適用于變動負荷的大容量SVG解決方案

陳玉龍，陳君誠

（山西大學工程學院，山西 太原030013）

1 混聯型無功補償方案概述

當前我國電氣化鐵路變電所的無功補償裝置絕大部分采用并聯電容器固定補償模式。在這種模式下，牽引機車運行到該區段時，固定補償裝置滿足不了牽引機車的無功消耗的需求；當牽引機車運行出該區段時，固定無功功率補償裝置又向系統倒送無功。而有源補償因其具有動態無功補償的優勢引起了廣泛的研究，但是限于目前有源補償容量較小不適合應用于大容量無功功率補償，應用最多的只是對系統的一部分諧波進行濾除。本文針對有源無功功率補償在電氣化鐵路的應用中存在這樣的問題，充分利用SVG的四象限運行法則，采取如圖1所示的混聯型無功補償方案。當有機車通過時，SVG與PF支路同時發出感性無功功率對機車負載進行補償；當無機車通過時，SVG發出容性無功功率對PF支路進行補償，起到穩定區段內電壓的作用。

圖1 混聯型無功補償方案

2 混聯型無功補償原理

有源補償SVG工作在發出感性無功功率和吸收感性無功功率兩種方式下，對應圖1主電路結構分析等效為圖2，圖3。

圖2 有機車通過時混聯型無功補償方案等效圖

如圖2，在鐵路27.5kV牽引變電所中，若有機車通過時，PF無源濾波器支路濾除絕大部分諧波并且提供部分基波感性無功功率Q1，SVG對其余基波感性無功功率Qs進行補償，這樣就有效地降低了SVG的補償容量。為了達到100%的無功補償效果，利用SVG四象限運行的性質，調整SVG吸收容性無功功率，即電流id超前電壓u90°。SVG所需補償的無功容量為Qs＝Q－Q1，其中Q為負載總的無功需求。

PF無源濾波支路調諧在第n次諧波頻率下，該支路所對應的基波感性無功功率可通過下述方法求得。

調諧在第n次諧波頻率的單調諧濾波器有下面的關系：

由于系統的諧波電壓最終要被限制在很小的數值內，可予以忽略，即可認為系統交流母線電壓只含基波分量U（1）

PF濾波支路輸出的感性無功功率容量為

圖3 機車駛出該區段后混聯型無功補償方案等效圖

如圖3等效電路，當機車駛出該區段后，區段內的感性無功功率需求降為0。若采用傳統無功補償方式，PF支路仍對該區段有感性基波無功注入，會造成區段內電壓升高。此時利用四象限運行法則，調整SVG吸收感性基波無功功率用以補償PF支路所發出的感性無功功率，保持區段內電壓穩定。SVG所需補償的無功容量Qs＝Q1。

3 混聯型無功補償方案實例應用

2008年1月采用PS－2S電能質量分析儀對廣州鐵路集團某27.5kV牽引變電站電流進行實際測試，測試數據（部分）如表1。

表1 電流諧波統計報表

通過對表中數據進行分析，由于無功功率多處于0～12 000kvar范圍內變化，所以無功補償部分實發無功功率應在0～9 000kvar才能保證功率因數在0.9～0.93。采用圖1所示的無功補償形式的理想情況是Qs＝＝＝4 500kvar；按照實際情況考慮，Q稍大一s點有利于裝置穩定運行，Qs＝5 000kvar，Q1＝4 000 kvar。

4 結 論

現有大功率單相非線性負荷對電網的電能質量影響比較嚴重。本文采用SVG與FC支路混聯方式對鐵路變電所機車負荷進行無功補償和諧波的濾除，充分應用SVG的四象限運行法則，不僅解決了SVG容量偏小，在大容量系統中不適用的問題，更進一步解決了由于負荷大范圍變化，無功補償裝置所引起的電壓穩定性問題，具有廣泛的實用意義。

［1］劉鳳君.市電電能質量補償技術［M］.北京：科學出版社，2005.

［2］王兆安，楊 君，劉進軍.諧波抑制與無功功率補償［M］.北京：機械工業出版社，1998.

［3］曲學基，曲敬凱.電力電子濾波技術及其應用［M］.北京：電子工業出版社，2008.

［4］陳君誠，焦永杰，賀 偉.山西萬福電力電器有限責任公司直接電壓型SVC技術文本［Z］，2010，1－10.