地铁供电系统中增强型动态无功补偿装置ASVG的应用

郝友杰　杜红宇　任顺利　赵海春

【摘要】随着城市地铁运输系统的快速发展，动态无功补偿装置SVG在地铁供电系统中的应用也越来越广泛。本文详细介绍了增强型动态无功补偿装置ASVG的发展过程、工作原理及特点，并结合地铁供电系统的特点探究了增强型动态无功补偿装置ASVG在地铁供电系统中的应用。

【关键词】地铁 供电系统 增强型动态无功补偿装置ASVG 应用

增强型动态无功补偿装置又称增强型静止无功发生器（简称ASVG），在传统SVG装置补偿无功基础上增加了谐波滤除功能，目前已经被广泛应用于城市轨道交通、钢铁冶金、汽车制造等行业的供电系统之中。ASVG利用PWM控制技术，通过电力电子功率平台实现动态的自我输出，不仅能够进行实时的无功补偿及谐波滤除，而且还能有效抑制供电系统中电压的波动。

1 ASVG装置介绍

1.1无功补偿装置的发展

无功补偿装置自身的发展可以分为三个阶段，即机械式投切无源补偿方式阶段、晶闸管投切静止无功补偿方式阶段和基于电压源的静止同步补偿方式阶段。第一阶段的机械式投切无源补偿方式又叫固定式无功补偿装置。因为是机械进行投切，所以每天投切的次数有明确规定，补偿速度低，而且运行时声音非常大，对周围环境影响明显。第二阶段的基于晶闸管投切静止无功补偿方式属于无源补偿装置。利用对导通角的控制实现投切的改变，因此在交流牵引供电系统中应用比较广泛。基于晶闸管投切静止无功补偿装置在实际应用中优于机械式投切无缘补偿装置，能够进行无功连续调节，但是却需要进行分级调节，补偿精度有限。第三阶段即ASVG装置阶段，ASVG装置利用大功率电力电子器件IGBT的快速开断来完成无功及谐波能量的补偿。因此，极大地提高了其工作效率，确保了电网系统供电的稳定性和安全性。

1.2 ASVG装置工作原理及技术特点

1.2.1 ASVG装置的工作原理是：ASVG装置并联在电网侧与负载侧之间，通过外部电流互感器，实时检测负载电流，并通过控制器内部DSP快速傅里叶变换提取出负载的无功电流及谐波电流，然后通过IGBT功率变换器产生与补偿目标大小相等相位相反的补偿电流注入电网，达到抵消负载产生的无功电流及谐波电流，实现对电网侧的电能质量改善功能

1.2.2 ASVG的技术特点：一是运行的范围广。ASVG装置能随着负荷的变化实现动态和双向的无功输出，不但能发出感性无功，而且还能发出容性无功。二是响应时间短。ASVG装置响应时间<10ms，对动态变化负荷补偿效果非常好。三是占地面积较少。ASVG装置占地面积较少，能够有效减少主变电所的占地费用，进而降低城市轨道交通的投入成本，提高经济效益。四是不会在系统中产生串联和并联谐振。ASVG装置因为没有使用大容量的电容器或者电抗器，因此不会产生谐振，进而提高整个系统运行的安全系数。五是具有多种电能质量治理功能。ASVG装置不仅能够实现无功补偿，同时而且还能实现滤波和抑制电压闪变等多种功能。

2地铁供电系统特点

地铁供电系统中同时存在着诸如变频器、不间断电源、LED灯等非线性设备，由于其自身特性不可避免的会产生3、5、7等特征谐波及电压闪变。

同时到夜间低谷期时段地铁停运，供电系统大量感性负荷不再运行，供电电缆由于充电效应将造成容性无功大量倒送电网，使功率因数严重下降，仅为0.3～0.4，造成严重无功功率问题。

大量的谐波电流和无功功率对供电系统造成危害如下：

1）增加线路损耗和变压器损耗，造成大量的电能浪费;

2）谐波危害配电系统的用电安全，容易引起误跳闸及误保护：

3）影响自动控制装置的可靠运行及测量仪表的测量精度;

4）功率因数过低导致供电局的罚款;

5）无功功率变化导致电压波动及闪变，危害用电设备安全。

3地铁供电系统中ASVG装置的适应性分析

3.1谐波治理

地铁供电系统中的动力照明负荷来源于地铁车站和区域之间的照明系统、排风系统、排水系统、消防系统以及空调和电梯运行过程中产生的数量众多的变频负荷。众多变频负荷会产生3、5、7等特征次谐波，严重影响地铁供电系统中设备、仪表正常工作，从而危害地铁安全运行。ASVG装置以其优异动态谐波滤除效果，对动力照明负荷中产生的谐波进行了抑制。ASVG够成功治理谐波，使供电系统运行的安全系数达到国家要求的标准。

3.2无功补偿

城市地铁交通供电系统中的牵引负荷与动力照明负荷性质决定了供电系统的功率因数。城市地铁在晚上不运行的时间里，其负荷非常小。此时，系统消耗的感性无功功率小于电缆的容性无功功率，无功功率为容性，功率因数很小，应及时补偿无功功率。实践证明，国内部分城市地铁在运行时，没有安装无功功率补偿装置情况下，出现了容性无功倒送的现象，影响了主变电所的功率因数，导致因功率因数不达标而影响了地铁的正常运行。

ASVG装置以其优异的动态无功补偿性能可以根据负荷的变动而自行进行功率因数的调节，使供电系统功率因数始终保持在正常运行标准要求的数值范围之内，从而确保地铁供电系统的正常运行。

4结语

综上所述，相对于传统的无功补偿装置，ASVG装置具有運行范围广、反应时间短、不会产生谐波和谐振、占地面积较少、具有多种功能等明显优势。在地铁供电系统中安装ASVG装置，能够有效实现无功补偿及谐波滤除，提高地铁供电系统的安全性，进而保障地铁的正常运营。