靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVG）在城市軌道交通供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVG）可解決電力系統(tǒng)無(wú)功功率的補(bǔ)償和諧波治理問(wèn)題，已廣泛應(yīng)用于多個(gè)城市軌道交通的供電系統(tǒng)。在分析SVG裝置工作原理和功能作用后，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行案例，提出優(yōu)化建議，確保軌道交通安全高效運(yùn)營(yíng)。

關(guān)鍵詞：軌道交通；供電；無(wú)功補(bǔ)償；SVG裝置

隨著我國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展，城市軌道交通供電系統(tǒng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)重要的用戶之一。由于軌道交通負(fù)荷是一個(gè)交直流混合的系統(tǒng)，運(yùn)行方式比較復(fù)雜，且隨著時(shí)間的變化出現(xiàn)較大的波動(dòng)性，因此呈現(xiàn)出移動(dòng)性、時(shí)變性、非線性等特點(diǎn)，導(dǎo)致供電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中容易產(chǎn)生低功率因數(shù)、電壓波動(dòng)與閃變、諧波、以及三相不平衡等問(wèn)題。不僅使供電系統(tǒng)電能質(zhì)量逐步惡化，同時(shí)諧波還會(huì)引發(fā)設(shè)備過(guò)熱、運(yùn)行異常和能耗損失，嚴(yán)重影響了供電系統(tǒng)的可靠性。因此，在城市軌道交通供電系統(tǒng)中采用靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVG）進(jìn)行電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償和諧波治理，提高供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和可靠性，確保軌道交通安全高效運(yùn)營(yíng)。

1 SVG的基本結(jié)構(gòu)原理

SVG裝置通常由VSC逆變器、直流電容器、連接變壓器（或電抗器）、斷路器及冷卻系統(tǒng)等部分構(gòu)成。其工作原理是將自換相橋式電路通過(guò)電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過(guò)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流的相位和幅值，使電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。?dāng)采用直接控制電流方式時(shí)，由于SVG不再采用LC回路進(jìn)行濾波，而是采用PWM電流控制技術(shù)進(jìn)行濾波，是發(fā)出與負(fù)荷諧波大小相同方向相反的諧波與之相抵消，從而達(dá)到有源濾波的效果。

SVG等效原理圖如圖1所示。將系統(tǒng)看作一個(gè)電壓源，SVG可以看作一個(gè)可控電壓源，連接電抗器可以等效成一個(gè)線性阻抗元件。

SVG運(yùn)行模式及其補(bǔ)償特性如表1所示。

2 SVG的技術(shù)特點(diǎn)

SVG采用了空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）控制策略和基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的無(wú)功電流檢測(cè)方式，結(jié)合鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，解決了在接入系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)所引發(fā)的各種問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償方式質(zhì)的飛躍。

從技術(shù)方面講，SVG有如下特點(diǎn)：（1）動(dòng)態(tài)補(bǔ)償：可同時(shí)對(duì)無(wú)功功率和諧波進(jìn)行補(bǔ)償，且補(bǔ)償無(wú)功功率可做到連續(xù)平滑雙向調(diào)節(jié)，滿足功率因數(shù)補(bǔ)償需求，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。（2）響應(yīng)時(shí)間短：整機(jī)響應(yīng)時(shí)間≤5ms，可實(shí)現(xiàn)額定容性和感性輸出任意切換，滿足任何沖擊性負(fù)載的補(bǔ)償。（3）優(yōu)異的諧波輸出特性：SVG既可以輸出近似正弦波的無(wú)功電流用于電網(wǎng)補(bǔ)償，也可以輸出設(shè)定次數(shù)的諧波電流用于負(fù)荷諧波濾波，很好的滿足無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的綜合需求。（4）高可靠性：SVG是電流源特性，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不敏感，輸出無(wú)功不受母線電壓影響，且采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)模塊化和冗余設(shè)計(jì)，一個(gè)模塊故障仍可繼續(xù)運(yùn)行。（5）控制方式靈活：可單獨(dú)補(bǔ)償電壓、無(wú)功、功率因數(shù)，也可采用綜合控制、AVC控制等，各種模式無(wú)縫切換。（6）占地面積小：SVG裝置模塊化、小型化，減小了占地面積，節(jié)約建造成本。（7）運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單：SVG采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝和調(diào)試工作方便，后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作量小。

3 SVG的應(yīng)用

南寧軌道交通1號(hào)線供電系統(tǒng)采用集中供電方式，主變電站進(jìn)線電源為110kV，系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)電壓為35kV。由萬(wàn)力主變電站和秋屋主變電站對(duì)1號(hào)線各車站、停車場(chǎng)和車輛段牽引變電所和降壓變電所進(jìn)行供電。在萬(wàn)力主變電站和秋屋主變電站主變低壓側(cè)35kV I、II母線各安裝一套榮信電力電子股份有限公司生產(chǎn)的SVG裝置，容量均為5Mvar。SVG裝置以變電站110kV進(jìn)線無(wú)功功率及35kV母線電壓作為控制目標(biāo)，動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，并根據(jù)相應(yīng)情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，確保變電站在任意負(fù)荷下高功率因數(shù)運(yùn)行。經(jīng)過(guò)近1年的投入運(yùn)行，取得了預(yù)期的效果。

3.1 諧波電壓

以秋屋主變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)為例，表2為SVG補(bǔ)償前后35kVⅠ段母線主要諧波電壓含有率統(tǒng)計(jì)，根據(jù)數(shù)據(jù)比對(duì)，各主要諧波電壓含有率及電壓總諧波畸變率均有明顯改善，并符合GB/T 24337-2009《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波》要求。

3.2 諧波電流

表3為SVG補(bǔ)償前后35kVⅠ段進(jìn)線主要諧波電流含量統(tǒng)計(jì)，根據(jù)數(shù)據(jù)比對(duì)，各主要諧波電流含量均有一定改善，并符合GB/T 24337-2009《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波》要求。

3.3 功率因數(shù)

表4為SVG補(bǔ)償前后變電站110kV側(cè)功率因數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)比對(duì)，SVG投運(yùn)后，系統(tǒng)電能利用率得到提高，功率因數(shù)由0.837提高到0.999，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 優(yōu)化建議

（1）目前部分SVG系統(tǒng)啟動(dòng)和退出操作較為繁瑣，建議優(yōu)化各子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)SVG系統(tǒng)的“一鍵啟動(dòng)”或“一鍵退出”功能，自動(dòng)完成啟動(dòng)或退出運(yùn)行過(guò)程。

（2）目前變電站均按無(wú)人值班模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，SVG后臺(tái)應(yīng)與變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)置于控制室，實(shí)現(xiàn)就地和后臺(tái)均可進(jìn)行遙控遙調(diào)等操作，便于值守人員進(jìn)行運(yùn)行管理。

（3）SVG強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱方案存在噪音較大、風(fēng)壓易導(dǎo)致灰塵易堵塞濾網(wǎng)和模組散熱器，需經(jīng)常清理維護(hù)等問(wèn)題，建議新投入設(shè)備采用水冷散熱方案，提高散熱效率，解決閥組濾網(wǎng)維護(hù)工作量大及室內(nèi)噪音大的問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

SVG作為第三代電能質(zhì)量治理技術(shù)，解決了城市軌道交通供電系統(tǒng)的低功率因數(shù)、電壓波動(dòng)與閃變、諧波、以及三相不平衡等問(wèn)題，達(dá)到節(jié)能降耗和電能質(zhì)量改善的效果。因其優(yōu)異的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力和諧波治理功能，必將在城市軌道交通供電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：黃煥?。?989，10-），男，壯族，廣西南寧人，大學(xué)本科，助理工程師，南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司運(yùn)營(yíng)分公司，研究方向：從事城市軌道交通供電的生產(chǎn)技術(shù)管理。