浅谈动态无功补偿(SVG)设计在城市轨道交通供电系统中的应用

浅谈动态无功补偿 (SVG)设计在城市轨道交通供电系统中的应用

林宇心

厦门轨道交通集团运营分公司 福建厦门 361000

摘要：在城市轨道交通工程中，电力系统功率因数的调节总是复杂的。由于城市轨道交通运营初期电力系统负荷率低，电力电缆产生的无功功率难以吸收，导致系统功率因数低，无功损耗大。另一方面，由于城市轨道交通的特点是夜间维护、白天运营，白天不同时段的负荷性质不同，电力系统的功率因数在固定时间内不符合电力部门的要求。因此，必须引入SVG作为城市轨道交通电力系统的功率因数调节解决方案。

关键词：城市轨道交通；供电系统；动态无功补偿；功率因数调整

前言

城市轨道交通的运营离不开电力系统的支撑。优化电力系统电能质量的关键在于动态调整系统功率因数，以更好地保证电能质量。从城市轨道交通无功补偿现状出发，介绍了无功补偿装置的特点和优点，研究了将SVG无功补偿装置添加到电力系统的方法，该装置的使用可以大大提高电能质量。

一、SVG动态无功补偿装置的基本原理和组成

SVG动态无功连续补偿装置是一种新型的可调连续双向补偿电源。基本原理是:IGBT管式三相并联变换器并联并网，系统电流由电流变换器采集到SVG控制系统中，控制系统通过实时控制电路分离负载电流中的无功元件，并采用IGBT触发控制通过调整三相变换器直流侧输出电压的相位和幅度，可以快速吸收(在感知模式下)或发射(在体积模式下)持续不断地补偿动态无功所需的无功电流。SVG的基本原理是通过高压连接变压器将自动开关桥电路连接到电网上，正确调整桥电路交流侧输出电压的幅度和相位，或者直接控制桥电路交流电流，使电路吸收或释放符合的无功电流h .无功补偿装置H.SVG在原理上有创新突破，使电容器失效，无电容器产生无功。全面解决了和谐环境下的动态无功补偿问题，是无功补偿的替代产物。

二、城市轨道交通无功补偿的现状

城市轨道交通工程供电系统采用双层集中供电系统。主要由110kV主变电站、35kV牵引减压联合变电站组成。分析了电力系统的组成和负荷组成，无功补偿要求主要由牵引负荷、变压器负荷和电缆负荷以及电力照明负荷组成。(1)牵引负荷:功率因数较高，一般大于0.95，无需补偿牵引负荷。牵引负荷使用简单、易于控制的电力，功率因数较高、稳定，无功需求较低。(2)变压器和电缆:中压环路网线和低压电力线具有相同的应用优势，即提供体积无功功率。电网建成后，变压器的感知无功能保持相对稳定，电缆提供的容积无功无明显波动，可控性好。(3)电力和照明负荷:需要对通信系统、信号系统、照明系统等多个电力系统提供协调支持。各电力系统运行特点不同，启动时间不同，功率因数不同，范围为0.5 ~ 0.8，加大了控制难度，不利于粒度控制的发展。

三、无功自动补偿功能

无功自动补偿功能包括:(1)电压自动调节:根据电压质量要求，用带电调压变压器、电容器和抗原组自动调节。完成此操作后，总线电压将优化以保持在合理范围内。(2)无功自动补偿:根据电压优先的基本原则，无功自动触发电容器组用于优化系统运行状态，以避免出现过电流或过电流补偿的异常情况。(3)操作记录和搜索功能:详细记录操作信息，然后根据需要查看、显示和打印。(4)遥信:主要形式为遥信、遥测、遥控，完全符合变电站自动运行的要求。(5)利用预防控制机制，避免带电调压开关的滑移或排气限制。(6)两大变压器调压运行稳定，输出电压差可在相对较小的状态下控制，从而改善运行协调。(7)变压器负荷超过额定电压1.1倍时，进行闭锁吊装操作，触发报警信息通知有关人员，全过程响应水平高。

四、设计方案实例解析

城市轨道交通供配电系统产生的无功包括感知无功和体积无功。(1)负载电缆产生的反应能力110kV。(2)主变压器空流引起的无功损耗。(3)充电电缆3)35kV产生的无功。(4)35kV侧减压变压器、跟踪变压器、综合建筑变压器、牵引变压器的灵敏无功。(5)机车和各种电气设备产生的无功。该程序主要计算系统运行期间的最大无功需求，因此选择地铁夜间停车时的最大无功功率和最小无功功率进行计算。城市轨道交通中某变电站无功补偿能力核算实例:该变电站的两个入口通道:一个变压器a全长4.0公里，另一个变压器b全长2.1公里，均为110kV-YJLW03电缆本期主要变压器容量为31.5兆瓦，期末为50兆瓦。电缆的充电功率估计为690千伏安/公里。由于变压器中已经安装了40 mvar的无功功率，因此该回线缆的负载功率将被抵消一半。在这种情况下，功率因数为0.95，根据国家能源署《国家能源文件》，电网主变压器高压侧的功率因数不得小于0.95，最大负荷小于0.95，最小负荷小于0.95，最小功率因数不得小于0.95

总结：根据实际负载和功率因数数据，站无功补偿装置将高压电缆负载功率、变压器无功损耗和低压电缆负载功率的补偿作为负载侧无功补偿，并予以适当考虑。本期MVA无功补偿设置在变压器a的输入端，mvr无功补偿设置在变压器b的一侧，本方案采用SVG无功补偿装置补偿35kV母线，可实现双向补偿和连续负载调整。补偿能力旨在将功率因数稳定在0.95以上。

结束语

综上所述，SVG设计已成功地应用于国家城市轨道交通项目。对国内几个城市轨道交通项目供电系统的研究，再加上电力供应局对电能质量的具体要求，提出并实施了动态无功补偿装置的设计方案，使城市轨道交通的供电系统更加完善。

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