許聰銳

【摘 要】對高速鐵路配電所無功補償進行研究，分析了分組投切電抗器、SVG靜止無功發(fā)生器、TCR晶閘管控制電抗器、MCR磁控可調電抗器等電氣設備的優(yōu)點和局限性，結合鐵路供電方案的實際情況，總結高速鐵路配電所無功補償建議及需要考慮的關鍵因素。

【Abstract】This paper mainly studies the reactive power compensation of high-speed railway power distribution， analyzes the advantages and limitations of the electrical equipment such as packet switching reactor， SVG static var generator， TCR thyristor controlled reactor， and MCR magnetic controlled reactor. Combined with the actual situation of railway power supply scheme， the paper puts forward the suggestion of reactive power compensation and key factors to be considered.

【關鍵詞】高速鐵路；無功補償；電力配電所

【Keywords】high-speed railway； reactive power compensation； power distribution station

【中圖分類號】U233 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0179-02

1 概述

在高速鐵路中，為提高供電可靠性和安全性，減少維護量，電力貫通線一般采用全電纜敷設方式，電力電纜電容電流很大，導致配電所兩端供電臂末端電壓升高，超過允許的范圍，因此必須采取措施加以調節(jié)。通常在10kV貫通線每隔10km距離設置小容量固定式電抗器補償，另外在10kV配電所母線段上設置無功補償裝置。由于高速鐵路貫通線負荷處于不斷變化，固定式電抗器不能實時跟蹤負荷變化，補償精度不高，有些時段欠補償或過補償，甚至有可能導致并聯諧振問題，因此10kV配電所應安裝動態(tài)無功補償裝置進行無功補償。

2 動態(tài)無功補償裝置的選擇

2.1 分組投切電抗器

2.1.1 工作原理

分組投切電抗器采用真空接觸器投切多組并聯電抗器，投切時不對系統(tǒng)造成沖擊，以功率因數為投切信號，投切控制器一般調整范圍為0.9～0.95，即功率因素在0.9以下時必須投入，在0.95以上時必須切出，功率因數在0.9～0.95之間裝置不動作。

控制器采用先進的數碼編組方式，按無功容量大小自動選擇匹配電抗器逐個投入和切除并兼顧動作次數，實行均衡投切，不會出現投切振蕩。以最少的電抗器組數實現最佳的電抗量控制，例如三組電抗器可產生七種電抗量，控制更精確，減少成套的成本和空間。

2.1.2 主要優(yōu)缺點

分組投切電抗器的優(yōu)點是實現自動跟蹤補償，投切簡單、靈活。

缺點是按分組逐級調節(jié)無功，不能做到平滑的無級補償；電抗器由于頻繁投切而產生的涌流和過壓，使電抗器壽命大幅縮短，一次接線復雜。

2.2 SVG靜止無功發(fā)生器

2.2.1 工作原理

SVG靜止無功發(fā)生器是將電壓型自換相橋式電路通過電抗器并聯在電網上，當只考慮基波頻率時，SVG動態(tài)無功補償裝置可等效視為幅值和相位均可控的一個與電網同頻率的交流電壓源，適當調節(jié)交流側輸出電壓的相位和幅值，當其幅值大于系統(tǒng)側電壓幅值時輸出容性無功，小于時輸出感性無功。

靜止無功發(fā)生器中最核心的器件是變頻器，如果變頻器的脈寬恒定，通過改變系統(tǒng)電壓與變頻器輸出電壓間夾角，變頻器DC側的電容電壓可以得到調節(jié)，使逆變器產生滿足要求的無功補償電流，使SVG發(fā)出或者吸收無功功率。

2.2.2 主要優(yōu)缺點

SVG靜止無功發(fā)生器的優(yōu)點是響應時間快、運行范圍寬，既可補充感性負荷，也可以補償容性負荷，高次諧波含量低，占地面積小，安全性高。

缺點是控制復雜，成本高。

2.3 TCR晶閘管控制電抗器

2.3.1 工作原理

TCR晶閘管控制電抗器是由晶閘管直接控制電抗器，其觸發(fā)角的可控范圍是90°～180°，改變控制晶閘管的觸發(fā)控制角，可以連續(xù)調節(jié)流過電抗器的電流，從而導致電抗器吸收無功功率的變化。

控制器首先對電壓、電流進行采樣檢測，根據檢測量的大小及給定輸入量的大小，產生相應的觸發(fā)角以改變流過電抗器的電流，以調節(jié)補償系統(tǒng)無功功率。

2.3.2 主要優(yōu)缺點

TCR晶閘管控制電抗器的優(yōu)點是可以實現較快、連續(xù)的無功功率調節(jié)，具有反應時間快、運行可靠、無級補償、可分相調節(jié)、能平衡有功、適用范圍。

缺點是結構復雜，損耗大，任何一只SCR擊穿，都會使晶閘管整體損壞，對冷卻要求嚴格，設備造價、建設施工及運行維護費用很高，對維護人員要專門培訓以提高維護水平。

2.4 MCR磁控可調電抗器

2.4.1 工作原理

MCR磁控可調電抗器采用直流勵磁原理，通過調節(jié)晶閘管的觸發(fā)控制角，利用附加直流勵磁磁化鐵心，改變鐵心磁導率，實現電抗值的連續(xù)可調，改變電抗器感抗電流，以投入的電抗器感性無功容量變化來補償系統(tǒng)容性無功。

控制器對電壓、電流進行采樣檢測，根據檢測量的大小及給定輸入量的大小，產生相應的晶閘管觸發(fā)脈沖以改變鐵芯磁飽和度，以調節(jié)補償系統(tǒng)無功功率。

2.4.2 主要優(yōu)缺點

MCR磁控可調電抗器的優(yōu)點是功率因數可以達到0.99，無功補償容量實現自動無級調節(jié)，不產生諧波，可靠性高、維護簡單，使用壽命長，應用電壓等級廣泛。

缺點是相對于TCR晶閘管控制電抗器，其諧波水平、損耗、占地面積都要小，安裝方便，但調節(jié)時間長，成本高，溫升和噪音是需要控制的。

3 動態(tài)無功補償裝置的應用對比

本著合理、成熟、經濟的原則，選擇分組投切電抗器、SVG靜止無功發(fā)生器、TCR晶閘管控制電抗器、MCR磁控可調電抗器進行對比分析。綜合以上研究，動態(tài)無功補償裝置對比特點如表1。

4 結語

①通過對高速鐵路電力無功補償方案的研究，區(qū)間10kV貫通線路上應分散設置小容量固定式電抗器，10kV配電所母線上應集中設置小容量的自動調節(jié)的電抗器組。

②通過比較不同動態(tài)無功補償裝置優(yōu)缺點，建議高速鐵路電力配電所選用MCR磁控可調電抗器和SVG靜止無功發(fā)生器。兩種裝置均比較可靠。

③SVG靜止無功發(fā)生器雖然價格高，但隨國產技術水平的進步和進口電子部件價格的降低，其技術會越來越成熟，裝置價格會越來越低，應用案例會越來越多[1]。

隨著電力電子技術的發(fā)展，相信會有越來越多新的無功補償技術，如TSC+電抗器、STATCOM等被應用于高速鐵路電力供電系統(tǒng)中來，使高速鐵路供電技術更先進、更可靠、更安全。

【參考文獻】

【1】周建豐，顧亞琴.無功補償裝置的發(fā)展及性能比較分析[J].四川電力技術，2007， 30（4）：59-62.