一種用SVG平衡電氣化鐵路單相負(fù)荷的方法

摘要： 采用兩套SVG（Static Var Generator）提高電氣化鐵路電能質(zhì)量的平衡電氣化鐵路單相負(fù)荷的一種方法。
關(guān)鍵詞： SVC，TCR和FC，無(wú)電壓沖投運(yùn)方法

1．引言

電氣化鐵路是當(dāng)前我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的交通方式，它已顯示出無(wú)比的優(yōu)越性。到2020年我國(guó)鐵路總長(zhǎng)為100.00KM，電氣比率為50﹪，而承擔(dān)的運(yùn)量比重為80﹪以上。當(dāng)前電力機(jī)車(chē)的供電和趨運(yùn)方式具有以下特點(diǎn)：

①不對(duì)稱(chēng)性，產(chǎn)生負(fù)序電流，引起電網(wǎng)三相不對(duì)稱(chēng)；
②非線性，產(chǎn)生諧波，引起電壓波形畸變；
③沖擊性，引起電壓波動(dòng)；
④功率因數(shù)低。

而且由于電力機(jī)車(chē)的負(fù)載能力和運(yùn)行速度的不斷提高，功率水平也會(huì)大幅度提高，對(duì)電網(wǎng)的沖擊也會(huì)相應(yīng)加大。隨著電氣化鐵路在全國(guó)的逐步發(fā)展，如何使其對(duì)電力系統(tǒng)的影響降為較低，成為了必須認(rèn)真思考和努力解決的問(wèn)題。

傳統(tǒng)的方法是在110kV側(cè)加裝補(bǔ)償裝置，如FC等。但由于電氣化鐵路的負(fù)荷隨機(jī)性，僅僅用FC的效果很不理想。如果采用TCR等SVC補(bǔ)償器，由于接入電壓太高，TCR需通過(guò)變壓器才能可靠工作。同時(shí)，TCR在工作時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，必須配套相應(yīng)的FC才能充分發(fā)揮其作用。所以，整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)很高，占地面積很大，補(bǔ)償功能也很單一。

“靜止無(wú)功發(fā)生器”，也稱(chēng)為靜止同步補(bǔ)償器（Static Synchronous Compensator－STATCOM），是一種并聯(lián)型無(wú)功補(bǔ)償裝置，可以解決已存在的問(wèn)題。

2.系統(tǒng)組成原理

2.1系統(tǒng)組成

用SVG平衡電氣化鐵路單相負(fù)荷的方法是采用兩套結(jié)構(gòu)相同的靜止無(wú)功發(fā)生器，分別接于低壓側(cè)的左右橋臂上再分別連接設(shè)于左右橋臂的固體濾波器FC1、FC2。

SVG1或SVG2采用兩電平功率單元并聯(lián)多重化的方式實(shí)現(xiàn)大容量和低開(kāi)關(guān)波紋，功率單元采用標(biāo)準(zhǔn)模塊形式，輸入端（交流側(cè)）接于變壓器低壓側(cè)，輸出端（直流側(cè)）接于直流母線，采用直流母線互聯(lián)的形式構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)。

系統(tǒng)組成見(jiàn)圖1：

圖1系統(tǒng)組成圖

系統(tǒng)原理電路見(jiàn)圖2：

圖2 系統(tǒng)原理電路圖

圖2中的IGBT1正負(fù)母線之間并聯(lián)突波電容C1，IGBT2正負(fù)母線之間也并聯(lián)突波電容C2，同時(shí)在正負(fù)母線之間的電力電容C4起到儲(chǔ)能和穩(wěn)定直流側(cè)電壓的作用。

功率單元具有交流和直流故障隔離功能；在交流側(cè)設(shè)有接觸器K，在直流側(cè)設(shè)有熔斷器FU2；接觸器K一端連接電抗器輸出端，接觸器K另一端連接功率單元IGBT輸入端；熔斷器FU2接于電容器C4輸出端。

功率單元設(shè)有過(guò)壓保護(hù)器SPD，過(guò)壓保護(hù)器SPD連接熔斷器FU1，兩端與電容C4并聯(lián)。

功率單元具有上電自充電功能，所述的交流側(cè)接觸器K上并聯(lián)有電阻R。

該方法用于電氣化鐵路供電系統(tǒng)的無(wú)功功率、諧波電流和負(fù)序電流的補(bǔ)償。

2.2 系統(tǒng)工作原理

補(bǔ)償負(fù)序電流時(shí)，SVG1和SVG2構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，以直流側(cè)并聯(lián)電容為中介，將不平衡電流從一個(gè)橋臂“分流”到另一橋臂，從而完成負(fù)序電流補(bǔ)償功能。也就是說(shuō)，假定一個(gè)極端情況，如果α相供電臂有列車(chē)通過(guò)，而β相供電臂無(wú)列車(chē)，可以近似認(rèn)為

3、試驗(yàn)與效果

3.1試驗(yàn)

①系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)RTDS—電力實(shí)時(shí)數(shù)字仿系統(tǒng)仿真，其波形如圖3所示：

圖3-a 補(bǔ)償前的abc三相電流波形

②全載試驗(yàn)

系統(tǒng)在公司全載試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)，其性能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。波形如圖4所示：

圖4-a 補(bǔ)償前的abc三相電流波形

圖4-b 補(bǔ)償后的abc三相電流波形

3.2效果

①補(bǔ)償負(fù)序電流，降低負(fù)序電流對(duì)電網(wǎng)的污染；
②降低母線電壓損失，提高電網(wǎng)電壓水平；
③補(bǔ)償無(wú)功功率，提高功率因數(shù)；
④補(bǔ)償諧波電流，降低諧波電流對(duì)電網(wǎng)的污染。

系統(tǒng)經(jīng)仿真，全載試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，效果良好。

3.3對(duì)比

常用補(bǔ)償方式主要有FC、TSC、SVC(TCR+FC)、STATCOM等，現(xiàn)將它們的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)對(duì)比如下，見(jiàn)附表1。

常用補(bǔ)償方式關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

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