波动率过大。（３）电网的功率因数低会造成大量电能损耗，当功率因数由０．８下降到０．６时，电能损耗将近提高了一倍。（４）对电力系统的发电设备柬说，无功电流的增大，对发电机转子的去磁效应增加，电压降低，如过度增加励磁电流，则使转子绕组超过允许温升。为了保证转子绕组币常工作，发电机就不允许达到预定的出力。此外，原动机的效率是按照有功功率衡量的，当发电机发出的视在功率一定时，无功功率的增加，会导致原动机效率的相对降低“…。目前，随着电力电子技术的迅速发展，工厂大量使用大功率丌关器件组成的设备对大型、冲击型负载供电，这使电能质量问题Ｆ１益严重。如果，不进行无功补偿，在正常运行时，会反复地使负载的无功功率在很大的范围内波动，这不仅使电气设备得不到充分的利用，网络传输能力下降，损耗增加，甚至还会导致设备损坏、系统瘫痪。２．１．１电力网的功率因数电力网除了要负担用电负荷的有功功率Ｐ，还要负担负荷的无功功率Ｑ。有功功率Ｐ、无功功率Ｑ和视在功率Ｓ之间存在下述关系：Ｓ＝√Ｐ２＋９２（２－１）而专＝ＣＯｓ≯（２－２）被定义为电力网的功率因数，其物理意义是线路的视在功率Ｓ供给有功功率的消耗所占百分数。在电力网的运行中，我们所希望的是功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将大部分用束供给有功功率，以减少无功功率的消耗。６２．１．２补偿无功功率的电路和向量图ａ１电路ｂ）向量图（欠补偿）ｃ１向量图（过补偿）国２—１补偿无功功率的电路和向量图在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例：异步电动机、变压器、萤光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比重。电力系统的电抗器和架空线等也要消耗一些无功功率；同时，各种谐波源也要消耗一定的无功功率。阻感负载可看作电阻Ｒ与电感Ｌ串联的电路，其功率因数为ｃ０。Ｄ：．！！√Ｒ２＋Ｘ：（２．１）式中Ｘ￡＝观给Ｒ、Ｌ电路并联接入Ｃ之后，电路如图２．１ａ所示。该电路的电流方程为ｉ＝ｉｃ＋ｉｕ（２－４）由图２．１ｂ的相量图可知，并联电容后电压Ｄ与ｊ的相位变４，Ｔ，即供电回路的功率因数提高了。此时供电电流ｊ的相位滞后于电压Ｄ，这种情况称为欠补偿““。７ｋ若电容ｃ的容量过大，使供电电流，的相位超前于电压口．这种情况称为过补偿，其相量图如图２．１ｃ所示。通常不希望出现过补偿的情况，因为这会引起变压器二次电压的升高，而且容性无功功率同样会增加电能损耗。如果供电线路电压因此而升高，还会增大电容器本身的功率损耗，使温升增大，影响电容器的寿命。２．３提高功率因数的意义１）提高功率因数可以减少电压损失电力网的电压损失可以表示为：ＡＵ：—ＰＲ＋—Ｑｘ（２．６）Ｕ可看出，影响△【，的因数四个：线路的有功功率Ｐ、无功功率Ｑ、电阻Ｒ和电抗ｘ。如果采用容抗为％的电容来补偿，则电压损失为：ＡＵ：—ＰＲ＋Ｑ（—ｘ－ｘｃ）（２．７）Ｕ故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失△Ｕ减小，改善了电压质量。２）减少线路损失当线路通过电流，时，其有功损耗为：ＡＰ＝３１２Ｒ×１０—３（枷１（２－８）或ＡＰ＝３麦≥枷弋Ｍ∽”可见，线路有功损耗△Ｐ与ｃｏｓ２妒成反比，ｃｏｓ矿越商，ＡＰ越小。对全网线路有功损耗的降低值，应按线路节点问电阻以及所通过的无功负荷分段求出，再将各段的值相加。３）提高电力网的传输能力视在功率与有功功率成下述关系Ｐ＝Ｓｃｏｓ≯（２－１０）可见，在传送一定有功功率Ｐ的条件下，ｃｏｓ庐越高，所需视在功率越小。４）降低变压器的损耗投入电容补偿后，流过变压器绕组中的电流减少，单台变压器减少的有功功率为：叱：Ｑ三簪％×１０一，Ｌ，。Ｇ：补偿电容量：Ｑ：变压器无功负荷；如：变压器等效电阻。故绕组的有功损耗也相应减少。（２．１１）铜损减少的有功功率为：／－．、２婢＝∥２峨【１＿粤Ｉ（２．１２）ｋＣＯＳ吼／鼻：变压器的负载率；ＣＯＳ妒ｔ、ＣＯＳ≯２：补偿Ｉｊ｛ｆ、后的功率因数；△尸ｋ：变压器的额定铜损。５）增加变压器的输出功率’由于补偿后无功负荷的减少，负载降低，相应地增加了变压器的富裕容量，提高了输出能力。设补偿后的功率因数为ＣＯＳ痧。，补偿后新增负荷的功率因数为ＣＯＳ矽。，则有四种情况：１．当ＣＯＳ驴。＜ＣＯＳ毋。时，可增加的视在功率为：ＡＳ＝√ｓ；ＣＯＳ２（九一≯２）＋研一ｓ；一Ｓ２ｃｏｓ（＃ｏ一妒２）（２．１３）２．当ＣＯＳ驴ｏ＝ＣＯＳ≯２时ＡＳ＝Ｓｌ—Ｓ２３．当ＣＯＳ妒ｏ＞ＣＯＳ毋２时△ｓ＝４ｓ；ＣＯＳ２（欢一九）＋ｓ？一ｓ；一ｓ２ｃｏｓ（＃２一丸）４．当ＣＯＳ≯。＝ｌ时，令式（１－１３）中妒。＝０，得。签＝４ｓｉＣＯＳｚ咖２＋Ｓ：一Ｓ；一Ｓ１ＣＯＳ争２研、Ｓｖ补偿前、后的视在功率；△ｓ：补偿后增加的视在功率。（２．１４）（２．１５）（２．１６）第三章无功补偿系统的设计要求、关键技术的解决思路３．１设计要求针对目Ｉｉ｛『配电网无功补偿系统所存在的缺点，同时为配合全国电网改造，适应现代化电力系统的发展需要，系统要求达到：１．高智能化，采用无触点开关，能动态跟踪无功负荷的变化无级投切电容；２．能防止电流谐波的放大并有相应的抑制措施３．能消除装置本身造成的电压谐波对电网的污染４．能实现单节点的最优无功补偿５．在电网三相不平衡时，能对三相负荷进行均何控制６．能实现采样点就地补偿和控制器联网补偿，即位于不同采样点的控制器之间通过数据交换，能综合全电网的运行情况判断最佳投切电容量。７．实现电容器组循环投切，使电容器、电力电子电路使用概率相等，延长使用寿命；８．自动判别并消除振荡投切现象；９．具有过压、过流、过热、缺相等保护功能；ｌＯ．高可靠性，满足户外恶劣环境的工作需要；３．２关键技术的解决思路现有的装置存在的问题是没有很好解决无触点丌关投切电容和在三相不平衡情况下如何进行无功补偿的问题。在实际中，以往的控制策略没有考虑ＳＶＣ挂网运行时对电网造成的其他影响，尤其是造成某些谐波的放大以及加剧电网不平衡度的问题。谐波污染是可能导致系统故障的关键问题，这些问题也应该加以解决。３．２．１无触点投切电容和无级调节投入容量的实现现有的采用无触点控制的无功补偿装置在电容的无级投切这一点大多采用控制触发角来控制投切电容量的多少。这样做会造成较大的冲击电流和引入高次谐波，同时使晶闸管的寿命变短，因而无触点开关控制的优势无法充分的体现出来。针对以上问题，采用品闸管和二极管反并联的形式，结合在电流过零时投切电容的方法，减少了冲击电流；运用通断率控制，可无级调节投入电网的电容容量，避免产生因采用触发角控制产生的电压高次谐波。３．２．２电流谐波放大的原因及其抑制措施采用微机控制晶闸管投切电抗，实现基波无功的分相和跟踪补偿。当配电系统非线性用电负荷比重较大时，容性电抗组的投入，一方面由于容性电抗的谐波阻抗小，注入容性电抗组的谐波电流大，使容性电抗过负荷，严重影响其使用寿命；另一方面，当电抗组的谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐振时，引起容性电抗组中谐波电流严重放大，其结果是电容器因过热而损坏，系统电压严重畸变，影响其他用电设备的安全运行。因此，在非线性低压用电负荷比重较大的配电系统中，应采取抗电流谐波措施，以确保并补电容器组的安全运行。解决方法是在并联的容性电抗组串入感性电抗，抑制电流谐波的产生。３．２．３电压谐波产生的原因和解决思路采用电力电子器件对电抗进行投切，一般采用触发角控制，使完整的正弦波形被斩断，电压波形发生了畸变，产生了高次谐波。软件上可采用通断率进行控制，保持完整的波形，减少电压波形的畸变，同时应该加入无源滤波环节，将有害的高次谐波滤除，减少对电网的污染。３．２．４单机智能算法的实现及单节点最优补偿的实现现有的无功补偿补偿装置，多是微处理器根据接收到检测信号，经过逻辑运算得到实时ｃｏｓ巾，分别送到显示和比较单元。在比较单元中与设定值进行比较，确定是否发出投切命令。控制手段和判别依据比较单一，不能根据现场的实时情况有效的达到过压、过流、欠补及振荡报警和保护功能，更不能做到单节点的动态最优无功补偿。针对现场负荷较小，变化规则，三相平衡比较好的节点，采用单片机为核心的控制器，运用线形规划的最优控制算法控制投切电容器的容量；对负荷大，变化剧烈，三相不平衡度大的节点，采用工控机作为控制器，运用神经网络和遗传算法等智能算法，确定投切电容器的容量，达到理想的效果。３．２．５三相不平衡现象产生的原因和解决思路三相供电系统要求所接入的负荷应三相对称。但在一些供电线路中负荷具有明显的不对称性。负荷的三相不对称将使供电系统中出现对交流电动机的运行十分不利的负序分量，它增大了交流电动机的功率损耗并加剧了其运行时的振动和噪音。可以根据功率平衡器的原理进行无功补偿，把功率因数补偿到任意指定值的同时还将三相不对称负荷补偿成对于供电系统来说是三相对称的。３．２．６实现全局最优的解决思路全局最优要求每个控制器都充分了解整个电网实时运行的信息，即每个控制器不是孤立的，而能进行信息交流。实际中，在电网每一处节点都设置自动补偿控制器是不现实的，在经济上也是不可行的。因此需要进行以下三个方面的研究：１．采用非线性规划方法，选出经济上和补偿效果上均达到最优的若干个控制节点，这些节点的信息应能充分反映电网的运行情况；２．寻求最优算法，使得当控制器工作在就地补偿方式时能达到补偿点局部最优，工作在联网方式时，补偿效果能达到全局最优。考虑到实时性，算法必须简单，联网方式下还必须独立、一致，计算量不随节点的数量增加而有明显变化：３．采用无线通讯方式进行数据传输。３．２．７高精度和高可靠性的保障从硬件、软件两方面着手。在底层系统硬件的设计上，以工业级１６位微处理器为核心，利用计算机辅助技术对硬件电路进行进一步的优化；考虑到元件的老化和“温漂”等问题，系统尽量不使用放大器等对环境变化敏感的元器件。在软件设计上，提出了交流电流过零投切电容器的控制算法、非线性校Ｊ下算法、电容器循环投切控制算法、无功补偿最优控制算法等，以提高系统的控制精度和可靠性。为确保在强干扰条件和恶劣环境下能长期稳定工作，所有调试参数和设定值均由软件设定，同时，软件应充分考虑元件参数的漂移问题。采用双“看门狗”结构，确保不死机。上位机采用可靠性性高，运行速度快的工控机，稳定性好的ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ作为操作系统，对多个下位机进行有效的协调。第四章无功补偿关键技术及系统的实现、总体方案设计４．１无触点投切电容时间的选取和无级调节投入电容容量的实现４．１．１概述过去的无功补偿装置，多采用单片机控制，通过机械断路器来实现电容器的分组投切。缺点是机械触点的使用寿命有限，易损坏，而且电容的投切级数是有限的。现在的无功补偿装最主回路采用晶闸管来控制，与机械断路器相比，晶闸管的操作寿命几乎是无限的，而且晶闸管的投切时刻可以精确控制，以减少投切的冲击电流和操作困难。但现有的采用无触点控制的无功补偿装置在电容的无级投切这一点上做的不很理想，大多采用控制触发角来控制投切电容量的多少。这样做会造成较大的冲击电流和引入高次谐波，使晶闸管的寿命变短，因而无触点控制的优势无法充分的体现出来。为克服上述弱点，专门设计了主回路，并采用专用的过零触发芯片设计了对应的触发回路，消除了无触点开关投切电容时产生的冲击电流。同时，受电阻炉温度控制系统的启发，采用通断率控制来控制电容器的投切，这样既达到了无级调节的目的又减少了谐波对电网的污染。４．１．２基本原理ＴＳＣ（晶闸管投切电容器）的基本原理如图４－１ａ所示。两个反并联晶闸管只是起将电容器并入电网或从电网断开的作用，而串联的小电感只是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流的，在很多情况下，这个电感往往不画出来。因此，当电容器投入时，ＴＳＣ的电压——电流特性就是该电容的伏安特性，即如图中ＯＡ所示。可根据电网的无功需求投切这些电容器，ＴＳＣ实际上就是断续可调的吸收容性无功功率的动态无功补偿器，其电压——电流特性按照电容器组数的不同可以是图中０Ａ、０Ｂ或ＯＣ。当ＴＳＣ用于三相电路时，可以是△联结，也可以是Ｙ连接““。ＡＢＣＵａ）单相结构图。ｂ）电压一０电流特性ｌ，图４—１１＂ｓｃ的基奉原理ＩＬ４．１．３投入时刻的选取选取投入时刻总的原则是，ＴＳＣ擐入电容的时刻，也就是晶闸管开通的时刻，必须～ｌ广。Ｌ｝千一一，：是电源电压与电容器预先充电电压相等的时刻。因为根据电容器的特性，当加在电容上的电压有阶跃变化时（若电容器投入的时刻电源电压与电容器充电电压不相等就会发生这样的情况），将产生一冲击电流，很可能破坏晶闸管或给电源带来高频振荡等不利影响。ｕｖ—————■坠△△．！Ｌ△么二．Ｈｑ图４－２ＴＳＣ理想投切时刻臆理说明圈一般来讲，希望电容器预先充电电压为电源电压的峰值，而且将晶闸管的触发相位也固定在电源电压的峰值点。因为根据电容器的特性方程。ｉｃ：Ｃｄｕｃ．（４．１）如果在导通前电容器充电电压也等于电源电压峰值，则在电源峰值点投入电容时，由于在这一点电源电压的变化率（时『日Ｊ导数）为零，因此，电流ｉｃ即为零，随后电源电压（也即电容电压）的变化率／４‘会按照正弦规律上升，电流ｉｃ即按讵弦规律上升。这样，整个投入过程不但不会产生冲击电流，而且电流也没有阶跃变化。这就是所谓的理想投入时刻。图４．２以简单的电路原理图和投切时的波形对此作了说明。如图４－２所示，设电源电压为岛，在本次导通开始之前，电容器的端电压ｕｃ已通过上次导通时段最后导通的晶闸管ｖｌ充电至电源电压ｃｓ的峰值，且极性为正。本次导４通开始时刻取ｅｓ为和Ｕｃ相等的时刻ｔＩ，给Ｖ２以触发脉冲而使之丌通，电容电流ｉｃ开始流通。以后每半个周波发出脉冲轮流给ｖ，和ｖ２。直到需要切除这条电容支路，如在ｔ２时刻，停止发脉冲，ｉｃ为零，则ｖ２关断，ｖ。因未获触发而不导通，电容器电压保持为ｖ２导通结束时的电源电压负峰值，为下次投入电容器做了准备””““１。４．１．４方案的改进采用晶闸管和二极管反并联的方式代替两个反并联的晶闸管，可以使导通Ｉｊ｛『电容充电电压维持在电源电压的峰值。如图４－３所示，一旦电容电压比电源电压峰值有所降低，二极管都会将其充电至峰值电压，因此不会发生两晶闸管反并联的方式中电容器充电电压下降的现象。但是，由于二极管是不可控的，当要切除此电容支路时，最大的时间滞后为一个周波，因此其响应速度比两晶闸管反并联的方式稍慢，但成本上要低，而且考虑到实际需要，此种方式足以满足补偿的快速性的要求。主电路如下图４．３所示：ｕｖ—————■图４１品『甲Ｊ管和二极管反并联方式土电路图ｖ为晶闸管，ＶＤ为反并联的二极管，Ｃ为补偿电容，Ｒ为与Ｃ并联的大阻值的泻荷电阻。可以保证当晶闸管没有工作时，电容两端的电压能动态的跟随电网的最高电压变化而变化，减少晶闸管导通电容投入时所产生的冲击电流。ＣＳ入厂＼／＼／＼／＼／＼／＾＼一ＶＶＶＶＶ＼／＼／‘一ｕｃ＼／＼／＼／ＶＶＶｔ一叭／＼／、＼厂＼卜一”入／、／、／ＶＶＶＶｔＩｔ，ｈｔ１图４－－４晶闸管和二极管反并联方式波形圈配『ｂ嘲无功补偿系统的研究０膨用图禾４是晶闸管导通前后电源电压、电容两端电压、晶闸管两端电压和电路电流的波形图。（ｔｌ到ｔ４为导通时间段）４．１．５触发电路选用ＭＯＣ３０６１光电双向可控硅驱动器，它是美国摩托罗拉公司最近推出的光电新器件。该系列器件的特点是大大加强了静态ｄｖ／ｄｔ能力。保证了电感负载稳定的开关性能。由于输入与输出采用光电隔离，绝缘电压可达７５００Ｖ。由于采用了光电隔离，并且能用ＴＴＬ电平驱动，它很容易与微处理器接口，进行各种自动控制设备的实时控制。ＭＯＣ３０６１采用双列直插６引脚封装形式．如图４－５所示“”。正壤负臻幽４—５９０ｃ３０６１小惑图器件由输入、输出两部分组成。ｌ、２脚为输入端，输入级是一个砷化镓红外发光二极管（ＬＥＤ），该二极管在５～１５ｍＡ正向电流作用下，发出足够的红外光触发输出部分。３、５脚为空脚，４、６脚为输出端，输出级为具有过零检测的光控双向可控硅。当红外发光二极管发射红外光时，光控双向可控硅触发导通。一般采用６脚接相线，４脚接零线的方式，这样可以保证电压过零时发出触发脉冲。在实际应用中，采用图４＿６接法：Ⅵ０Ｃ３０６ｌ４。¨ｌ’———Ｃ＝＝）Ｊｃｏｎｔｒｏｌｆ～一－ＬｊＬ厂Ｔ一幽４－６触发ｌｂ路图图４．７是相电压ｖＡ和ＭＯＣ３０６１的６脚和四脚之间的电压ｕＶ以及触发脉冲ＶＦ波形图（ｔｌ到ｔ４为导通时间段）：１６Ｖ八八／＼／＼／＼／、／、一＼／ＶＶＶＶＶＶ。一≮门门八卜一—ｌＶＦ—ｔ翻４－７触发波形圈由图牛７可知，由ＭＯＣ３０６１根据电压ｕｖ的过零点来投切电容，此时电源电压为峰值，电容的电压与电源电压的差值为零，而且此时电路中的电流为零，故晶闸管导通电容投入时所产生的冲击电流很小。４．１．６采用通断率控制实现无功无级补偿借鉴大功率电弧炉温度控制系统的经验，采用通断率控制来实现无级补偿，即改变固定周期内可控硅交流开关的通断时捌比例，调节输出到电网的无功电功率。在实际中，通断周期设为０．６秒，因为一个工频周期为２０ｍｓ，故最小的调节容量为最小电容器的１／３０，基本可以看作是无级调节。在实际实验中效果良好。４．２无功补偿装置电流谐波放大及其抑制措施４．２．１概述在低压配电系统中，采用微机控制晶闸管投切电容器组，实现基波无功的跟踪补偿。当配电系统非线性用屯负荷比重较大时，并联电容器组的投入，一方面由于电容器组的谐波阻抗小，注入电容器组的谐波电流大，使电容器过负荷，严重影响其使用寿命：另一方面，当电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐振时，引起电容器谐波电流严重放大，其结果是电容器因过热而损坏，系统电压严重畸变，影响其他用电设备的安全运行。因此，应采取抗谐波措施，以确保并补电容器组的安全运行。４．２．２谐波电流的放大４，２．２，１电容器和主系统的谐波电流ｎ７，由于电力系统中的谐波源主要是电流源，电流源的内阻抗很大，当外阻抗发生变化时其电流基本不变。谐波电流源的负荷是整个供电系统，它包括主系统和所有用户的电力设备。电容器引起的谐波电流放大的基本原理可用图４－８和乒９说明。设谐波源ｈ次谐波电流为ｊ。，进入主系统的电流为Ｌ，进入电容器的电流为Ｌ。在Ｌ＞ｊ。时，称作系统谐波电流放大；在Ｌ＞ｊ。时，称作电容器谐波电流放大；在Ｌ＞ｊ。和Ｌ＞ｊ。同时发生时，称为谐波电流严重放大㈣。▲｝ｋ最Ｘｃ＿Ｌ；ｃｋｈＴ÷／ｈＸＬ二幽４－８潴波ＩＵ流放人系统接线｜璺Ｉ，如，量ｆ南Ｉ％；ｈＸｓｊ６厶（、乡％ｊｂ”Ｉ’ｒｊ啦≯‘图４－９谐波电流放人等敛ＩＵ路图设电容器、电抗器和主系统的基波电抗分别为，Ｘ。、Ｘ。和Ｘｓ，再设ｓ＝ｘｓ／Ｘｃ，ｋ＝Ｘ。／Ｘ。．ｓ和ｋ分别是以Ｘ。为基值的系统电抗率和电抗器电抗率。电容器和主系统的谐波电流为：ｉＣｈ面‰仁面赫Ｌ㈤ｚ，ＪＳｈ＂２ｄ端弘Ｇｚ七一１访。／矗面了而ｉ瓦万（４．３）％互

％毒＼～＋刊Ⅶ４．２．２．２谐波电流放大倍数曲线电容器组的额定电压ｕ。。与母线额定电压Ｕ。的关系为：吣裁弘急母线的短路容量为；ｓｋ＝嵋／Ｘｓ电容器输出的实际无功功率为：反＝蔬（４－４）（４．５）（４．６）电容器组的谐波电流放大倍数ａ。。和系统谐波电流放大倍数ａ。。为两者并联时的谐波电流Ｉ。。和Ｉ。。分别与谐波源电流Ｉ。（所有谐波电流源的等效电流值）之比，即：Ⅸｃｈ５ｉｃｈ｜Ｉｈａ％＝Ｉｓｈ｛ｌｋ谐波放大倍数由式（４－７）和式（４－８）求得，并用比值Ｑｃ／Ｓ－表示为：口“＝口鼎＝ｌ＾２（Ｑｃ／Ｓ。）ｌＩ矾西两巧石巧Ｆ万Ｉｌ鱼２七一１）／（１一Ｊｉ｝）２ｌｌ｜｜１２（Ｑｃ／ｓ；）＋ｂ２晟一１）／（１－ｋ）２ｌ式中：鱼：Ｓ￡墨．七：０Ｘｃ’’南１ｋ）２（斟㈣（一ｌ＆厂～（４．７）（４－８）（４－９）（４一１０）（４．１１）图４－１０，４．１１为对于注入３、５、７次谐波，ｋ＝Ｏ和ｋ＝１３％时的电流放大倍数的数值仿真曲线。令ａ。。一ｃｏ或ｎ。。一一，即令式（４－９）或式（４一ｌＯ）中的分母为零，有：＾２（纠＋Ｇ２¨）…０）２－。㈨㈦得出产生并联谐振的Ｑ。／ｓ。为：９配电州无功补偿系统的研究‘Ｊ心用阻一２湍１０５０Ｏ０．０５Ｏ・１０Ｑｃ／ＳＫ０．１５０・２０Ｉ堇ｉ４１０许波电流放人曲线，Ｋ＝Ｏ（４．１３）Ｏ０．０５０・１０Ｑｃ／ＳＫ０・１５０・２０图４－１１谐波电流放大曲线，Ｋ＝１３％产生并联谐振的Ｑｃ／Ｓ－值见表４＿ｌ。表４－ｌ产生并联谐振的Ｑｃ／ｓｔ值ｋｈ（Ｑ。／最ｋ。一Ｏ３Ｏ．１ｌｌ５０．０４７Ｏ．０２０４６％３０．０５７８５，７１３％３，５，７从图４－１０，４，ｌｌ和表４－ｌ可以看出，并联电容器组未串联电抗器（电抗率ｋ：０）时，３、５、７次谐波均有可能发生并联谐振，相应得谐波电流趋向于无穷大。实际上，由于存在电阻，谐波电流均为一很大的有限值，谐波电流在系统感抗和电容器组问形成谐波环流。当并联电容器串联电抗率为ｋ＝６％的电抗器时，对３次谐波有可能发生并联谐振。由于回路存在电阻，该次谐波电流为一很大的有限值，而对于５、７次谐波，ａｃ“和ａ。。均小于１，即电容器支路对５、７次谐波均无放大作用。当并联电容器串联电抗率为ｋ＝１３％的电抗器时，对３、５、７次谐波电流均无放大作用，ａ一和ｄｓｎ均小于１，而且不存在高次谐波的并联谐振点。４．２．３谐波电流的抑制并联电容器组串联电抗器是抑制谐波电流放大的有效措施，其参数应根据实际存在谐波进行选择。并联电容器之所以能够引起谐波放大，是因为电容器回路在谐波频率范围内呈现出容性，若在电容器回路中串接电抗器，通过选择电抗值使电容器回路在最低次谐波频率下呈现出感性。就可消除谐波放大。为此，串联电抗器的电抗值应满足下式㈣：‰小｝。（４．１４）即Ｘ。＝ｘｃ／矗：，ｎ．考虑到电抗器和电容器的制造误差，通常取Ｘ。：（１．３～１．５）Ｘｃ／＾：抽。目前，国内并联电容器配置的电抗器的电抗率主要有以下４种类型；小于Ｏ．５％、４．５％、６％和Ｉ２％。配置小于Ｏ．５％电抗率的电抗器的主要目的是限制电容器的合闸涌流；当采用基波感抗为容抗的４．５％或６％的串联电抗器时，可抑制５次以上的谐波电流；当采用基波感抗为容抗的１２％的串联电抗器时，可抑制３次以上的谐波电流。２１４．２．４实验结果及分析实验电路如图４－１２所示，电容器为自愈式低压并图４－１２实验电路图联电容器ＢＺＭＪ０。４－５．１（ｃ－－９９．５ｐＦ，ｔ９６＝Ｏ。００１２），电源电压为２２０Ｖ，频率为５０Ｈｚ．当电容器支路分别串联电抗率为ｋ＝ｏ，ｋ＝６％，ｋ＝１３％的电抗器时，用数字示波器对电源电压ｕ和电容器支路电流ｉ的波形进行双踪观测。同时，将电源电压Ｕ和电容器支路电流ｉ经变送器变换为有效值为３．５Ｖ的交流信号后，用计算机进行同步采样。电源电压和电容器支路稳态电流波形见图４．１３（ａ）、４－１３（ｂ），电源电压和电容器支路的电流主要谐波（相对值）和总谐波畸变率见表４．２和表４．３。２２０Ｖ０Ｖ．２２０Ｖ１０Ａ０＾．１０＾Ｉ笙｜４—１２实验ｌｎ路型Ｄ（ａ）｜Ｕ抗牢Ｋ＝０时的ｌ乜源ＩＵ压和ｌｂ容立路Ｉ乜流的波形（ｂ）电抗率Ｋ＝１３％时的电源电压和电容支路电流的波形图４一１３电源电艇和电容支路电流的波形表４．２电网电压主要谐波电压值（相对值）电抗率ＵｊＵ３Ｕ５Ｕ１ＵｓＵｌｌＵ１３Ｕ１５ＴＨＤ。Ｏ１００１．９３２．５５１．３４１．３１Ｏ．３０Ｏ．３３Ｏ．２３３．７５６％１００２．１４１．７６１．０３０．９２Ｏ．１１０．１３０．１９３．１ｌ１３％１００１，３９２．０５１．０１１．００Ｏ．２８０．２７０．“２．８８注：觋：蹰圳㈨～…一表４－３电容器支路电流主要谐波（相对值）和总谐波畸变率电抗率Ｉｉ１３１５１１ＩｓＩｉｌ１１３１１５ＴＨＤｉＯ１００６．８９１３．３７９．６９１５．１８６．２６８．９５１２＿２２２８．６１６％１００１４．５１“．５４３．１５２．４１０．３４０．４８０．６０１８．９７１３％１００１７．２３２．７９０．６８０．５６０．４１Ｏ．４４０．５ｌ１７．４９注：一鲡×ｔｏ‰…觥…率由于非线性低压用电负荷都是谐波电流源，当谐波电流注入系统后，谐波电流通过电网的阻抗产生谐波电压，使电压发生畸变，电源电压的畸变又引起电容器支路电流的畸变。电容器支路的谐波电流频带宽，电流总谐波畸变率大，电流波形严蕈畸变。串联电抗器后，除了电容器支路能避免并联谐振（ｋ＝６％时，能将５次及以上的谐波脱谐；ｋ＝１３％时，能将３次及以上谐波脱谐１外，由于电抗器的感抗随频率的升高而增大，从而具有抑制谐波电流的作用，使电容器支路的高次谐波电流减小，电流总谐波畸变率下降，波形明显改善。４．２．５结论非线性用电负荷的存在是影响电网中并补电容器安全运行的关键，采用电抗器与电容器串联，可有效防止电容器组的谐振容抗和系统等值谐频感抗相等而发生的并联谐振，抑制电容器组的谐波电流。另外，串联电抗器可限制晶闸管误触发和事故情况下的合闸涌流。４．３无功补偿装置电压谐波滤波器参数的计算４．３．１概述在进行无功补偿时，不可避免的给电网的电压中带入谐波，为消除无功补偿装置给电网电压的不利影响，有必要给无功补偿装置添加电压滤波环节。本节对滤波器参数的计算进行了分析和研究。电压谐波滤波器原理图如图４—１４所示：ＴＣＲＨ７ＨｅＨ５Ｈ・Ｈ３Ｈ２幽４一１４ｒ乜Ｋ谐波滤波器原理图４．３．２滤波器组参数的计算４．３．２．１单频调谐滤波器的参数计算单频调谐滤波器为ＬＣ串联电路，它一方面满足对所选定次数的谐波产生谐振，形成低阻通路而吸收该次谐波，如Ｈ２～Ｈ６就是为吸收２～６次谐波而设定的；另一方面对基波提供分配到的容性无功乏值。它的Ｌ和Ｃ参数应由下式确定：嘲￡５去ｎｏ）．Ｌ≯撼（４．１５）（４．１６）∞ｌＣ’式中，”１为基波角频率；Ｕ为电网线电压；ｎ为谐波次数，ｎ＝２，３，４，５，６；Ｑｎｆ为ｎ次滤波器分配到的无功。每套单频调谐滤波器的电阻很小，品质因数高，选择性强，只对选定的谐波有良好的低阻导通效果，偏离该谐波值，阻抗增加，损耗增大，因此不能兼顾其它谐波啪１。４．３．２．２高通滤波器的参数选择图４－１５为高通滤波器的电路原理图：图４一１５高通滤波器的电路原理图传递函数与特性参数高通滤波器的传递函数为：鱼：“＾～瑟¨历１Ｒ＾告ｓ＋瑶ＣＬＣｏ—ｕ表征其特性的参数为（１）特征角频率‰＝ｌ／Ｌ，／历，该角频率对应的谐波号为‰＝‰加（２）等效品质因数Ｑ＝Ｒ√巧