附件二：
國家電網公司科學技術專案
可行性研究報告
一、 目的和意義
本專案旨在評估電鐵負荷對電力系統的影響，制定電鐵負荷造成的電壓波動、三相電壓不平衡度、諧波電流和諧波電壓等多項電能質量指標超標的解決方案，研製開發靜止同步補償器（statcom），並應用於小營220kv變電站110kv側，重點解決電壓波動、負序和諧波問題。
隨著經濟的持續增長，我國的電氣化鐵路正在迅速的發展。但是隨著電氣化鐵道的快速發展和迅速進入人口稠密的經濟發達地區，牽引供電系統的電能質量問題也受到日益廣泛的關注。
電氣化鐵路是一種單相不對稱波動負荷，具有以下特點：以鐵路鋼軌與大地為導體的單相移動負荷；負荷隨列車重量、線路坡道、牽引或制動等不同條件而劇烈變化；負荷電流中含有大量諧波電流；無功電流大，功率因數低；對電力系統產生負序電流和負序電壓。由於鐵路運輸的特殊性，電鐵機車沿鐵路移動用電，其產生的危害程度比起其他型別的非線性裝置要嚴重的多。
電鐵牽引負荷波動頻繁、衝擊大，給電力系統及其他電力使用者帶來許多不利影響。在機車執行過程中，具有嚴重的非線性，向電力系統注入大量的高次諧波電流，成為電力系統中最大的諧波源；其開停頻繁，有功衝擊大，造成電力系統電壓嚴重波動；同時，自其出現以來就存在由於其結構上具有嚴重的不對稱性，向電力系統注入了大量的負序電流；再加上目前我國絕大部分電力機車採用單相閘流體相控整流制式，由此帶來牽引供電網功率因數低、諧波含量高等一系列問題，嚴重影響公用電網的電能質量。由於電鐵機車沿鐵路移動用電，其產生的危害性遠比其他任何諧波源裝置更為嚴重，更為廣泛。
又因為其功率大，華北地區內廣泛分布，對電力系統的安全經濟執行影響面很廣。
小營站220kv變電站屬樞紐變電站，主變容量為540mva，無功備用容量不足，電壓穩定性問題突出。同時，站內兩台主變的110kv母線分別給大同鐵路和天津鐵路牽引站供電，並同時還要向許多廠礦供電。由於電力機車為大功率單相衝擊性負荷，使得電壓波動、三相電壓不平衡度、諧波電流和諧波電壓總畸變率等多項電能質量指標都超過國家標準限值。
給電網造成了嚴重汙染，影響了其它負荷的正常生產。
靜止同步補償器statcom（static synchronous compensator，以往稱為svg：static var generator），是當今無功補償領域最新技術的代表。statcom併聯於電網中，相當於乙個可變的無功電流源，其無功電流可靈活控制，跟隨負載的變化自動快速連續調節無功功率補償量，維持母線電壓，或者通過電流跟蹤補償實現對衝擊性負載或諧波負載的實時動態補償。
由於其響應速度快， statcom對解決衝擊性負荷所帶來的三相不平衡、電壓波動、諧波超標、功率因數低等電能質量問題有著重要的意義。
該專案在小營變電站110kv側母線安裝statcom，綜合治理電鐵負荷造成的電壓波動、三相電壓不平衡度、諧波電流和諧波電壓等多項電能質量指標超標問題。在110kv側裝設statcom，在提高系統電壓穩定性，抑制母線電壓波動，治理三相電壓不平衡度，治理諧波，提高電能質量等方面都可以起到很好的作用。
由於小營變電站的主要負荷為電力機車負荷，在該變電站中statcom裝置的應用對其它同型別變電站具有指導意義。同時，由於此專案是在秦皇島地區實施的首套statcom裝置，具有重要的示範作用。並且，進行專案分析計算過程中使用的statcom模型、引數、專案的分析計算方法、裝置的實際執行維護經驗等，都可作為技術儲備，為其它先進的電力電子技術應用奠定基礎。
statcom技術在電力系統中的應用和推廣將推動我國電網控制技術向更高水平發展。
基於此背景，該項目的順利實施具有重要意義。
二、 國內外研究水平綜述
改革開放以來，我國電氣化鐵路（以下簡稱「電鐵」）獲得迅速發展。目前，全國電鐵通車里程逾萬公里，遍及全國十八個省（自治區、直轄市）電網。隨著電氣化鐵道的快速發展和迅速進入人口稠密的經濟發達地區，牽引供電系統的電能質量問題受到日益廣泛的關注。
據不完全統計，自電鐵投運三十多年以來，電鐵諧波與負序已引發過200mw發電機跳閘，山西、河南、貴州等電網大面積停電或系統解列，電網產生區域性諧振，發電機轉子損壞，繼電保護非正常頻繁啟動，使用者電動機和電容器大量燒壞，小火電廠不能就近並網等一系列危害，使社會、電力部門和使用者蒙受了巨大的經濟損失。隨著電鐵運量的增加和電鐵向東部發達地區擴充套件，如電鐵諧波仍然不能得到及時治理，其產生的危害將會更加嚴重。電力工業部指出為認真貫徹《電力法》，確保供電的電能質量，保障電網安全和廣大使用者的利益，在保證電鐵安全供電的同時，必須盡早盡快治理好鐵路牽引系統電能質量。
目前，我國電氣化鐵路無功補償及諧波治理，主要是從作為汙染源的機車本身和牽引變電站兩方面著手來提高電能質量。電鐵負序治理現狀之一是通過平衡變壓器或v/v接線方式治理負序，另一方法是採用輪流換相技術來平衡負荷治理負序。
提高機車自身的功率因數並降低諧波的措施有裝設電力機車無功補償裝置及多段橋整流方式；在牽引變電站提高功率因數、降低諧波：通過在變電站牽引母線通過真空開關投入三次諧振濾波器補償電路是乙個廣泛採用的方法，其優點是在變電站集中補償，需要的補償裝置總容量較小，投資節省；可補償接觸網線路電感產生的無功功率；根據供電臂的無功電流而調整補償量，變電站有較高的功率因數，流入電力網的無功電流與諧波電流相對較小。缺點是它不能細調且響應慢，由於開關投切時間的隨機性，投切是有很大的電流衝擊與很高的過電壓，易使開關與電容器損壞。
作為開關投切電容器的公升級，tsc是乙個不錯的選擇。它本身不產生諧波，但是它最大的不足就是不能夠連續調節，只能分級調節。這種方法特別適用於行車密度低，且列車為過載的區間。
從日本的經驗看所佔比例僅為7％。絕大部分場合仍採用tcr型的svc。
治理電鐵的所帶來的不平衡、電壓波動、諧波超標等電能質量問題，從技術上講，statcom相比svc更有優勢。主要體現為以下幾點：
1） 響應更加迅速。svc的響應時間為60～100ms，statcom響應時間≤10ms；
2） 電壓閃變抑制能力倍增。svc對電壓閃變的抑制最大可以達到2:1，statcom對電壓閃變的抑制很容易達到4:
1甚至5:1。svc受到響應速度的限制，即使增大裝置的容量，其抑制電壓閃變的能力不會增加；而statcom不受響應速度的限制，增大裝置容量可以繼續提高抑制電壓閃變的能力；
3） 執行範圍更寬。statcom通過直接調節無功電流實現無功功率補償，其輸出電流不依賴於電壓，表現為恆流源特性；svc通過調節等值阻抗實現無功功率補償，其輸出電流和電壓成線性關係。因此，statcom的電壓－無功特性優於svc，即當系統電壓變低時，同容量的statcom可以比svc提供更大的補償容量；
4） 可靠安全，維護管理簡單。在故障條件下，statcom比svc具有更好的控制穩定性，svc使用了大量電容器和電抗器，因此當外部系統的支撐變弱時，svc會產生不穩定性，而statcom對外部系統執行的條件和結構變化不敏感；
5） 諧波含量很低。statcom採用了高頻脈寬調變（pwm）技術與多電平技術，不僅自身產生的諧波含量很低，而且可以在一定程度上消弱負荷產生的諧波。svc本身是乙個很大的諧波源，要考慮避免所有的諧振情況，匹配完全合適的濾波器是非常困難而不可能的；
6） 占地面積減小。由於無需高壓大容量的電容器和電抗器做儲能元件，statcom的占地面積通常只有相同容量svc的50％；
7） 功率損耗低，節電效果顯著。statcom由於不存在大容量的電容，電感器件，因此功率損耗比較低。且由於模組化設計，statcom的功率調節更靈活，超過調節需求部分的模組可以實現暫時閉鎖，處於熱備用狀態，此時其功耗接近於0；
8） 不會產生併聯諧振或諧波放大問題。svc併聯濾波器，容易引起諧波發大甚至併聯諧振問題。statcom從工作原理上避免了產生併聯諧振的可能。
【國外statcom研究水平的現狀和發展趨勢】
靜止同步補償器（statcom）是facts技術的乙個重要方面。statcom作為一項前瞻性研究的新技術，當今國外研製成功並投入執行的大容量statcom裝置不足十套，主要包括：
（1）日本關西電力與三菱電機共同研製的於2023年1月投運的世界上首颱statcom樣機。裝置容量為20mva，母線電壓77kv，採用了閘流體強制換相的電壓型逆變器。直流側電壓917v，是通過啟動變壓器、整流器、平滑電抗器和6.
6kv線路相連獲得的。主電路結構採用三相橋六重化方案，逆變器由六個單元逆變器組成，每個單元逆變器的輸出電壓波形相同，依次相差10°，六個單元逆變器的輸出經由輸出變壓器合成為具有36階梯的階梯波。
（2）美國epri和西屋公司研製的於2023年10月投入執行的±1mva statcom裝置。這是世界上首颱採用大功率gto作為逆變器元件的靜止無功補償器。因為研製的目的是驗證statcom的基本原理，所以裝置的容量較小，主電路選擇了兩個三相橋移相30°的簡單多重化方案。
（3）日本關西電力公司與三菱電機共同研製的於2023年投運的採用gto±80mva的statcom裝置。該裝置首次實現了自勵式起動。主電路採用了三相橋八重化的方案，各個橋之間移相角相差7.
5°。單相橋中的每乙個開關由三隻4500v、3000a的gto串聯組成（其中乙隻作為冗餘），直流側電壓4150v，gto串聯電路中，為了保證各只gto上的動態均壓，不僅每只gto併聯了rcd 動態均壓電路，而且在每只gto的驅動電路中串聯了可調電感，用來補償各gto關斷時間的差異。
（4）東京電力公司分別與東芝公司和日立公司開發了兩台±50mva statcom裝置，於2023年投運。該裝置採用了三相橋四重化方案，直流側電壓16kv。三相橋中的每個開關由12只gto串聯而成（3個模組串聯，每個模組由4只gto組成）。
同時，為了提高響應速度並降低諧波含量，兩台statcom裝置的三相逆變器分別採用了雙脈衝和三脈衝pwm調製。
科技專案可行性研究報告
專案名稱 專案申報單位 編制單位 年月日編制 校核審核 批准 1 總論 1.1 主要依據 1.2 主要原則 2 專案必要性 從現狀 問題 技術 經濟等方面論證專案的必要性。3 專案需求分析 從本業務需求和跨業務需求兩方面作充分分析，對專案需求的範圍和深度進行固化。4 專案方案 4.1 專案目標和範圍...
專案可行性研究
習題6 某港煤炭碼頭建設工程 習題6.1 概述 某港位於我國北部沿海，水域不淤，不凍，浪小，水深，自然條件優越，海上航線發達。該港傳統上以輸出能源為主，有多條鐵路線與我國主要產煤省區相連，每年有大量煤炭從該港下水，運往國內南方地區和出口國外，隨著我國經濟高速增長，國內各地，尤其是南方各省缺煤地區對每...
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