适用于变动负荷的大容量SVG解决方案

陈玉龙，陈君诚

（山西大学工程学院，山西 太原030013）

1 混联型无功补偿方案概述

当前我国电气化铁路变电所的无功补偿装置绝大部分采用并联电容器固定补偿模式。在这种模式下，牵引机车运行到该区段时，固定补偿装置满足不了牵引机车的无功消耗的需求；当牵引机车运行出该区段时，固定无功功率补偿装置又向系统倒送无功。而有源补偿因其具有动态无功补偿的优势引起了广泛的研究，但是限于目前有源补偿容量较小不适合应用于大容量无功功率补偿，应用最多的只是对系统的一部分谐波进行滤除。本文针对有源无功功率补偿在电气化铁路的应用中存在这样的问题，充分利用SVG的四象限运行法则，采取如图1所示的混联型无功补偿方案。当有机车通过时，SVG与PF支路同时发出感性无功功率对机车负载进行补偿；当无机车通过时，SVG发出容性无功功率对PF支路进行补偿，起到稳定区段内电压的作用。

图1 混联型无功补偿方案

2 混联型无功补偿原理

有源补偿SVG工作在发出感性无功功率和吸收感性无功功率两种方式下，对应图1主电路结构分析等效为图2，图3。

图2 有机车通过时混联型无功补偿方案等效图

如图2，在铁路27.5kV牵引变电所中，若有机车通过时，PF无源滤波器支路滤除绝大部分谐波并且提供部分基波感性无功功率Q1，SVG对其余基波感性无功功率Qs进行补偿，这样就有效地降低了SVG的补偿容量。为了达到100%的无功补偿效果，利用SVG四象限运行的性质，调整SVG吸收容性无功功率，即电流id超前电压u90°。SVG所需补偿的无功容量为Qs＝Q－Q1，其中Q为负载总的无功需求。

PF无源滤波支路调谐在第n次谐波频率下，该支路所对应的基波感性无功功率可通过下述方法求得。

调谐在第n次谐波频率的单调谐滤波器有下面的关系：

由于系统的谐波电压最终要被限制在很小的数值内，可予以忽略，即可认为系统交流母线电压只含基波分量U（1）

PF滤波支路输出的感性无功功率容量为

图3 机车驶出该区段后混联型无功补偿方案等效图

如图3等效电路，当机车驶出该区段后，区段内的感性无功功率需求降为0。若采用传统无功补偿方式，PF支路仍对该区段有感性基波无功注入，会造成区段内电压升高。此时利用四象限运行法则，调整SVG吸收感性基波无功功率用以补偿PF支路所发出的感性无功功率，保持区段内电压稳定。SVG所需补偿的无功容量Qs＝Q1。

3 混联型无功补偿方案实例应用

2008年1月采用PS－2S电能质量分析仪对广州铁路集团某27.5kV牵引变电站电流进行实际测试，测试数据（部分）如表1。

表1 电流谐波统计报表

通过对表中数据进行分析，由于无功功率多处于0～12 000kvar范围内变化，所以无功补偿部分实发无功功率应在0～9 000kvar才能保证功率因数在0.9～0.93。采用图1所示的无功补偿形式的理想情况是Qs＝＝＝4 500kvar；按照实际情况考虑，Q稍大一s点有利于装置稳定运行，Qs＝5 000kvar，Q1＝4 000 kvar。

4 结 论

现有大功率单相非线性负荷对电网的电能质量影响比较严重。本文采用SVG与FC支路混联方式对铁路变电所机车负荷进行无功补偿和谐波的滤除，充分应用SVG的四象限运行法则，不仅解决了SVG容量偏小，在大容量系统中不适用的问题，更进一步解决了由于负荷大范围变化，无功补偿装置所引起的电压稳定性问题，具有广泛的实用意义。

［1］刘凤君.市电电能质量补偿技术［M］.北京：科学出版社，2005.

［2］王兆安，杨 君，刘进军.谐波抑制与无功功率补偿［M］.北京：机械工业出版社，1998.

［3］曲学基，曲敬凯.电力电子滤波技术及其应用［M］.北京：电子工业出版社，2008.

［4］陈君诚，焦永杰，贺 伟.山西万福电力电器有限责任公司直接电压型SVC技术文本［Z］，2010，1－10.