SVG在地铁供电系统中的应用

牛二兵



SVG在地铁供电系统中的应用

牛二兵

为提高地铁供电系统功率因数及电能质量，减小无功和谐波等问题对系统及负载的影响，根据实际情况，可采用不同的无功补偿方式，以提高功率因数，实现节能降耗，确保系统稳定性。通过应用实例得出，SVG（静止无功补偿装置）对提高供电系统功率因数及电能质量效果显著。

地铁；无功补偿；功率因数；SVG；控制策略

0 引言

目前，根据电压等级划分，地铁多采用 110 kV/35 kV两级集中供电方式，每条地铁线路一般设置2～3个主变电所，电压等级为110 kV，通过主变压器降压为35 kV。主变电所35 kV中压系统采用分区供电方式，对应35 kV子变电所以交流电缆为媒介，通过串接的方式组成相应的供电分区[1]。

地铁作为城市电网的重要用户，其负荷等级属于一级负荷，供电系统的电压质量是衡量供电系统运行质量的重要指标之一，系统电压的变化将对地铁的各类负载产生影响[2]。以天津地铁3号线为例，经测算，如果不采取无功补偿措施，3号线2个 110 kV主变电所每月的平均功率因数均低于0.9，而天津电网公司规定功率因数调整电费考核标准为0.85，存在考核风险。低压配电、列车牵引用电是地铁的主要用电负荷，其中动力及照明用电设备主要包括车站环控风机、空调、照明设施等，风机多采用变频技术，功率因数较低。列车牵引用电功率因数相对较高，不低于0.95[3]。

1 SVG安装的必要性

随着城市地铁的快速发展，地铁运营线路逐年增加，功率因数较低引起的电能质量问题逐渐受到重视。大量无功功率导致的功率因数问题需要解决，伴随着冲击性无功功率带来的电压波动和闪变等问题也需要解决。另外，由于大量整流器件的非线性特性，给供电系统带来了大量的谐波电流，影响了系统的稳定运行，需有效解决。

1.1 无功问题

在地铁供电系统中，从负荷情况看，阻感负载占有很大比例，如环控风机、各类变压器、照明设施（荧光灯）等都是阻感负载，其消耗的无功功率在供电系统总无功中所占的比例较大。同时，目前国内地铁线路均采用电缆敷设的方式，电缆路径较长，随之充电功率增大，会造成无功倒送，也会引起无功功率增大，从而导致功率因数降低。

1.2 谐波问题

随着现代电子工业的不断发展，地铁供电系统引入了大量电子设备，如各类电源模块、充电装置、整流/逆变模块等，产生大量谐波，且随着电子装置应用的普及，该类谐波所占比重呈上升趋势。同时，地铁列车在运行期间的启动/制动会引起电压的波动、闪变，造成电压不稳定，可能造成设备故障、运作失灵等问题。

由上述分析可见，对供电系统进行无功补偿十分必要[5]。静止无功补偿装置（SVG）相当于一个可变的无功电流源，其电流值可根据负载无功电流的变化进行调整，自动补偿系统所需的无功功率，从而提高功率因数。

2 地铁无功补偿方式

目前地铁常用的补偿方式有3种，即集中式补偿、分区集中补偿和分布式补偿，其形式如图1所示[6]。集中式补偿是指在主变电所（天津地铁3号线为110 kV变电所）集中进行补偿；分区集中式补偿指在每个用电分区进行动态补偿；分布式补偿指在每个子变电所（天津地铁3号线为35 kV变电所）均进行动态无功补偿。

如图1所示，3种补偿方式的区别较明显，补偿效果优劣依次为：分布式、分区集中式、集中式。分布式补偿方式所需设备数量最多，资金投入额最大；集中式补偿方式所需设备数量最少，从而资金投入最少，设备空间占地面积最小；分区集中补偿方式从设备数量和投资额方面考虑均居中。结合天津地铁3号线实际情况，主变电所与子变电所距离较短，电能质量变化不大，因此3种补偿方式补偿效果差别不大，综合考虑，该线采用集中式补偿方式[6]。

图1 无功补偿方式示意图

3 SVG装置介绍

3.1 装置组成

天津地铁3号线所选用无功补偿装置为RSVG系列高压静止无功补偿装置，型号为RSVG-6M/ 35kV-CT，主要由控制柜、功率柜和充电柜3大部分组成，如图2所示。

图2 SVG装置设备构成

（1）控制柜。控制柜由工控机、控制系统硬件和电源系统组成[7]。工控机是系统内上位机软件的运行系统，是与外部系统进行人机交互的接口；为保证供电的可靠性，电源系统采用冗余设计；控制系统硬件由主控单元和采样单元组成，是设备的核心部件。

（2）功率柜。功率柜主要由功率单元组成，是无功补偿装置的主体部分。功率单元是SVG的核心主电路，其采用模块化设计，各模块单元结构和电气性能完全一致，用以实现功率变换。

（3）充电柜。充电柜的作用是给设备充电，柜内装有电阻，通过柜内的充电电阻限制初始充电电流，待充电完成后，充电柜接触自动合闸。

3.2 RSVG装置的基本原理

天津地铁3号线所选用RSVG装置的工作原理是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网中，通过自动调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位或直接控制交流侧电流[8]，吸收或发出符合要求的无功电流，起到无功补偿的作用。RSVG控制原理如图3所示。

图3 RSVG控制原理

由于RSVG并联在电网中，其无功电流可以快速地根据负载无功电流的变化进行调整，自动补偿系统所需无功功率。RSVG的主要功能为：提高线路输电稳定性；稳定受电端电压；补偿系统无功功率，提高功率因数；谐波动态补偿，改善电能质量；抑制电压波动和闪变；抑制三相不平衡。

4 技术应用

以天津地铁3号线华苑和张兴庄主变电所为例，每个主变电所装设2台SVG装置，35 kV母线一、二段各设置1台SVG，选用集中式安装方式。

通过对比主变电所SVG退出与运行情况下的功率因数（表1）可以看出，当SVG退出后，功率因数普遍较低，当SVG投入运行后，功率因数均接近于1，符合要求。

表1 主变电所功率因数对比

5 结语

通过数据分析与实际应用验证可以看出，SVG对提高供电系统功率因数效果明显，同时SVG的应用使电能质量显著提高。功率因数的提高有助于减少能耗，提高能源利用率，同时SVG有助于谐波补偿，从而减少电网中谐波对地铁车辆等负载的干扰，保障地铁供电系统及车辆等负载运行的稳定。

[1] 孙才勤. 地铁供电系统谐波无功功率的综合治理方案[J]. 电气化铁道，2009（5）：40-43.

[2] 喻菁. 地铁无功补偿系统分析[J]. 经营管理者2014（4）：387-387.

[3] 吴章辉. 地铁110 kV主变电所SVG无功补偿[J]. 科技创新与应用，2014（20）：157-157.

[4] 魏峰. 地铁无功补偿SVG装置介绍[J]. 大科技：科技天地，2011（18）：411-412.

[5] 杨飞. 浅谈无功补偿装置在地铁供电系统中的应用[J].机电信息，2014（12）：34-35.

[6] 顾晏齐. 地铁线路无功补偿方案研究[J]. 都市快轨交通，2011，24（6）：100-103.

[7] 关云龙. SVG链式高压静止无功发生器在煤矿的应用[J]. 煤矿电气，2012（5）：119-120.

[8] 王明飞. 城市轨道交通静止无功发生器设置[J]. 都市快轨交通，2012，25（4）：108-110.

[9] 徐平，余龙. SVG在地铁工程中的应用[J]. 电气化铁道，2013（3）：37-40.

In order to improve the power factors and power energy quality for the subway power supply system, lessen adverse effects to the system and loads induced by the reactive power and harmonics, the adaptive reactive power compensation modes may be adopted in accordance with the actual conditions, so as to improve power factors, realize the energy saving and cost reducing, guarantee the system stability. The experiments and results show that the SVG has dramatic effects for improving the power factors and power energy quality of the power supply system.

Subway; reactive power compensation; power factor; SVG; control strategy

U223.5+3

B

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.01.018

1007-936X(2018)01-0075-03

2017-05-20

牛二兵.天津市地下铁道运营有限公司，工程师，研究方向为地铁供电系统。