混合型無功補償裝置容量配置的研究

摘 要:本文針對混合型無功補償裝置提出了一種容量配置的新方案。首先對當前研究廣泛的混合型主電路結構在變動負荷的應用中所遇到的問題進行了分析，在此基礎上闡述了這種容量配置思路，并且詳細分析了在變動負荷的無功需求變化過程中，SVG所發出無功功率的變動情況。最后通過Matlab對容量配置方案做了系統仿真。通過理論論證和仿真分析表明本設計方案是可行的。

關鍵詞:SVG變動負荷容量配置仿真

中圖分類號:TM714文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0102-02

混合補償裝置是有源補償支路(SVG/APF)與無源補償支路FC聯合使用所產生的補償形式。當前對這種混合形式容量擴大方面的研究主要集中在APF+PPF這種形式上，產生了多種容量配比結構。以APF為核心，HPF為輔助的動態補償型構，這種結構下動態補償性好，但整體補償容量受到限制;以PPF為核心，APF為輔助的動態調整型結構，這種形勢下動態調整性能好，但是動態可調整范圍受限。本文在認真考慮了有源補償裝置動態性能和無源補償裝置容量大等方面因素后提出了一種針對大容量變動負荷的無功功率容量配置新思路，并且采用matlab仿真軟件進行了驗證。

1 主電路形式

當前我國電氣化鐵路變電所的無功補償裝置絕大部分采用并聯電容器固定補償模式。在這種模式下，牽引機車運行到該區段時，固定補償裝置滿足不了牽引機車的無功消耗的需求;當牽引機車運行出該區段時，固定無功功率補償裝置又向系統倒送無功。而有源補償因其具有動態無功補償的優勢引起了廣泛的研究，但是限于目前有源補償容量較小不適合應用于大容量無功功率補償，應用最多的只是對系統的一部分諧波進行濾除。

針對有源補償裝置和無源補償裝置在電力機車這種動態負荷的應用中存在的這些問題，并且充分考慮它們各自的優點后，采取有源補償與無源補償相結合的混合補償方式來實現無功補償，如圖1所示的機車負載下的SVG+FC單相補償結構框圖。當有電力機車通過該變電所區段時，此時區段內對感性無功功率的需求迅速增加，SVG運行在電容特性下與FC支路同時發出感性無功功率對機車負載進行感性無功功率補償;當該變電所區段內無機車通過時，運行在電感特性下發出容性無功功率用以抵消此時FC支路所發出的感性無功功率，起到穩定區段內電壓的作用，實現了電能質量的提高。

2 容量配置思路

如圖2所示，假設在額定電壓下，鐵路變電所供電區段內不同時間段對應的不同機車的多種形式的多種無功需求情況，近似以方波來表示。由圖2中可以看出，在機車通過區段時無功需求增加，機車駛出區段后，無功需求降落。在不同的時間段內，有源補償支路和無源補償支路所對應的容量分配情況不同，明顯看出是以無源補償支路為固定補償部分，有源補償支路為動態補償部分。圖中方波曲線表示機車負荷所需要的感性無功，表示有源補償支路所能發出的最大感性無功功率，表示無源補償支路在額定電壓下所能發出的最大感性無功功率，表示混合補償裝置總共所能產生的感性無功功率，A、B、C、D、E、F、G、H等區域表示各個時間段的SVG與FC支路各自所產生的補償容量。

在鐵路27.5kv牽引變電所中，在有機車通過的情況下，FC無源濾波器支路濾除諧波并且提供固定的感性無功功率，SVG對機車所需其余感性無功功率進行補償或者用來吸收FC支路多出的感性無功功率容量，這樣就有效的降低了SVG支路的補償容量。在0～t1時間段內，機車只需B區域這一部分無功功率，此時SVG支路需要吸收感性無功功率，總的補償容量;在t2～t3時間段內，SVG需要發出感性無功功率，無源補償支路發出感性無功功率，總的補償容量是;在t4～t5時間段內，由于負荷無功功率需求高出混合補償裝置容量上限，故SVG與FC支路都處于滿發狀態，總的補償量是。

當機車馳出該區段后，區段內的感性無功功率需求降為0，若采用傳統無功補償方式，FC支路仍對該區段有感性無功功率注入，會造成區段內電壓升高。此時我們調整SVG吸收感性無功功率用以補償FC支路所發出的感性無功功率，保持區段內電壓穩定。在t1～t2，t3～t4這兩個時間段內，感性無功功率需求下降，無源補償支路發出感性無功功率，有源補償支路SVG用來吸收無源支路所發出的感性無功功率。在應用中的理想情況是，但實際區段內無機車時由于輸電線路、電力變壓器、電抗器等感性負載的存在，整個區段內仍然需要少量的感性無功功率補償，所以的安裝最大容量應該稍小一些，滿足。

3 matlab仿真驗證

仿真系統接線圖如圖3所示，對整個混合補償系統進行了簡化，仿真過程只考慮了SVG、FC和負載的無功功率變化。負載無功需求設定為在10kvar范圍內波動，按照文中所提出的無功容量配置思路，SVG與FC支路各配置5kvar容量，并且考慮到了FC支路在無功需求較大，電壓降低時，感性無功輸出會有所減少的情況。

當負荷無功功率需求變化范圍較小時，如圖4所示，給定感性無功需求在7kvar～10kvar之間變化，在2～4和6～8小時之間感性無功需求較大FC支路的無功輸出有所降低，獲得了圖6所示的SVG無功功率補償曲線，SVG的輸出無功在0～5kvar之間波動變化。

當負荷無功功率需求變化范圍較大時，如圖7所示，給定感性無功需求在0kvar～10kvar之間變化大范圍內波動，FC支路會受到一定程度的影響，根據2.2.1節中的補償思路，得到了圖9所示的SVG無功功率補償變化曲線，其無功輸出在-5kvar～5kvar之間變化，輸出負值表示SVG在這一時間段內發出容性無功功率。

根據上述不同無功需求負荷的仿真結果可證明，該種思路的混合型無功補償方案能夠實現對較小無功需求變動和較大無功需求變動負荷的補償，補償范圍大，且滿足實時性要求。該容量配置方案是可行的。

4 結語

SVG以其優良的動態補償特性，獲得了廣泛的研究。本文提出的這種容量配置新思路為有源補償在大容量變動負荷中的應用提供了一種新的解決方案，最后通過matlab軟件對小變動負荷和大變動負荷進行了仿真實驗，可以得出此種混合形式不僅降低了SVG的補償容量，也充分利用了有源補償的動態特性，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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