地鐵供電系統(tǒng)中增強型動態(tài)無功補償裝置ASVG的應用

郝友杰　杜紅宇　任順利　趙海春

【摘要】隨著城市地鐵運輸系統(tǒng)的快速發(fā)展，動態(tài)無功補償裝置SVG在地鐵供電系統(tǒng)中的應用也越來越廣泛。本文詳細介紹了增強型動態(tài)無功補償裝置ASVG的發(fā)展過程、工作原理及特點，并結合地鐵供電系統(tǒng)的特點探究了增強型動態(tài)無功補償裝置ASVG在地鐵供電系統(tǒng)中的應用。

【關鍵詞】地鐵 供電系統(tǒng) 增強型動態(tài)無功補償裝置ASVG 應用

增強型動態(tài)無功補償裝置又稱增強型靜止無功發(fā)生器（簡稱ASVG），在傳統(tǒng)SVG裝置補償無功基礎上增加了諧波濾除功能，目前已經(jīng)被廣泛應用于城市軌道交通、鋼鐵冶金、汽車制造等行業(yè)的供電系統(tǒng)之中。ASVG利用PWM控制技術，通過電力電子功率平臺實現(xiàn)動態(tài)的自我輸出，不僅能夠進行實時的無功補償及諧波濾除，而且還能有效抑制供電系統(tǒng)中電壓的波動。

1 ASVG裝置介紹

1.1無功補償裝置的發(fā)展

無功補償裝置自身的發(fā)展可以分為三個階段，即機械式投切無源補償方式階段、晶閘管投切靜止無功補償方式階段和基于電壓源的靜止同步補償方式階段。第一階段的機械式投切無源補償方式又叫固定式無功補償裝置。因為是機械進行投切，所以每天投切的次數(shù)有明確規(guī)定，補償速度低，而且運行時聲音非常大，對周圍環(huán)境影響明顯。第二階段的基于晶閘管投切靜止無功補償方式屬于無源補償裝置。利用對導通角的控制實現(xiàn)投切的改變，因此在交流牽引供電系統(tǒng)中應用比較廣泛?；诰чl管投切靜止無功補償裝置在實際應用中優(yōu)于機械式投切無緣補償裝置，能夠進行無功連續(xù)調節(jié)，但是卻需要進行分級調節(jié)，補償精度有限。第三階段即ASVG裝置階段，ASVG裝置利用大功率電力電子器件IGBT的快速開斷來完成無功及諧波能量的補償。因此，極大地提高了其工作效率，確保了電網(wǎng)系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和安全性。

1.2 ASVG裝置工作原理及技術特點

1.2.1 ASVG裝置的工作原理是：ASVG裝置并聯(lián)在電網(wǎng)側與負載側之間，通過外部電流互感器，實時檢測負載電流，并通過控制器內部DSP快速傅里葉變換提取出負載的無功電流及諧波電流，然后通過IGBT功率變換器產生與補償目標大小相等相位相反的補償電流注入電網(wǎng)，達到抵消負載產生的無功電流及諧波電流，實現(xiàn)對電網(wǎng)側的電能質量改善功能

1.2.2 ASVG的技術特點：一是運行的范圍廣。ASVG裝置能隨著負荷的變化實現(xiàn)動態(tài)和雙向的無功輸出，不但能發(fā)出感性無功，而且還能發(fā)出容性無功。二是響應時間短。ASVG裝置響應時間<10ms，對動態(tài)變化負荷補償效果非常好。三是占地面積較少。ASVG裝置占地面積較少，能夠有效減少主變電所的占地費用，進而降低城市軌道交通的投入成本，提高經(jīng)濟效益。四是不會在系統(tǒng)中產生串聯(lián)和并聯(lián)諧振。ASVG裝置因為沒有使用大容量的電容器或者電抗器，因此不會產生諧振，進而提高整個系統(tǒng)運行的安全系數(shù)。五是具有多種電能質量治理功能。ASVG裝置不僅能夠實現(xiàn)無功補償，同時而且還能實現(xiàn)濾波和抑制電壓閃變等多種功能。

2地鐵供電系統(tǒng)特點

地鐵供電系統(tǒng)中同時存在著諸如變頻器、不間斷電源、LED燈等非線性設備，由于其自身特性不可避免的會產生3、5、7等特征諧波及電壓閃變。

同時到夜間低谷期時段地鐵停運，供電系統(tǒng)大量感性負荷不再運行，供電電纜由于充電效應將造成容性無功大量倒送電網(wǎng)，使功率因數(shù)嚴重下降，僅為0.3～0.4，造成嚴重無功功率問題。

大量的諧波電流和無功功率對供電系統(tǒng)造成危害如下：

1）增加線路損耗和變壓器損耗，造成大量的電能浪費;

2）諧波危害配電系統(tǒng)的用電安全，容易引起誤跳閘及誤保護：

3）影響自動控制裝置的可靠運行及測量儀表的測量精度;

4）功率因數(shù)過低導致供電局的罰款;

5）無功功率變化導致電壓波動及閃變，危害用電設備安全。

3地鐵供電系統(tǒng)中ASVG裝置的適應性分析

3.1諧波治理

地鐵供電系統(tǒng)中的動力照明負荷來源于地鐵車站和區(qū)域之間的照明系統(tǒng)、排風系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及空調和電梯運行過程中產生的數(shù)量眾多的變頻負荷。眾多變頻負荷會產生3、5、7等特征次諧波，嚴重影響地鐵供電系統(tǒng)中設備、儀表正常工作，從而危害地鐵安全運行。ASVG裝置以其優(yōu)異動態(tài)諧波濾除效果，對動力照明負荷中產生的諧波進行了抑制。ASVG夠成功治理諧波，使供電系統(tǒng)運行的安全系數(shù)達到國家要求的標準。

3.2無功補償

城市地鐵交通供電系統(tǒng)中的牽引負荷與動力照明負荷性質決定了供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。城市地鐵在晚上不運行的時間里，其負荷非常小。此時，系統(tǒng)消耗的感性無功功率小于電纜的容性無功功率，無功功率為容性，功率因數(shù)很小，應及時補償無功功率。實踐證明，國內部分城市地鐵在運行時，沒有安裝無功功率補償裝置情況下，出現(xiàn)了容性無功倒送的現(xiàn)象，影響了主變電所的功率因數(shù)，導致因功率因數(shù)不達標而影響了地鐵的正常運行。

ASVG裝置以其優(yōu)異的動態(tài)無功補償性能可以根據(jù)負荷的變動而自行進行功率因數(shù)的調節(jié)，使供電系統(tǒng)功率因數(shù)始終保持在正常運行標準要求的數(shù)值范圍之內，從而確保地鐵供電系統(tǒng)的正常運行。

4結語

綜上所述，相對于傳統(tǒng)的無功補償裝置，ASVG裝置具有運行范圍廣、反應時間短、不會產生諧波和諧振、占地面積較少、具有多種功能等明顯優(yōu)勢。在地鐵供電系統(tǒng)中安裝ASVG裝置，能夠有效實現(xiàn)無功補償及諧波濾除，提高地鐵供電系統(tǒng)的安全性，進而保障地鐵的正常運營。