动态无功补偿装置SVG在地铁供电系统的应用探讨

摘 要：对svg装置的发展和工作原理进行了介绍。结合地铁供电系统的特点，并对svg装置在地铁供电系统内的应用进行了适应性分析，并提出了svg装置在应用上仍存在的不足及发展展望。 关键词：地铁 供电系统 动态无功补偿装置svg 无功补偿 中图分类号：u26 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）04（c）-0106-02

svg装置采用自换相桥式电路和pwm控制技术，能实时跟随负荷波动动态调节自身输出，除能进行无功补偿外，还具有滤波、抑制电压波动和闪变等多项功能，已成功应用于冶金、煤矿、电气化铁道、电网等领域。svg装置凭借其技术和功能的优越性，在地铁供电系统领域逐渐受到更多的关注。 1 svg装置介绍

1.1 无功补偿装置的发展

无功补偿装置的发展，大致经历了机械式投切无源补偿方式、晶闸管投切静止无功补偿方式以及基于电压源的静止同步补偿方式三个阶段。机械式的早期电力系统中有所应用，属于固定式无功补偿装置，其补偿速度慢，而且由于是机械投切，了它每天的使用次数，且噪声大。基于晶闸管投切的静止无功补偿方式（svc）是无源补偿装置，在电力系统和交流牵引供电系统中有所应用，其通过可控硅的导通角控制从而改变投切的电抗器或是电容器，具体又可分为tcr+fc和tsc两种补偿方式，tcr+fc是主流的svc补偿

方式，其可以快速跟踪牵引负荷的变化，并滤除少部分的谐波，但是其自身也产生了大量的谐波，使得滤波装置要求增大，而tsc型补偿方式更为经济且不产生多余谐波，但是不能实现无功的连续调节，只能进行分级调节。svg属于第三代无功补偿技术，不再采用大容量的电容器、电抗器，而是通过大功率电力电子器件igbt的高速开断实现无功能量的变换。 1.2 svg装置组成、原理及技术特点

svg装置主要包括变压器、电抗器、功率单元、控制保护系统等组件及其相关附件。

svg装置的基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器或者变压器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的，svg不同运行模式原理图如图1所示。

从技术上讲，svg较传统的无功装置有如下特点。

1）运行范围宽。可动态、双向连续调节无功输出，能够跟随负荷变化，既可发出感性无功，也可发出容性无功，实现功率因数全程接近1。

2）响应时间快。地铁无功负荷为频繁波动负荷，svg响应时间通常约5ms，响应时间快，可取得更好的补偿效果。

3）不产生谐波。采用多电平pwm等技术，自身谐波含量很低，不需配置专用滤波装置，且能作为滤波装置对系统进行滤波。

4）占地面积小。主变电所因城市用地紧张而成本增加较高，svg占地面积较小，可减小主变电所征地和土建造价。

5）不产生系统串、并联谐振。svg不使用大量电容器或电抗器，不会引起系统谐振或谐波电压放大，设备和系统运行更加可靠。 6）功能多样化。除能进行无功补偿外，还能具有滤波、抑制电压波动和闪变等功能。

svg装置在技术上比较先进，但仍有一些方面需要提高。 1）价格。svg装置在地铁内属于新应用装置，目前售价偏高，每台svg装置的售价为200～300万左右。

2）寿命。地铁设备一般寿命要求30年，而svg装置的设计寿命为20年，实际寿命可能更短。

3）运营维护。svg装置的主器件igbt元件多为进口，在日后设备的运营维护中不便。

虽然svg装置存在以上问题，但其功能的先进性和全面性仍代表了无功补偿领域的潮流，是电力系统或地铁供电系统的发展趋势。技术发展需要一个过程，以上问题在日益激烈竞争的环境中会得到一定程度上改善和解决。 2 地铁供电系统特点

国内城市地铁大都采用集中供电方式，供电系统主要由外部电源、主变电所、中压环网、牵引降压混合变电所（简称牵引变电所）和降压变电所等构成。电力系统ac110kv电源经主变电所降压为ac35kv，经ac35kv中压环网传输至牵引变电所和降压变电所。在

牵引变电所，通过整流机组将ac35kv交流电源整流为dc1500v或dc750v直流电，向列车（牵引负荷）供电；在降压变电所，变压器将ac35kv交流电降压为ac0.4kv交流，向车站和区间内动力照明设备（动照负荷）供电。地铁供电系统主要特点如下。 1）供电制式。包括交流和牵引供电两大供电系统，交流系统采用三相对称供电制式；牵引系统采用直流供电制式。交流系统通过等效24脉波整流为直流电。

2）负荷特点。包含牵引负荷和动照负荷两部分，动照负荷基本固定，牵引负荷随列车运行对数的不同而具有较大的波动性。供电系统变压器和列车牵引负荷运行时消耗大量的感性无功功率，电缆则是容性无功功率（充电功率）。

3）系统接线。变电所与变电所之间、设备与设备之间通过大量电缆连接。电缆运行时消耗容性无功功率（充电功率）。 3 在地铁供电系统中svg的适应性 3.1 谐波治理

地铁供电系统谐波主要来源于两部分：一是通过整流设备整流的牵引负荷，二是含有变频设备的动照负荷。

整流机组产生谐波电流次数与整流机组输出脉波数有关，理想情况下，反映到整流机组高压侧产生的谐波电流次数为：k*p±1（式中p为整流机组脉波数，k为正整数），整流机组脉波数越高，产生较低次谐波越少，对系统影响也越小。我国九十年代建设的上海地铁1号线、广州地铁1号线均采用了12脉波整流变压器，从现在

运行情况来看，均满足国标gb/t14549-93《电能质量公用电网谐波》要求。但为了进一步减少谐波“污染”，可采用更高脉波数的24脉波整流机组，这样产生谐波更少，尤其谐波含量最大的11、13次谐波较12脉波整流机组减少80%左右。动力照明负荷主要包括车站的照明、通风空调、自动扶梯、排水、通风、消防等，其中含有大量变频负荷，其产生的谐波主要以5、7次为主。在目前国内的新建线路中，为了抑制动照负荷产生的谐波，有的工程已在0.4kv侧设置有源滤波装置进行滤波。

因此，供电系统通过采用24脉波整流机组和有源滤波装置，谐波含量已可以满足国家规范标准规定，而单独利用svg装置进行滤波意义不大。 3.2 无功补偿

地铁供电系统的功率因数主要由牵引负荷和动力照明负荷的性质所决定。对于牵引负荷，由于采用24脉波整流方式，理论基波功率因数在0.9以上，不可调变流器的位移因数在0.95以上，因而其总功率因数可达0.96左右。对于0.4kv侧低压负荷，相对牵引负荷功率因数较低，但随着技术的发展及变频设备的大量采用，功率因数提升明显，基本也可达到0.85～0.9甚至以上。 在地铁线路运营初期，由于牵引及动力负荷（主要为感性）较小，尤其在夜间停运阶段负荷较低时，35kv电缆电缆的容性无功功率（充电无功）大于系统消耗的感性无功功率，供电系统的无功功率呈容性，功率因数较低，需要进行容性无功功率补偿。我国现在运

营的城市轨道交通系统，如天津津滨轻轨、广州地铁、上海地铁及南京地铁等，在运营初期不投入400v无功功率补偿装置的情况下，仍存在容性无功返送的情况，导致主变电所功率因数达不到电力部门的要求而被罚款。

由于地铁供电系统存在大量电缆、线路开通阶段负荷小这一客观事实，地铁线路在系统调试阶段和运营初期功率因数低的问题不可避免。为提供供电质量，需要一种无功补偿装置对功率因数进行控制。

svg装置在目前的无功补偿装置中，能跟随负荷波动自动调整系统功率因数水平，适应地铁供电系统负荷波动大的特点，在技术上最为理想。天津地铁2号线、广州地铁5号线、广佛线、昆明6号线、无锡1、2号线、苏州2号线主变电所均已采用该技术。随着电力电子及igbt技术的成熟，svg在地铁系统中的使用会越来越广。 3.3 电压波动和闪变 3.4 svg安装容量确定

在地铁系统中，svg安装在主变电所35kv母线进行集中补偿，其安装容量应经过计算确定。

在确定无功补偿容量时，需对电缆、变压器、牵引和动照负荷等不同类型设备的有功功率和无功功率分别进行计算。供电系统在夜间处于低载状态，白天高峰时段则为满载状态，其他时段则处于这两种情况之间。因此，应当计算出低载状态和满载状态时相应的有功功率和无功功率，并按将功率因数补偿到0.9以上来确定svg的

安装容量。 4 结语

svg装置在地铁供电系统中主要用于无功补偿，与传统无功补偿装置相比，能动态跟随负荷变化自动进行无功补偿和功率因数调节。若在价格、寿命等方面得以改善，该装置在地铁领域内的将有很大的发展空间。 参考文献

[1] 王兆安，杨君，刘进军，等.谐波抑制及无功功率补偿[m].北京：机械工业出版社，2006.

[2] 耿亮，虞苍璧，刘宝诚.城市轨道交通供电无功补偿设备安装及容量确定[j].电气技术，2012（5）.

[3] 李建民，徐坚.基于svg的城市轨道交通供电系统功率因数补偿研究[j].变压器，2008（2）.