110kV軌道主變所SVG設(shè)備的成本效益分析及優(yōu)化策略

摘 要：隨著都市軌道運輸?shù)难该蛿U張，110kV軌道牽引供電變電站作為都市軌道供電網(wǎng)絡(luò)的核心環(huán)節(jié)，其運作效能與穩(wěn)固性對于軌道交通的安全性及高效性，發(fā)揮著至高無上的作用。SVG（靜態(tài)無功發(fā)生器）裝備在變電站內(nèi)扮演著關(guān)鍵的無功功率補償角色，對于增強電力系統(tǒng)的電壓品質(zhì)和穩(wěn)定性發(fā)揮著重要影響。

關(guān)鍵詞：110kV軌道主變所；SVG設(shè)備；成本效益分析；優(yōu)化策略

引言

SVG系統(tǒng)在變電站中扮演著至關(guān)重要的無功功率調(diào)節(jié)器角色，對于提高電力網(wǎng)絡(luò)的電壓水平和穩(wěn)固性發(fā)揮著關(guān)鍵影響。盡管如此，在實際操作過程中，矢量圖形設(shè)備的工作效能和可靠性遭受眾多元素的干擾，包括設(shè)備自身的功能、操作條件、排程管理方案等。因而對SVG裝置的性價比進行評估，并構(gòu)想出合適的改善方案，對于增強SVG裝置的作業(yè)效能與可靠性，減少經(jīng)營開支，擁有關(guān)鍵的理論與應(yīng)用意義。

一、110kV軌道主變所SVG設(shè)備的技術(shù)原理與工作原理

（一）110kV軌道主電變壓器站的運作機制

110kV軌道牽引變電站，構(gòu)成了城市軌道輸電網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其主要作用是將較高的電壓轉(zhuǎn)換為適宜于城市軌道交通設(shè)備運作的較低電壓。其運作機制主要依賴于變壓器的電磁誘導(dǎo)法，即透過高電壓端與低電壓端的線圈，完成電壓的提升和降低轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)軌道運輸系統(tǒng)對電力的需要。此外，電力轉(zhuǎn)換站同樣裝備了必要的防護裝置，旨在保障電力供應(yīng)體系的穩(wěn)定與信賴性運作。

（二）靜態(tài)無功補償器（SVC）技術(shù)理念

在電力系統(tǒng)中，一種被稱為靜態(tài)無功補償器的裝置負責(zé)動態(tài)調(diào)整和穩(wěn)定無功能量。該設(shè)備的核心工作概念，涉及對電網(wǎng)中無功功率的即時監(jiān)控與調(diào)節(jié)，以保持電能質(zhì)量和提高供電穩(wěn)定性。然而具體如何實現(xiàn)這一功能則取決于多種因素，包括但不限于系統(tǒng)設(shè)計、應(yīng)用場景及技術(shù)規(guī)格等。

動態(tài)無功補償器（DVC）是一項利用電氣電子技術(shù)的無功功率調(diào)節(jié)設(shè)備，其關(guān)鍵機制在于通過迅速變更無功電流以維持系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，增進電力系統(tǒng)的效率系數(shù)[1]。

（三）110kV軌道供電主變電站的靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置運行機制

在110kV軌道供電變電站內(nèi)靜止無功發(fā)生器（SVG），通過并行或級聯(lián)的模式并入電力系統(tǒng)，持續(xù)跟蹤電力網(wǎng)絡(luò)中的無功能量波動。在電力系統(tǒng)遭遇無功能量短缺或超額的情形下，SVG單元將依循調(diào)控方案敏捷轉(zhuǎn)換逆變器的導(dǎo)通情況，創(chuàng)造或者回收所需的無功電流，目的是對電力網(wǎng)絡(luò)進行必要的無功補充。這類迅捷的反應(yīng)特性讓SVG系統(tǒng)得以在極短的時刻內(nèi)，穩(wěn)固電力網(wǎng)的電壓，增進了供電的品質(zhì)。

（四）裝置構(gòu)造及其構(gòu)件

SVG裝置的構(gòu)成主要涉及以下數(shù)個核心組件：

一是VSC變流器。這種電壓型變流器（Voltage Source Converter）是靜止無功發(fā)生器（SVG）的關(guān)鍵組件，它的主要職責(zé)是將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能，同時調(diào)節(jié)輸出電流的大小和時序，以此來對電力系統(tǒng)中的無功功率進行調(diào)整和補充[2]。

二是直流儲能器。該設(shè)備在為VSC型逆變裝置供應(yīng)必需的直流能量方面發(fā)揮作用，同時確保直流電壓維持一定的平衡。

三是聯(lián)接變流器（或感抗器）。聯(lián)接變流器或感抗器的主要功能是將SVG系統(tǒng)與電力系統(tǒng)相接合并且具備濾除雜波和分隔兩個系統(tǒng)的功能。

四是斷電開關(guān)。在SVG系統(tǒng)發(fā)生異?；蜻M行保養(yǎng)時，此開關(guān)的作用是切斷SVG系統(tǒng)與電力網(wǎng)絡(luò)的連接，以防止設(shè)備遭受損傷。

五是溫度調(diào)節(jié)機制。該機制負責(zé)排散SVG裝置在操作時積累的熱能以維持儀器在適宜的作業(yè)溫度范圍內(nèi)。

二、成本效益分析

（一）110kV軌道主變所SVG設(shè)備的投資成本

分析

110kV軌道牽引變電站靜止無功發(fā)生器（SVG）系統(tǒng)的資金開支，主要涉及設(shè)備采購費用、設(shè)施部署開銷以及相關(guān)的附加成本。

一是設(shè)備投資費用。SVG裝置的投入費用受其規(guī)模、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)廠家等眾多元素影響。通常情況下SVG系統(tǒng)的采購開支相對較為昂貴，這是因為它們?nèi)诤狭思舛说碾娏﹄娮訉W(xué)技術(shù)以及高端的零部件。

二是設(shè)施部署開銷。此項費用涵蓋了機械的搬運、現(xiàn)場搭建、系統(tǒng)設(shè)定及與既有系統(tǒng)的融合等諸多方面。這些費用可能會根據(jù)工程的具體狀況、所在地理環(huán)境以及裝置條件的差異而有所變化[3]。

三是附加開支。此類開支可能涵蓋諸如項目協(xié)調(diào)、規(guī)劃建議、教育過程以及潛在的生態(tài)效應(yīng)分析等方面。這些開支雖然不直接涉及設(shè)備的采購和設(shè)置，但它們依舊構(gòu)成了整個項目資本投入的一環(huán)。

（二）運行維護成本分析

一是日常維護開銷。這涵蓋了設(shè)備的常規(guī)檢驗、打掃、制冷系統(tǒng)的保養(yǎng)等。這些行動的目的是保障設(shè)備維持在優(yōu)秀的工作狀態(tài)中，以防范可能出現(xiàn)的故障。

二是周期性維護費用。周期性維護涉及對機械進行徹底的審查和評估，旨在保證其運作效率與安全標(biāo)準(zhǔn)。這項工作可能需要對設(shè)備進行局部或徹底的解構(gòu)、檢驗以及后續(xù)的重組。

三是零部件替換開銷。伴隨著機械的運行，一些零件可能會因磨損或故障而須更換。替換部件的價格受其種類和生產(chǎn)者的影響而有所波動。

四是故障修復(fù)開銷。在設(shè)備發(fā)生故障時可能不得不實施緊急的修復(fù)作業(yè)。修復(fù)故障的費用可能相當(dāng)昂貴，因為這可能包括了暫停運行的時間、附加的工作人員和潛在的設(shè)備替換成本。

（三）成本效益評估指標(biāo)

在對SVG（Static Var Generator靜態(tài)無功發(fā)生器）裝置進行成本效益分析時，以下幾個評價標(biāo)準(zhǔn)可以被考慮：

一是資本回報率（ROIC）。ROIC是衡量一項計劃財務(wù)效益的普遍標(biāo)準(zhǔn)，其通過比較年度純利潤與全部投入資金的比例進行測算。

二是收益恢復(fù)期。所謂的收益恢復(fù)期是指自項目啟動之時起，直至完全賺回其所耗費的資金投入所經(jīng)歷的時段。較小的回報周期往往預(yù)示著更優(yōu)的成本效能。

三是節(jié)約能源開支。SVG系統(tǒng)通過提升電力效率和降低電路耗損實現(xiàn)了能源的節(jié)約。這些節(jié)省下來的能源開支，能夠作為設(shè)備成本效益分析的一個環(huán)節(jié)被考慮。

四是提高系統(tǒng)的堅固性和信賴度。SVG裝置能夠增強電能網(wǎng)絡(luò)的堅實度與信賴性，降低斷電與缺陷的出現(xiàn)。這類增益盡管不易以金錢形式直觀衡量，然而在評定設(shè)備的成本與效益關(guān)系時，它構(gòu)成了一個須予以重視的關(guān)鍵要素。

三、優(yōu)化策略

（一）優(yōu)化SVG設(shè)備控制策略

1.管理程序的創(chuàng)新變革

管理邏輯是SVG裝置操作的“智能核心”。在面臨錯綜復(fù)雜且不斷變化的電力系統(tǒng)狀況下，常規(guī)的管理技術(shù)往往顯得無能為力。因而運用尖端的調(diào)節(jié)算法，成為改善靜態(tài)無功發(fā)生器控制方案的主要職責(zé)。

一是預(yù)見性調(diào)節(jié)。通過采用先見性的計算法則，賦予靜態(tài)無功發(fā)生器（SVG）前瞻性地洞察電力系統(tǒng)中無功功率的演變動向，進而提早采取措施，增強補償作用的精確度與響應(yīng)速度。

二是靈活的調(diào)節(jié)機制。SVG裝置必須具備依據(jù)多變的電力網(wǎng)絡(luò)狀況及其運作模式靈活地改變其管理方案的能力。因此在電力系統(tǒng)發(fā)生任何波動時，SVG裝置仍能維持其最優(yōu)的工作狀況。

2.對調(diào)節(jié)變量進行精確操控

一是依托實時操作信息。通過深度挖掘電力系統(tǒng)的實時操作信息，掌握電力網(wǎng)絡(luò)的負載波動、電壓起伏等性能，為調(diào)節(jié)控制變量提供信息依據(jù)。

二是考慮設(shè)備的性能特征。各種SVG裝置在功能表現(xiàn)上有所不同。因而在修改調(diào)節(jié)變量時，必須深入思考機械的性能屬性，以免因盲目追求卓越的調(diào)整成效而破壞機械的穩(wěn)固性。

3.持續(xù)不斷的技術(shù)革新

隨著電力電子技術(shù)的迅猛進步，SVG裝置的管理方法亦需不斷創(chuàng)新以適應(yīng)時代的要求。不斷的科技革新成為完善矢量圖形設(shè)備管理方案的源源不斷的動力。

一是采納前沿科技。例如將人工智能、數(shù)據(jù)分析等現(xiàn)代技術(shù)運用于電能網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，開辟了對靜態(tài)無功發(fā)生器（SVG）控制方案進行改良的新途徑。

二是建立研究伙伴關(guān)系。攜手學(xué)術(shù)院所、研究實體等聯(lián)合致力于開發(fā)更為新穎、更為高效能的靜止無功發(fā)生器（SVG）設(shè)備管理方案。

（二）最大化SVG設(shè)備的能效比

1.智能優(yōu)化的運作方式

一是載荷適應(yīng)機制。SVG系統(tǒng)能夠依據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)的載荷波動自主地改變它的無功功率輸出，以達到與載荷即時同步，規(guī)避過多或不足的補償現(xiàn)象，進而降低無謂的能量消耗。

二是高效節(jié)電模式。當(dāng)負載減少或者無功功率需求降低的時刻，SVG系統(tǒng)能夠智能轉(zhuǎn)換至高效節(jié)電模式，減少其能量消耗，并且維護電力網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運作。

2.實行節(jié)約能源的方案

一是高性能散熱機制。運用尖端散熱科技包括水冷和空氣冷卻等方式，保證SVG裝置即便在高溫條件下亦可保持平穩(wěn)作業(yè)，并且減少散熱系統(tǒng)的消耗。

二是待命能耗控制。通過優(yōu)化設(shè)備的待命操作方案減少閑置時的能量消耗，避免多余的資源耗費。

三是能量捕獲手段。研究與采納能量捕獲手段，使得SVG裝置在操作時所釋放的熱量或其他種類的能量得以回收和再利用，以此增進能源的使用效率。

3.能源效率的優(yōu)化

一是周期性能源效率審查。周期性地對STATCOM系統(tǒng)實施能源效率審查，掌握系統(tǒng)的能源效率狀態(tài)及其改善的可能性。

二是技術(shù)革新與利用。主動采納并運用前沿技術(shù)、新型材料以及創(chuàng)新工藝，增強SVG裝置的能源效率與總體功能。

（三）優(yōu)化SVG設(shè)備的調(diào)度管理

1.擬定一個合適的排程方案。

規(guī)劃圖表是SVG機器在電力網(wǎng)絡(luò)中作業(yè)的設(shè)計方案。創(chuàng)建一個合適的調(diào)控方案必須全面分析電力系統(tǒng)的負載預(yù)估、無功功率需求預(yù)測和靜態(tài)無功發(fā)生器（SVG）的運行特性。

一是載荷預(yù)期與感性功率需求預(yù)估。通過對電力網(wǎng)絡(luò)往昔的資料進行剖析，融合目前的操控情形，開展對載荷的預(yù)期和感性功率的需求預(yù)估，以便為調(diào)節(jié)方案的構(gòu)建奉獻數(shù)據(jù)依據(jù)。

二是考慮設(shè)備性能特點。在擬定調(diào)控方案的過程中必須深入思考靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置的性能屬性，如其無功調(diào)控能力、反饋速度以及調(diào)控準(zhǔn)確度等要素，以保障這些設(shè)備在關(guān)鍵時刻能迅速且精確地啟動并投入使用。

2.對作業(yè)計劃進行了升級優(yōu)化

調(diào)配方案成為SVG裝置在能源網(wǎng)絡(luò)中作業(yè)的導(dǎo)向。通過改進調(diào)配方案有可能在更大程度上，增強矢量圖形設(shè)備的分配效能及其精確度。

一是自主優(yōu)化與機智排程。通過采用自主優(yōu)化和機智排程系統(tǒng)，依據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)的即時操作數(shù)據(jù)及SVG裝置的狀況資訊，自動優(yōu)化裝置的作業(yè)狀況和參數(shù)配置，保障裝置運作于最理想狀態(tài)。

二是靈活調(diào)整調(diào)度方案。面對電力網(wǎng)運作狀態(tài)的波動和SVG裝置性能的演變，必須對調(diào)度方案實施靈活的變更。通過持續(xù)追蹤和評估電力網(wǎng)絡(luò)的活動信息，迅速變更控制方案，保障SVG裝置不斷處于理想工作狀態(tài)。

3.加強調(diào)度指揮體系的規(guī)章構(gòu)建

除此之外，構(gòu)建完善的調(diào)度管理體系和提升調(diào)度策略的效率至關(guān)重要，以保障調(diào)度任務(wù)的系統(tǒng)化和一致性。

一是創(chuàng)建調(diào)控管理框架。構(gòu)建細致周到的調(diào)控管理框架界定調(diào)控任務(wù)的步驟和標(biāo)準(zhǔn)，保障調(diào)控任務(wù)的順暢執(zhí)行。

二是增強調(diào)度團隊的教育訓(xùn)練。定期對調(diào)度工作人員實施培養(yǎng)和評估，以提升他們的職業(yè)能力和技術(shù)熟練度，保障調(diào)度任務(wù)執(zhí)行的精確與效率。

結(jié)論

優(yōu)化SVG設(shè)備的運行模式和節(jié)能措施，不僅能夠提高設(shè)備的能效比，降低運營成本，還能為電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和穩(wěn)定性提供堅實保障。同時，通過制定合理的調(diào)度計劃、優(yōu)化調(diào)度策略以及強化調(diào)度管理的制度建設(shè)，可以進一步提高SVG設(shè)備的運行效率和響應(yīng)速度，確保設(shè)備在需要時能夠及時、準(zhǔn)確地投入運行。

參考文獻：

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