SVG动态无功补偿在地铁供电系统中的应用分析

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SVG动态无功补偿在地铁供电系统中的应用分析
摘要随着地铁供电在城市电网系统中所占比重的不断提高,地方供电局有关城市地铁供电系统质量的要求也明显提升。

如何提高供电系统运行质量是各方人员高度重视的课题。

针对地铁供电系统存在的功率因数偏低问题,应用SVG 动态无功补偿装置可显著改善供电质量,对城市供电系统运行可靠性水平的提升意义重大,值得引起重视。

关键词地铁;供电系统;SVG动态无功补偿
1 SVG动态无功补偿概述
SVG动态无功补偿装置由变压器、功率单元、电抗器、控制保护系统等组件与配套附件构成。

在地铁供电系统中,SVG动态无功补偿的基本工作原理是通过电抗器或变压器装置,将自换相桥式电路与电网并联,对桥式电路交流输出侧电压相位以及电压幅值进行调节,并对交流侧电流进行直接控制,以确保该电路发出或吸收可满足要求的无功电流,以满足对地铁供电系统进行动态无功补偿的目的[1]。

SVG动态无功补偿的基本运行模式如下图(见图1~3)所示。

结合图1,在地铁供电系统中,SVG动态无功补偿装置的应用具有如下几个方面优势与特点:第一,SVG动态无功补偿装置运行范围宽,能够对地铁供电系统无功输出进行双向、动态、连续调节,根据负荷变化对无功输出进行调整,支持感性无功以及容性无功两种模式,可最大限度地确保功率因数达到趋近于1.0的理想状态;第二,SVG动态无功补偿装置的响应速度快。

即在供电系统频繁波动负荷状态下,SVG动态无功补偿可在5.0ms时间内进行响应,从而可以取得理想的无功补偿效果;第三,无谐波干扰。

在地铁供电系统中,SVG动态无功补偿装置采用多电平PWM技术,谐波含量低,无须配置专用滤波器,且具有良好的滤波效果;第四,无系统串联、并联谐振。

SVG动态无功补偿装置运行期间无须大量电抗器或电容器装置,供电系统无并联、串联谐振影响,从而可提高供电系统相关设备的运行可靠性。

2 工程概况
xx地铁1号线位于S市,线路全长40.0km,沿线共设置30座车站,其中24座车站为地下站,6座车站为高架段。

地铁沿线采用集中供电模式,即经由主变电所将110kV降压为35kV,在此基础之上通过环网面向供电分区提供电源支持。

以xx站点为例,该站主所计费电度表设置于距离2.7km的供电局220kVxx 变电站出线端。

在既往运行中,由于未设置SVG动态无功补偿装置,导致该区域功率因素偏低(连续3年不足0.9)。

分析认为,导致该区功率因数偏低的原因在于以下几个方面:第一,地铁行业运营特殊,白天负荷高且集中,夜间停运后负荷明显降低。

加之该站点110kV电缆线路长2.75,所对应供电环网电缆单根总长累加达到200.0km,意味着电缆线路容性负荷水平偏高;第二,地铁供电系统设计特殊。

地铁供电系统在设计中考虑的是远期最大用电需求量,但运营初期
由于行车密度偏低,客流量较小,因此系统用电负荷率較低,功率因数低下[2]。

3 SVG动态无功补偿应用
SVG动态无功补偿装置核心部位采用大功率IGBT所构成的逆变器进行无功功率补偿,可根据地铁供电系统实际运行情况支持双向性无功连续调节。

考虑到本工程中该站点设置为地下站点,吊装入口有限,因此为实现对地铁供电系统110kV计量侧的无功补偿,采用以SVG动态无功补偿装置+并联电抗器并与主所35kV母线线路连接的方式实现无功补偿[3]。

该站点110kV电缆线路具体选型为YJLW 03-Z-64/110KV-1*500.0mm?,所对应电容参数取值为0.18uF/km(未考虑单相电缆线路感抗影响)。

该母线线路敷设距离为2.745km,此时单相电缆线路所对应容抗水平经计算为6445Ω,三相电缆所对应容性无功功率水平经计算为1.88Mvar。

在设置主变所对应空载感性无功容量时,首先可查找110kV/35kV变压器在现行《电气设备实用手册》中所对应空载电流水平(为0.9%),有功损耗为0.545MW。

故变压器在空载状态下的感性无功最大值经计算为0.3558Mvar。

对于地铁供电系统中35kV以下电压等级电缆线路而言,无补偿状态下动力照明系统功率因数多维持在0.7~0.85范围内,并且呈感性特点。

地铁牵引机车功率因数较高(可达到0.95以上),故不做考虑。

按照如上所示方法可对变压器以及不同电缆线路所对应无功容量进行计算,容性无功取值为3.905Mvar。

因此,地铁供电系统所需补偿总容量经计算为-5.42Mvar。

考虑该地铁站点的实际情况以及无功补偿需求,主变电所最终确定无功补偿方案为2.4MvarSVG 动态无功补偿装置联合3.0Mvar电抗器并联。

4 结束语
在地铁供电系统运行过程中,通过对SVG动态无功补偿装置的合理应用,能够使供电系统电能质量得到明显改善,最大限度减低线路在轻负载或空载运行状态下因电容充电效应所致工频电压异常升高以及操作过电压问题,对提高线路运行可靠性水平有重要意义,必须引起地铁供电系统工作人员的关注与重视。

参考文献
[1] 吴章辉.地铁110kv主变电所SVG无功补偿[J].科技创新与应用,2014,(20):157-157.
[2] 白玮.SVG无功补偿在选煤厂供电系统中的应用[J].能源与节能,2016,(8):187-188.
[3] 李玲玲,鲁修学,吉海涛,等.级联H桥型SVG直流侧电压平衡控制方
法[J].电工技术学报,2016,31(9):1-7.。

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