一种用SVG平衡电气化铁路单相负荷的方法

一种用SVG平衡电气化铁路单相负荷的方法摘要：采用两套SVG（StaticVarGenerator）进步电气化铁路电能质量的平衡电气化铁路单相负荷的一种方法。关键词：SVC，TCR和FC，无电压冲投运方法1．引言电气化铁路是当前我国重点发展的交通方式，它已显示出无比的优越性。到2020年我国铁路总长为100.00KM，电气比率为50﹪，而承担的运量比重为80﹪以上。当前电力机车的供电和趋运方式具有以下特点：①不对称性，产生负序电流，引起电网三相不对称；②非线性，产生谐波，引起电压波形畸变；③冲击性，引起电压波动；④功率因数低。而且由于电力机车的负载能力和运行速度的不断进步，功率水平也会大幅度进步，对电网的冲击也会相应加大。随着电气化铁路在全国的逐步发展，如何使其对电力系统的影响降为最低，成为了必须认真思考和努力解决的题目。传统的方法是在110kV侧加装补偿装置，如FC等。但由于电气化铁路的负荷随机性，仅仅用FC的效果很不理想。假如采用TCR等SVC补偿器，由于接进电压太高，TCR需通过变压器才能可靠工作。同时，TCR在工作时还会产生大量的谐波，必须配套相应的FC才能充分发挥其作用。所以，整个系统造价很高，占地面积很大，补偿功能也很单一。“静止无功发生器”，也称为静止同步补偿器（StaticSynchronousCompensator－STATCOM），是一种并联型无功补偿装置，可以解决已存在的题目。2.系统组成原理2.1系统组成用SVG平衡电气化铁路单相负荷的方法是采用两套结构相同的静止无功发生器，分别接于低压侧的左右桥臂上再分别连接设于左右桥臂的固体滤波器FC1、FC2。SVG1或SVG2采用两电平功率单元并联多重化的方式实现大容量和低开关波纹，功率单元采用标准模块形式，输进端（交流侧）接于变压器低压侧，输出端（直流侧）接于直流母线，采用直流母线互联的形式构成整体结构。系统组成见图1：图1系统组成图系统原理电路见图2：图2系统原理电路图图2中的IGBT1正负母线之间并联突波电容C1，IGBT2正负母线之间也并联突波电容C2，同时在正负母线之间的电力电容C4起到储能和稳定直流侧电压的作用。功率单元具有交流和直流故障隔离功能；在交流侧设有接触器K，在直流侧设有熔断器FU2；接触器K一端连接电抗器输出端，接触器K另一端连接功率单元IGBT输进端；熔断器FU2接于电容器C4输出端。功率单元设有过压保护器SPD，过压保护器SPD连接熔断器FU1，两端与电容C4并联。功率单元具有上电自充电功能，所述的交流侧接触器K上并联有电阻R。该方法用于电气化铁路供电系统的无功功率、谐波电流和负序电流的补偿。2.2系统工作原理补偿负序电流时，SVG1和SVG2构成一个有机整体，以直流侧并联电容为中介，将不平衡电流从一个桥臂“分流”到另一桥臂，从而完成负序电流补偿功能。也就是说，假定一个极端情况，假如α相供电臂有列车通过，而β相供电臂无列车，可以近似以为3、试验与效果3.1试验①系统已经过RTDS—电力实时数字仿系统仿真，其波形如图3所示：图3-a补偿前的abc三相电流波形②全载试验系统在公司全载试验机上进行实际试验，其性能达到设计指标要求。波形如图4所示：图4-a补偿前的abc三相电流波形图4-b补偿后的abc三相电流波形3.2效果①补偿负序电流，降低负序电流对电网的污染；②降低母线电压损失，进步电网电压水平；③补偿无功功率，进步功率因数；④补偿谐波电流，降低谐波电流对电网的污染。系统经仿真，全载试验和现场应用，效果良好。3.3对比常用补偿方式主要有FC、TSC、SVC(TCR+FC)、STATCOM等，现将它们的关键技术指标对比如下，见附表1。常用补偿方式关键技术指标对比表参考文献:[1]李晓露,段献忠,何仰赞.不平衡系统中ASVG动态建模研究.中国电机工程学报[J],1999,19(9):76~80.[2]孙元章,刘建政,杨志平,赵志勇,卢强,纪勇.ASVG动态建模与暂态仿真研究.电力系统自动化[J],1996,20(1):5~10.[3]郭群岭,张湘南,王强,马晓军.不对称补偿控制研究现状综述.华中电力[J],2000,13(1):14~18.[4]张力,陈建业,王仲鸿,韩英铎,朱庆祥,林烽,王锡文.系统电压不对称条件下ASVG的仿真分析.清华大学学报[J],1997,37(7):55~58.[5]纪延超，戴克健，刘庆国，柳焯等.100kVA广义电力有源滤波器(GAF)的仿真和实验.中国电机工程学报[J]，1997,17(85):315~321.[6]谢运祥，朱立新，唐中琦.有源滤波器输出电感值的选取方法.华南理工大学学报[J]，2000,28(9):73~76.[7]涂春明，罗安.混和有源滤波系统中输出滤波器电感变化对系统性能的影响分析.电力系统及其自动化学报[J]，2003,15(5):54~58.[8]常鹏飞.有源电力滤波器中输出滤波器的设计及仿真.船电技术[J]，2005,2:53~55.[9]陈允平，丁凯，孙建军.并联型有源电力滤波器与电网连接低通滤波器的设计.电力系统自动化，2005,29(3):65~68.[10]KimH,SulSK.Compensationvoltagecontrolindynamicvoltagerestorersbyuseroffeedforwardandstatefeedbackscheme.IEEETransactionsonPowerElectronics[J],2005,20(5):1169~1177.[11]KimH,KimJH,SulSK.Adesignconsiderationofoutputfiltersfordynamicvoltagerestorers.IEEEAnnualPowerElectronicsSpecialistsConference[C],2004,6:4268~4272.[12]LeeSJ,KimH,SulSK.Anovelcontrolmethodforthecompensationvoltagesindynamicvoltagerestorers.IEEEAnnualAppliedPowerElectronicsConferenceandExposition[C],2004,1:614~620.[13]Al-ZamilAM,TorreyDA.Apassiveseries,activeshuntfilterforhighpowerapplications.IEEETransactionsonPowerElectronics[J],2001,16(1):101~109.[14]CaviniA,RonchiF,TilliA.Four-wiresshuntactivefilters:optimizeddesignmethodology.IEEEAnnualConferenceoftheIndustrialElectronicsSociety[C],2003,3:2288~2293.李旷（1977-），男，四川营隐士，博士研究生，高级工程师，从事变频器、无功发生器（SVG）的研发、制造工作。AMethodofBalancingSinglePhaseLoadinElectricRailwaybySVGLiKuang,.GuoZi-yong,LiXing,.ZuoQiangFuGuo-liang,SunLei,DongLi-jun,HanGuo-junRongxinPowerElectronicCo.,Ltd.,ChinaNo.108kejiRoad,High-TechZone,AnshanCity,PRChina,114051,[e-mail]:AmethodbyusingtwosetsofSVG(StaticVarGenerator)toimprovethepowerqualityandbalancesinglephaseloadinelectricrailwaysystemKEYWORD:SVC,TCRandFC,commissioningwithoutvoltageimpact(end)