郝友杰　杜紅宇　任順利　趙海春

【摘要】隨著城市地鐵運(yùn)輸系統(tǒng)的快速發(fā)展，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVG在地鐵供電系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。本文詳細(xì)介紹了增強(qiáng)型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置ASVG的發(fā)展過程、工作原理及特點(diǎn)，并結(jié)合地鐵供電系統(tǒng)的特點(diǎn)探究了增強(qiáng)型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置ASVG在地鐵供電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】地鐵 供電系統(tǒng) 增強(qiáng)型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置ASVG 應(yīng)用

增強(qiáng)型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置又稱增強(qiáng)型靜止無功發(fā)生器（簡(jiǎn)稱ASVG），在傳統(tǒng)SVG裝置補(bǔ)償無功基礎(chǔ)上增加了諧波濾除功能，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于城市軌道交通、鋼鐵冶金、汽車制造等行業(yè)的供電系統(tǒng)之中。ASVG利用PWM控制技術(shù)，通過電力電子功率平臺(tái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的自我輸出，不僅能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的無功補(bǔ)償及諧波濾除，而且還能有效抑制供電系統(tǒng)中電壓的波動(dòng)。

1 ASVG裝置介紹

1.1無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展

無功補(bǔ)償裝置自身的發(fā)展可以分為三個(gè)階段，即機(jī)械式投切無源補(bǔ)償方式階段、晶閘管投切靜止無功補(bǔ)償方式階段和基于電壓源的靜止同步補(bǔ)償方式階段。第一階段的機(jī)械式投切無源補(bǔ)償方式又叫固定式無功補(bǔ)償裝置。因?yàn)槭菣C(jī)械進(jìn)行投切，所以每天投切的次數(shù)有明確規(guī)定，補(bǔ)償速度低，而且運(yùn)行時(shí)聲音非常大，對(duì)周圍環(huán)境影響明顯。第二階段的基于晶閘管投切靜止無功補(bǔ)償方式屬于無源補(bǔ)償裝置。利用對(duì)導(dǎo)通角的控制實(shí)現(xiàn)投切的改變，因此在交流牽引供電系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛?；诰чl管投切靜止無功補(bǔ)償裝置在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)于機(jī)械式投切無緣補(bǔ)償裝置，能夠進(jìn)行無功連續(xù)調(diào)節(jié)，但是卻需要進(jìn)行分級(jí)調(diào)節(jié)，補(bǔ)償精度有限。第三階段即ASVG裝置階段，ASVG裝置利用大功率電力電子器件IGBT的快速開斷來完成無功及諧波能量的補(bǔ)償。因此，極大地提高了其工作效率，確保了電網(wǎng)系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和安全性。

1.2 ASVG裝置工作原理及技術(shù)特點(diǎn)

1.2.1 ASVG裝置的工作原理是：ASVG裝置并聯(lián)在電網(wǎng)側(cè)與負(fù)載側(cè)之間，通過外部電流互感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流，并通過控制器內(nèi)部DSP快速傅里葉變換提取出負(fù)載的無功電流及諧波電流，然后通過IGBT功率變換器產(chǎn)生與補(bǔ)償目標(biāo)大小相等相位相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，達(dá)到抵消負(fù)載產(chǎn)生的無功電流及諧波電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)側(cè)的電能質(zhì)量改善功能

1.2.2 ASVG的技術(shù)特點(diǎn)：一是運(yùn)行的范圍廣。ASVG裝置能隨著負(fù)荷的變化實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和雙向的無功輸出，不但能發(fā)出感性無功，而且還能發(fā)出容性無功。二是響應(yīng)時(shí)間短。ASVG裝置響應(yīng)時(shí)間<10ms，對(duì)動(dòng)態(tài)變化負(fù)荷補(bǔ)償效果非常好。三是占地面積較少。ASVG裝置占地面積較少，能夠有效減少主變電所的占地費(fèi)用，進(jìn)而降低城市軌道交通的投入成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。四是不會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生串聯(lián)和并聯(lián)諧振。ASVG裝置因?yàn)闆]有使用大容量的電容器或者電抗器，因此不會(huì)產(chǎn)生諧振，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全系數(shù)。五是具有多種電能質(zhì)量治理功能。ASVG裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)無功補(bǔ)償，同時(shí)而且還能實(shí)現(xiàn)濾波和抑制電壓閃變等多種功能。

2地鐵供電系統(tǒng)特點(diǎn)

地鐵供電系統(tǒng)中同時(shí)存在著諸如變頻器、不間斷電源、LED燈等非線性設(shè)備，由于其自身特性不可避免的會(huì)產(chǎn)生3、5、7等特征諧波及電壓閃變。

同時(shí)到夜間低谷期時(shí)段地鐵停運(yùn)，供電系統(tǒng)大量感性負(fù)荷不再運(yùn)行，供電電纜由于充電效應(yīng)將造成容性無功大量倒送電網(wǎng)，使功率因數(shù)嚴(yán)重下降，僅為0.3～0.4，造成嚴(yán)重?zé)o功功率問題。

大量的諧波電流和無功功率對(duì)供電系統(tǒng)造成危害如下：

1）增加線路損耗和變壓器損耗，造成大量的電能浪費(fèi);

2）諧波危害配電系統(tǒng)的用電安全，容易引起誤跳閘及誤保護(hù)：

3）影響自動(dòng)控制裝置的可靠運(yùn)行及測(cè)量?jī)x表的測(cè)量精度;

4）功率因數(shù)過低導(dǎo)致供電局的罰款;

5）無功功率變化導(dǎo)致電壓波動(dòng)及閃變，危害用電設(shè)備安全。

3地鐵供電系統(tǒng)中ASVG裝置的適應(yīng)性分析

3.1諧波治理

地鐵供電系統(tǒng)中的動(dòng)力照明負(fù)荷來源于地鐵車站和區(qū)域之間的照明系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及空調(diào)和電梯運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)量眾多的變頻負(fù)荷。眾多變頻負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生3、5、7等特征次諧波，嚴(yán)重影響地鐵供電系統(tǒng)中設(shè)備、儀表正常工作，從而危害地鐵安全運(yùn)行。ASVG裝置以其優(yōu)異動(dòng)態(tài)諧波濾除效果，對(duì)動(dòng)力照明負(fù)荷中產(chǎn)生的諧波進(jìn)行了抑制。ASVG夠成功治理諧波，使供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全系數(shù)達(dá)到國(guó)家要求的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2無功補(bǔ)償

城市地鐵交通供電系統(tǒng)中的牽引負(fù)荷與動(dòng)力照明負(fù)荷性質(zhì)決定了供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。城市地鐵在晚上不運(yùn)行的時(shí)間里，其負(fù)荷非常小。此時(shí)，系統(tǒng)消耗的感性無功功率小于電纜的容性無功功率，無功功率為容性，功率因數(shù)很小，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)償無功功率。實(shí)踐證明，國(guó)內(nèi)部分城市地鐵在運(yùn)行時(shí)，沒有安裝無功功率補(bǔ)償裝置情況下，出現(xiàn)了容性無功倒送的現(xiàn)象，影響了主變電所的功率因數(shù)，導(dǎo)致因功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)而影響了地鐵的正常運(yùn)行。

ASVG裝置以其優(yōu)異的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償性能可以根據(jù)負(fù)荷的變動(dòng)而自行進(jìn)行功率因數(shù)的調(diào)節(jié)，使供電系統(tǒng)功率因數(shù)始終保持在正常運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)值范圍之內(nèi)，從而確保地鐵供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4結(jié)語

綜上所述，相對(duì)于傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置，ASVG裝置具有運(yùn)行范圍廣、反應(yīng)時(shí)間短、不會(huì)產(chǎn)生諧波和諧振、占地面積較少、具有多種功能等明顯優(yōu)勢(shì)。在地鐵供電系統(tǒng)中安裝ASVG裝置，能夠有效實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償及諧波濾除，提高地鐵供電系統(tǒng)的安全性，進(jìn)而保障地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。