静止型动态无功补偿装置（SVG）在城市轨道交通供电系统中的应用

摘 要：静止型动态无功补偿装置（SVG）可解决电力系统无功功率的补偿和谐波治理问题，已广泛应用于多个城市轨道交通的供电系统。在分析SVG裝置工作原理和功能作用后，结合实际运行案例，提出优化建议，确保轨道交通安全高效运营。

关键词：轨道交通；供电；无功补偿；SVG装置

随着我国城市轨道交通的快速发展，城市轨道交通供电系统已经成为电力系统重要的用户之一。由于轨道交通负荷是一个交直流混合的系统，运行方式比较复杂，且随着时间的变化出现较大的波动性，因此呈现出移动性、时变性、非线性等特点，导致供电系统运行过程中容易产生低功率因数、电压波动与闪变、谐波、以及三相不平衡等问题。不仅使供电系统电能质量逐步恶化，同时谐波还会引发设备过热、运行异常和能耗损失，严重影响了供电系统的可靠性。因此，在城市轨道交通供电系统中采用静止型动态无功补偿装置（SVG）进行电力系统无功功率补偿和谐波治理，提高供电系统的电能质量和可靠性，确保轨道交通安全高效运营。

1 SVG的基本结构原理

SVG装置通常由VSC逆变器、直流电容器、连接变压器（或电抗器）、断路器及冷却系统等部分构成。其工作原理是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上，通过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的相位和幅值，使电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现快速动态无功补偿的目的。当采用直接控制电流方式时，由于SVG不再采用LC回路进行滤波，而是采用PWM电流控制技术进行滤波，是发出与负荷谐波大小相同方向相反的谐波与之相抵消，从而达到有源滤波的效果。

SVG等效原理图如图1所示。将系统看作一个电压源，SVG可以看作一个可控电压源，连接电抗器可以等效成一个线性阻抗元件。

SVG运行模式及其补偿特性如表1所示。

2 SVG的技术特点

SVG采用了空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制策略和基于瞬时无功功率理论的无功电流检测方式，结合链式结构，解决了在接入系统受到扰动时所引发的各种问题，实现了无功补偿方式质的飞跃。

从技术方面讲，SVG有如下特点：（1）动态补偿：可同时对无功功率和谐波进行补偿，且补偿无功功率可做到连续平滑双向调节，满足功率因数补偿需求，从而取得良好的经济效益。（2）响应时间短：整机响应时间≤5ms，可实现额定容性和感性输出任意切换，满足任何冲击性负载的补偿。（3）优异的谐波输出特性：SVG既可以输出近似正弦波的无功电流用于电网补偿，也可以输出设定次数的谐波电流用于负荷谐波滤波，很好的满足无功补偿与谐波治理的综合需求。（4）高可靠性：SVG是电流源特性，对系统参数不敏感，输出无功不受母线电压影响，且采用链式结构模块化和冗余设计，一个模块故障仍可继续运行。（5）控制方式灵活：可单独补偿电压、无功、功率因数，也可采用综合控制、AVC控制等，各种模式无缝切换。（6）占地面积小：SVG装置模块化、小型化，减小了占地面积，节约建造成本。（7）运行维护简单：SVG采用模块化设计，安装和调试工作方便，后期运营维护工作量小。

3 SVG的应用

南宁轨道交通1号线供电系统采用集中供电方式，主变电站进线电源为110kV，系统环网电压为35kV。由万力主变电站和秋屋主变电站对1号线各车站、停车场和车辆段牵引变电所和降压变电所进行供电。在万力主变电站和秋屋主变电站主变低压侧35kV I、II母线各安装一套荣信电力电子股份有限公司生产的SVG装置，容量均为5Mvar。SVG装置以变电站110kV进线无功功率及35kV母线电压作为控制目标，动态跟踪系统电能质量情况，并根据相应情况动态调节无功输出，确保变电站在任意负荷下高功率因数运行。经过近1年的投入运行，取得了预期的效果。

3.1 谐波电压

以秋屋主变电站运行数据为例，表2为SVG补偿前后35kVⅠ段母线主要谐波电压含有率统计，根据数据比对，各主要谐波电压含有率及电压总谐波畸变率均有明显改善，并符合GB/T 24337-2009《电能质量 公用电网间谐波》要求。

3.2 谐波电流

表3为SVG补偿前后35kVⅠ段进线主要谐波电流含量统计，根据数据比对，各主要谐波电流含量均有一定改善，并符合GB/T 24337-2009《电能质量 公用电网间谐波》要求。

3.3 功率因数

表4为SVG补偿前后变电站110kV侧功率因数，根据数据比对，SVG投运后，系统电能利用率得到提高，功率因数由0.837提高到0.999，取得了良好的经济效益。

4 优化建议

（1）目前部分SVG系统启动和退出操作较为繁琐，建议优化各子系统之间协调控制，实现SVG系统的“一键启动”或“一键退出”功能，自动完成启动或退出运行过程。

（2）目前变电站均按无人值班模式进行设计，SVG后台应与变电所综合自动化系统设置于控制室，实现就地和后台均可进行遥控遥调等操作，便于值守人员进行运行管理。

（3）SVG强迫风冷散热方案存在噪音较大、风压易导致灰尘易堵塞滤网和模组散热器，需经常清理维护等问题，建议新投入设备采用水冷散热方案，提高散热效率，解决阀组滤网维护工作量大及室内噪音大的问题。

5 结束语

SVG作为第三代电能质量治理技术，解决了城市轨道交通供电系统的低功率因数、电压波动与闪变、谐波、以及三相不平衡等问题，达到节能降耗和电能质量改善的效果。因其优异的动态补偿能力和谐波治理功能，必将在城市轨道交通供电系统中得到广泛应用。

参考文献

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[4]荣信电力电子股份有限公司，荣信RSVG系列链式高压静止无功发生器用户手册[Z].鞍山，2014.

作者简介：黄焕隆（1989，10-），男，壮族，广西南宁人，大学本科，助理工程师，南宁轨道交通集团有限责任公司运营分公司，研究方向：从事城市轨道交通供电的生产技术管理。