云南省银塔送变电设计有限公司 云南昆明 650206
摘要：静止无功发生器（SVG）的推广使用，不仅改善了电力品质，大幅度地减少电力输送的能耗，同时提高了电力系统的安全性，有利于能源多样化的实施。本文城市轨道交通领域为研究对象，分析了该技术的具体应用。
关键词：城市轨道交通；无功补偿；SVG
前言
城轨交通的建设与发展，直接推动着城镇化的进程与城市繁荣，不仅有利于发挥大城市的辐射功能和节能减排，而且有效的缓解大城市交通拥堵。但对于大电力系统供电且相对容量有限的城轨交通牵引负荷，在忽略系统中部分远离城市的火力发电厂排除污染物由牵引负荷分摊少量份额的情况下，采用城轨交通电力牵引一般可视为污染物零排放的绿色交通，显然，增加城轨交通在城市公交总运量中的比重，将有效减少污染物排放，改善城市空气质量，有利于环保。
1、SVG技术概述
1.1 SVG的基本结构
众所周知，在单相电路中，与基波无功功率有关的能量是在电源和负载之间来回往返的。但是在平衡的三相电路中，不论负载的功率因数如何，三相瞬时功率的和是一定的，在任何时刻都是等于三相总的有功功率。因此，在三相电路的电源和负载之间没有无功能量的来回往返，各相的无功能量是在三相之间来回往返的。所以，如果能用某种方法将三相各部分统一起来处理，则在总的负载侧就无须设置无功储能元件。三相桥式变流电路实际上就具有这种将三相各部分总的无功功率统一起来处理的特点。因此，理论上讲，SVG的桥式变流电路的直流侧可以不设储能元件。实际上，考虑到变流电路吸收的电流并不仅仅包含基波，其谐波的存在多少会造成总体看来有少许能量在电源和SVG之间往返。所以为了维持桥式变流电路的正常工作，其直流侧仍需要一定大小的电感或电容作为储能元件，但所需储能元件的容量远比SVG所能提供的无功容量要小。而对传统的SVG装置，其所需储能元件的容量至少要等于其所提供无功功率的容量。因此，SVG中储能元件的体积和成本比同容量的SVG大大减小[1]。
严格地讲，SVG应分为采用电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型。其电路基本结构分别如图1（a）所示，直流侧分别采用的是电容和电感这两种不同的储能元件。对电压型桥式电路，还需要再串联上连接电抗器才能并入电网：对电流型桥式电路，还需要在交流侧并联上吸收换相产生的过电压的电容器。实际上，由于运行效率的原因，迄今投入使用的SVG大都采用电压型桥式电路，因此SVG往往专指采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿的装置。
在这种情况下，只需使和同相，仅改变幅值大小即可以控制SVG从电网吸收的电流是超前还是滞后90°，并且能控制该电流的大小。当电流超前于电压，SVG发出容性无功功率：当电流滞后于电压，SVG发出感性的无功功率。
2、SVG技术的应用研究
2.1轨道交通功率因数的特点及电抗器装置的应用分析
轨道交通供电系统的容性无功主要由中压环网电缆产生，其量值基本固定。因此，理论上可以采用电抗器固定补偿的方式进行补偿。这种方式既简单，又便于运营维护，而且节省投资。但是，由于轨道交通白天与夜晚负荷变化较大，初期与近远期负荷变化也较大，采用固定补偿方式，要达到0.95这样比较高的功率因数相对比较困难。这就需要用其他装置进行可调式补充[2]。
2.2轨道交通供电系统特点及有源滤波装置的应用分析
轨道交通用电负荷具有以下特点：
①白天负荷大，加上电缆产生的容性无功，供电系统的总功率因数能够满足电力系统的要求：夜晚负荷小，中压电缆产生的无功不能被负荷吸收，导致系统无功返送。
②白天谐波含量大，由于白天动力照明系统内的变频负荷、整流负荷均投入运行，这使得动力照明系统的谐波含量较大：夜晚谐波含量小，因为夜晚变频负荷、整流负荷大多停运，系统内的谐波含量很少。
根据以上特点，结合0.4kV有源滤波装置既能滤除谐波，同时还能补偿无功的双重功能，将有源滤波装置的作用按照白天和晚上进行划分：白天利用0.4 kV有源滤波装置重点滤除低压系统谐波，夜晚利用该装置除滤波外还进行无功补偿，补偿中压环网产生的容性无功（该无功量相对固定）。但是，有源滤波装置的容量有限，以120A有源滤波装置为例，其最大无功补偿容量为83kvar，相对于环网电缆产生的无功，补偿能力较小。
2.3无功补偿方案
综合轨道交通的无功补偿需求及电抗器、有源滤波装置的特点，电抗器与有源滤波装置可相互补充，有源滤波装置容量较小，而电抗器容量较大；电抗器只能固定补偿，而有源滤波装置可以起到一定的调解作用。因此，简化的无功补偿方案如图3所示，各降压变电所根据0.4 kV谐波含量设置有源滤波装置，主变电所设置电抗器，并且为电抗器设置调解抽头[3]。
2.4功能实现
0.4 kV有源滤波装置的原理是通过对测量点的电特性参数进行分析，确定测量点的谐波含量及功率因数，然后对其进行滤波和无功补偿。对于轨道交通供电系统0.4 kV侧来讲，通过该原理便可解决0.4kv侧的滤波和无功补偿的问题。可要实现也晚有源滤波装置对中压电缆容性无功的补偿，是无法简单的通过对测量点的补偿完成的。因此需要由供电系统与有源滤波装置共同完成该功能，具体如下：
①首先，0.4 kV有源滤波装置应具有通信功能，并具有远动调节滤波和无功补偿目标值的能力：
②在主变电所设置带有调解抽头的电抗器：
③通过主变电所电能质量的监测点确定无功补偿总需补容量；
④结合全线0.4 kV有源滤波装置的配置情况，对无功补偿总需补容量进行分配，并通过电力监控下达给各降压变电所的0.4 kV有源滤波装置；
⑤有源滤波装置将测量点的谐波含量、功率因数及电力监控下达的无功补偿容量三者结合，确定新的滤波及无功补偿目标值。
结语
电力电子技术是轨道交通的核心技术，我国急需开展高压大功率电力电子器件、大容量高功率密度功率变流器、电力牵引交流传动控制技术的研发工作，以满足我国高铁和城市轨道交通的发展需求。研究表明采用SVG动态补偿、滤波技术以后，首先可以提高补偿效率，理论上可以将补偿后的功率因数提高到1，从而减少线路损耗，节省工程投资；其次，SVG功能齐全，不但能补偿功率因数，还能滤波、消除三相不平衡电流，能在区间隧道、停车场及车辆基地内大容量设备启动、运行，以及在照明分区控制方面发挥作用；第三，SVG装置容量小，发热量小，适合地铁车站、隧道区间、停车场配电室环境要求。因此可以逐步推广使用SVG动态补偿、滤波装置。
参考文献：
[1]庄文柳，张秀娟，刘文华.静止无功发生器SVG原理及工程应用的若干问题[J].华东电力.2014（08）.
[2]万庆祝，张辉，陈建业，吴命利，朱桂萍，王科.SVG和STATCOM在电气化铁路中应用新进展[J].大功率变流技术.2013（05）.
[3]钟骏.浅议动态无功补偿装置SVG在地铁供电系统中的应用[J]. 铁道勘测与设计.2013（03）.
论文作者:王胜群
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/8
标签：装置论文; 谐波论文; 功率因数论文; 容量论文; 轨道交通论文; 负荷论文; 功率论文; 《基层建设》2016年7期论文;