高速铁路电力配电所无功补偿研究

高速铁路电力配电所无功补偿研究

摘要：铁路电力供电系统贯通线路通常采用电缆线路，由于电力电缆的分布电容大，对地的电容电流相应增大,较大的容性无功功率将会导致配电所功率因数较低，因此为了提高功率因数，采取无功补偿方案是高速铁路供电系统正常运行的必然选择。

关键字：高速铁路；高速铁路；电力配电所；无功补偿

1高速铁路电力配电所无功补偿方案

无功补偿方案包括固定式电抗器方案、分组投切电抗器方案、MCR磁控电抗器方案和SVG静止无功发生器方案。

2几种无功补偿方案在高速铁路的应用

2.1几种无功补偿方案应用

固定式电抗器方案：郑西客专、京石武客专等。

分组投切电抗器方案：京沪高铁杭、长高铁等。

MCR磁控电抗器方案：南广铁路等。

SVG静止无功发生器方案：沪杭高铁高速铁路。

2.2几种无功补偿方案应用比较

能耗从高到低：固定式电抗器方案＞分组投切电抗器方案＞MCR磁控电抗器＞SVG静止无功发生器方案。

响应速度从快到慢: SVG静止无功发生器方案＞MCR磁控电抗器方案＞分组投切电抗器方案，固定式电抗器方案无此功能。

滤波功能：SVG静止无功发生器方案可滤除多次谐波，MCR磁控电抗器方案、分组投切电抗器方案和固定式电抗器方案无此功能。

补偿方式：固定式电抗器方案提供感抗，分组投切电抗器方案只补偿感性，MCR磁控电抗器方案只补偿感性，SVG静止无功发生器方案双向补偿。

经济指标：固定式电抗器的价格是7万元/套，分组投切电抗器的价格是25

万元/套，MCR磁控电抗器的价格是35万元/套，SVG静止无功发生器的价格是40

万元/套。

3某高速铁路无功补偿方案

3.1案例一

某高速铁路全线共设置有两个电力配电所，该高速铁路会产生大量高次谐波，严重影响电能质量，且平均功率因数约0.8，每月力率罚款电费14万左右。该高

速铁路牵引机车采用交流电流制，即单相工频制，传动方式为交-直方式，3、5、7次谐波含量丰富。因此，我们针对这一现状进行研究，决定采用磁控式动态补

偿（MSVC)进行整治，下面以该高速铁路某一个电力配电所为例，就整治的具体

情况进行分析。

3.1.1动态补偿方案

(1)技术选型概述：

目前电力配电所中主要采用静止型动态补偿装置，主要由并联电容器组和可

调电抗器并联组成；其中电容器支路提供容性无功并抑制谐波，当需要调节装置

补偿容量时，只需改变可调电抗器的输出容量，就可以实现无功功率连续快速可调。

目前普遍应用的SVC主要有TCR型和MCR型两种，其补偿效果是一样的，主

要区别在于可调电抗器的调节方式。TCR型动态补偿装置维护量大、运行成本高、占地面积大，在电力配电所未得到大量推广应用；磁控式动态补偿装置具有可靠

性高、免维护、结构简单、占地面积小等显著优点。

综合考虑上述不同技术的各自特点，该电力配电所装设两套磁控式动态无功

补偿技术的装置。

(2)方案设计：

基波补偿容量：按照目标功率因数≥0.95计算，根据实际需求在A、B两个

供电臂27.5kV母线上安装的电容器容量分别为6000kVar、6000kVar（单台电容

器额定电压8.4kV，能在1.36倍的工频额定电压下连续运行），电容器支路在额

定电压27.5kV时有效补偿容量为4567kVar、4567kVar，线路空载时段系统电压

升高到29kV时有效补偿容量为5080kVar、5080kVar。

磁控电抗器容量：根据电容器支路在不同时段输出容量的变化、电缆及接触

网容性充电功率向系统倒送无功，分别配置磁控电抗器，和电容器支路配合使用，可以实现每套装置连续动态可调。

3.1.3电容补偿支路设计：

根据机车特性，采用单调谐滤波器，电抗率设计为12%。

3.1.4结果分析

动补装置投入运行后，系统电压在26.4kV-28.8kV；动补装置控制点

（27.5kV侧)功率因数大于0.95，3次、5次、7次谐波电流95%的概率值分别为21.65A、18.46A、9.864A。

3.2案例二

3.2.1高压侧补偿

该高速铁路有两座110/20kV的电力配电所，在这两座电力配电室中无功补

偿方案是在20kV母线设置静止型动态无功补偿装置来进行无功补偿。

3.2.2低压侧补偿

该高速铁路沿线车站20/0.4kV综合变电所低压侧采用低压动态无功有源滤

波综合补偿装置进行补偿。该补偿装置通过一个有源滤波器滤除谐波，另一方面，

有源滤波器的容量可以在SVG工作模型，代替普通的最小步长电容补偿装置，由于SVG连续输出的无功功率与TSC晶闸管开关电容可以消除输出水平原（间歇误差补偿），快速连续输出的能力，提高补偿精度，所以在这方面的能力足够的情况下可实现高功率因数且可以过滤谐波。

该高速铁路电力供电系统所设计的低压动态无功补偿装置主要含有自动调节的电流需求回路及反馈电流（正负的补偿电流）回路两大部分。自动调节的电流需求回路随时跟踪负载电流变化，形成指令，并转换为数字信号，发送至DSP，进行处理后，第一步分离谐波及基波，从而反馈补偿需求电流；同时接收来自主控制器的无功补偿指令，指令反馈形成信号电流后，通过控制、驱动电路，以PWM信号向反馈电流发生回路发出驱动脉冲信号，通过IGBT或IPM模块，生成补偿电流，反馈至电网，进行无功补偿并主动滤除干扰谐波。

3.2.3无功补偿方案对比

该高速铁路20kV电力供电系统无功补偿方案采用的是变配电所高压侧采用SVG进行补充高压补偿，在沿线车站综合变电所低压侧采用低压动态无功有源滤波综合补偿装置进行低压补充的方案。

4结束语

随着不断地发展，无功补偿技术会越来越多，我们要将新无功补偿技术应用于高速铁路电力配电所，以弥补以上几种无功补偿方案的不足。

参考文献：

[1]《低压有源电力滤波器技术规范》DL/T 1796-2017