浅谈动态无功补偿（SVG）设计在城市轨道交通供电系统中的应用

郑勇峰

摘 要：在城市轨道交通工程中供电系统的功率因数一直存在着调节复杂的情况。由于在城市轨道交通运营初期供电系统负载率较低，带电电缆产生的容性无功难以被吸收，从而造成系统功率因数偏低、无功功率损耗较大的现象；另一方面，由于城市轨道交通“夜间检修、白天运营”的特点，每天不同时段的负载性质不同，在固定的时间段，也存在着供电系统功率因数无法满足供电部门要求的情况。因此城市轨道交通供电系统中引入动态无功补偿装置（SVG）设计作为功率因数的调整方案，是非常有必要的。

关键词：城市轨道交通；供电系统；动态无功补偿；功率因数调整

中图分类号：U223.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）03-0128-02

Abstract： The power factor of power supply system in urban rail transit engineering is always complicated. Because of the low load rate of power supply system in the early stage of urban rail transit operation， the capacitive reactive power generated by live cable is difficult to be absorbed， which leads to the phenomenon of low system power factor and large reactive power loss. On the other hand， due to the characteristics of "maintenance at night， operation in daytime" of urban rail transit， the load nature of different periods of the day is different. In a fixed time period， there is also the situation where the power supply can not meet the requirements of the power supply department. So it is very necessary to introduce Static Var Generator （SVG） into the power supply system of urban rail transit as the adjustment solution to power factors.

Keywords： urban rail transit； power supply system； dynamic reactive power compensation； power factor adjustment

1 概述

城市轨道交通供配电系统产生的无功包括感性无功和容性无功两种。在供电系统中，重载时线路无功功率呈感性，不同负荷性质的功率因数不同，白天高峰时段功率因数可以达到0.9以上，而在夜间休车时段，牵引负荷为零，动力照明负荷也只有白天的10%左右，而供电系统由于电缆的充电无功效应，产生了大量的容性无功，倒送到电力系统，每月给运营部门造成大量的电力损耗和罚款。轻载时线路无功功率呈容性，直接影响到系统负荷的功率因数、功率损耗和电网的安全运行。

结合国内多个城市轨道交通供电系统设计经验以及实际运营的情况，提出在供电系统中加入动态无功补偿装置（SVG）的设计方案，SVG动态无功补偿装置作为一种新型可连续调节的双向补偿电源，在城市轨道交通工程的中，已经具备完善的设计和实用经验。

2 SVG动态无功补偿装置的基本原理

SVG动态无功连续补偿装置是一种新型可连续调节的双向补偿电源，其基本原理是由IGBT管组成的三相并联变流器并联在电网上，系统电流通过电流互感器被采集到SVG控制系统中，控制系统通过实时控制电路将负载电流中的无功分量分离出来，并运用大容量DSP芯片及PWM最新技术控制IGBT触发，通过调节三相变流器交流侧输出电压的相位和幅值，迅速吸收（运行在感性模式）或发出（运行在容性模式）所需要的无功电流，实现动态无功功率的平滑、连续补偿。SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过高阻抗连接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幅值和相位，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。高压H.SVG动态无功连续补偿装置在原理上具有创新和突破，取消电容器，不用电容器来产生无功功率。克服了传统补偿器容易与系统发生串联谐振或并联谐振的缺点，彻底解决了在谐波环境下进行动态无功功率补偿的难题，是无功补偿的更新换代产品。

SVG装置的主电路采用链式逆变器拓扑结构，Y形连接，10kV装置每相由12个功率单元串联组成，运行方式为N+1模式。

3 SVG主要功能及组成

SVG动态无功连续补偿装置一种用于电气系统动态无功功率补偿领域，突破无功补偿传统理念的新型补偿产品，由连接变压器（降压连接作用）、启动柜（启动回路、缓冲回路及主要开关）、功率单元柜（IGBT模块组）、控制柜组成。该装置采用半导体电力电子器件来搭建整流和逆变电路，可对负荷实现双向补偿和连续调节，能自动跟踪负荷变化平滑无级输出与负荷的无功电流大小相等、方向相反的容性無功电流，使系统的功率因数达到0.95（滞后、无过补）。

4 设计方案实例解析

城市轨道交通供配电系统产生的无功包括感性无功和容性无功两种，无功容量的产生主要考虑以下五部分设备：endprint

（1）110kV电缆产生的充电容性无功。

（2）主变的空载电流产生的无功损耗（感性无功）。

（3）35kV电缆产生的充电容性无功。

（4）35kV侧降压变、跟随变、综合楼变压器、牵引变变压器自身的感性无功。

（5）机车及各种用电设备产生的无功功率（感性无功）。

方案主要计算系统运行中最大的容性无功的需要量，因此选取夜间地铁停运时的容性无功最大及感性无功最小进行计算。

某城市轨道交通主变电所无功补偿容量核算实例：

主变电所两回进线电源：一回来自A变，路径总长度4.0km，另一回来自B变，路径总长度2.1km，以上电缆均采用110kV-YJLW03-Z-1*500电缆。本期主变容量为31.5MVA，终期为50MVA。电缆充电功率按690kVar/km计算，考虑到A变已装设40Mvar无功，该回电缆的充电功率各补偿一半。

根据国家能源局国能安全（2014）161号文“电网主变最大负荷时高压侧功率因数不得低于0.95，最小负荷时不得高于0.95，100kVA以上高压供电用户，用电高峰是高压侧的功率因数不应低于0.95，其他用户不低于0.9”，本案例设定的功率因数为0.95。

本案例依据设计院提供的负载方式：低负载设定为夜间运行（10%动照）方式，高负载设定为白天高峰（牵引+动照）方式。

总结：根据负载及功率因数为实际数据，本站无功补偿装置以补偿高压电缆充电功率、变压器无功损耗、低压电缆充电功率为并适当兼顾负荷侧的无功补偿。在A变进线侧本期配置无功补偿±3.5MVa，在B变侧本期配置无功补偿±3.5MVar。本方案设计采用SVG动态无功综合补偿装置在35kV母线进行补偿，可对负荷实现双向补偿和连续调节，设计的补偿容量足够实现功率因数稳定在0.95以上。

5 结束语

动态无功补偿（SVG）设计目前在国内城市轨道交通工程已经有不少可借鉴的成功应用，经过对国内多个城市轨道交通工程的供电系统进行调研和学习，结合供电局对电能质量的具体要求，提出并尝试应用动态无功补偿装置设计方案，通过应用设计方案不仅提高供电系统的功率因数，而且节能和谐波抑制效果显著，使得城市轨道交通供电系统中无功补偿方案更加的完善。

参考文献：

[1]李力鹏，方攸同，盛家川，等.城市轨道交通2种供电方式下供电系统功率因数分析[J].中国铁道科学，2009，30（6）：67.

[2]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，2008，45（2）：5.

[3]何宗华.城市轨道交通供电系统运行与维修[M].中国建筑工业出版社，2005.

[4]翟聪.动态无功补偿装置SVG技术研究及应用[J].科技创新与应用，2012.

[5]黄焕隆.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[J].科技创新与应用，2017（18）：10-11.

[6]李文修，王光利.配电系统动态无功补偿技术的应用研究[J].科技创新与应用，2016（07）：205.

[7]鄒欣欣.动态无功补偿装置在地铁供电系统中的应用[J].科技创新与应用，2014（21）：14-15.endprint