110kV軌道主變所SVG設備的成本效益分析及優化策略

摘 要：隨著都市軌道運輸的迅猛擴張，110kV軌道牽引供電變電站作為都市軌道供電網絡的核心環節，其運作效能與穩固性對于軌道交通的安全性及高效性，發揮著至高無上的作用。SVG（靜態無功發生器）裝備在變電站內扮演著關鍵的無功功率補償角色，對于增強電力系統的電壓品質和穩定性發揮著重要影響。

關鍵詞：110kV軌道主變所；SVG設備；成本效益分析；優化策略

引言

SVG系統在變電站中扮演著至關重要的無功功率調節器角色，對于提高電力網絡的電壓水平和穩固性發揮著關鍵影響。盡管如此，在實際操作過程中，矢量圖形設備的工作效能和可靠性遭受眾多元素的干擾，包括設備自身的功能、操作條件、排程管理方案等。因而對SVG裝置的性價比進行評估，并構想出合適的改善方案，對于增強SVG裝置的作業效能與可靠性，減少經營開支，擁有關鍵的理論與應用意義。

一、110kV軌道主變所SVG設備的技術原理與工作原理

（一）110kV軌道主電變壓器站的運作機制

110kV軌道牽引變電站，構成了城市軌道輸電網絡的關鍵環節，其主要作用是將較高的電壓轉換為適宜于城市軌道交通設備運作的較低電壓。其運作機制主要依賴于變壓器的電磁誘導法，即透過高電壓端與低電壓端的線圈，完成電壓的提升和降低轉換，以適應軌道運輸系統對電力的需要。此外，電力轉換站同樣裝備了必要的防護裝置，旨在保障電力供應體系的穩定與信賴性運作。

（二）靜態無功補償器（SVC）技術理念

在電力系統中，一種被稱為靜態無功補償器的裝置負責動態調整和穩定無功能量。該設備的核心工作概念，涉及對電網中無功功率的即時監控與調節，以保持電能質量和提高供電穩定性。然而具體如何實現這一功能則取決于多種因素，包括但不限于系統設計、應用場景及技術規格等。

動態無功補償器（DVC）是一項利用電氣電子技術的無功功率調節設備，其關鍵機制在于通過迅速變更無功電流以維持系統電壓的穩定性，增進電力系統的效率系數[1]。

（三）110kV軌道供電主變電站的靜止無功發生器（SVG）裝置運行機制

在110kV軌道供電變電站內靜止無功發生器（SVG），通過并行或級聯的模式并入電力系統，持續跟蹤電力網絡中的無功能量波動。在電力系統遭遇無功能量短缺或超額的情形下，SVG單元將依循調控方案敏捷轉換逆變器的導通情況，創造或者回收所需的無功電流，目的是對電力網絡進行必要的無功補充。這類迅捷的反應特性讓SVG系統得以在極短的時刻內，穩固電力網的電壓，增進了供電的品質。

（四）裝置構造及其構件

SVG裝置的構成主要涉及以下數個核心組件：

一是VSC變流器。這種電壓型變流器（Voltage Source Converter）是靜止無功發生器（SVG）的關鍵組件，它的主要職責是將直流電能轉化為交流電能，同時調節輸出電流的大小和時序，以此來對電力系統中的無功功率進行調整和補充[2]。

二是直流儲能器。該設備在為VSC型逆變裝置供應必需的直流能量方面發揮作用，同時確保直流電壓維持一定的平衡。

三是聯接變流器（或感抗器）。聯接變流器或感抗器的主要功能是將SVG系統與電力系統相接合并且具備濾除雜波和分隔兩個系統的功能。

四是斷電開關。在SVG系統發生異?；蜻M行保養時，此開關的作用是切斷SVG系統與電力網絡的連接，以防止設備遭受損傷。

五是溫度調節機制。該機制負責排散SVG裝置在操作時積累的熱能以維持儀器在適宜的作業溫度范圍內。

二、成本效益分析

（一）110kV軌道主變所SVG設備的投資成本

分析

110kV軌道牽引變電站靜止無功發生器（SVG）系統的資金開支，主要涉及設備采購費用、設施部署開銷以及相關的附加成本。

一是設備投資費用。SVG裝置的投入費用受其規模、技術標準、生產廠家等眾多元素影響。通常情況下SVG系統的采購開支相對較為昂貴，這是因為它們融合了尖端的電力電子學技術以及高端的零部件。

二是設施部署開銷。此項費用涵蓋了機械的搬運、現場搭建、系統設定及與既有系統的融合等諸多方面。這些費用可能會根據工程的具體狀況、所在地理環境以及裝置條件的差異而有所變化[3]。

三是附加開支。此類開支可能涵蓋諸如項目協調、規劃建議、教育過程以及潛在的生態效應分析等方面。這些開支雖然不直接涉及設備的采購和設置，但它們依舊構成了整個項目資本投入的一環。

（二）運行維護成本分析

一是日常維護開銷。這涵蓋了設備的常規檢驗、打掃、制冷系統的保養等。這些行動的目的是保障設備維持在優秀的工作狀態中，以防范可能出現的故障。

二是周期性維護費用。周期性維護涉及對機械進行徹底的審查和評估，旨在保證其運作效率與安全標準。這項工作可能需要對設備進行局部或徹底的解構、檢驗以及后續的重組。

三是零部件替換開銷。伴隨著機械的運行，一些零件可能會因磨損或故障而須更換。替換部件的價格受其種類和生產者的影響而有所波動。

四是故障修復開銷。在設備發生故障時可能不得不實施緊急的修復作業。修復故障的費用可能相當昂貴，因為這可能包括了暫停運行的時間、附加的工作人員和潛在的設備替換成本。

（三）成本效益評估指標

在對SVG（Static Var Generator靜態無功發生器）裝置進行成本效益分析時，以下幾個評價標準可以被考慮：

一是資本回報率（ROIC）。ROIC是衡量一項計劃財務效益的普遍標準，其通過比較年度純利潤與全部投入資金的比例進行測算。

二是收益恢復期。所謂的收益恢復期是指自項目啟動之時起，直至完全賺回其所耗費的資金投入所經歷的時段。較小的回報周期往往預示著更優的成本效能。

三是節約能源開支。SVG系統通過提升電力效率和降低電路耗損實現了能源的節約。這些節省下來的能源開支，能夠作為設備成本效益分析的一個環節被考慮。

四是提高系統的堅固性和信賴度。SVG裝置能夠增強電能網絡的堅實度與信賴性，降低斷電與缺陷的出現。這類增益盡管不易以金錢形式直觀衡量，然而在評定設備的成本與效益關系時，它構成了一個須予以重視的關鍵要素。

三、優化策略

（一）優化SVG設備控制策略

1.管理程序的創新變革

管理邏輯是SVG裝置操作的“智能核心”。在面臨錯綜復雜且不斷變化的電力系統狀況下，常規的管理技術往往顯得無能為力。因而運用尖端的調節算法，成為改善靜態無功發生器控制方案的主要職責。

一是預見性調節。通過采用先見性的計算法則，賦予靜態無功發生器（SVG）前瞻性地洞察電力系統中無功功率的演變動向，進而提早采取措施，增強補償作用的精確度與響應速度。

二是靈活的調節機制。SVG裝置必須具備依據多變的電力網絡狀況及其運作模式靈活地改變其管理方案的能力。因此在電力系統發生任何波動時，SVG裝置仍能維持其最優的工作狀況。

2.對調節變量進行精確操控

一是依托實時操作信息。通過深度挖掘電力系統的實時操作信息，掌握電力網絡的負載波動、電壓起伏等性能，為調節控制變量提供信息依據。

二是考慮設備的性能特征。各種SVG裝置在功能表現上有所不同。因而在修改調節變量時，必須深入思考機械的性能屬性，以免因盲目追求卓越的調整成效而破壞機械的穩固性。

3.持續不斷的技術革新

隨著電力電子技術的迅猛進步，SVG裝置的管理方法亦需不斷創新以適應時代的要求。不斷的科技革新成為完善矢量圖形設備管理方案的源源不斷的動力。

一是采納前沿科技。例如將人工智能、數據分析等現代技術運用于電能網絡領域，開辟了對靜態無功發生器（SVG）控制方案進行改良的新途徑。

二是建立研究伙伴關系。攜手學術院所、研究實體等聯合致力于開發更為新穎、更為高效能的靜止無功發生器（SVG）設備管理方案。

（二）最大化SVG設備的能效比

1.智能優化的運作方式

一是載荷適應機制。SVG系統能夠依據電力網絡的載荷波動自主地改變它的無功功率輸出，以達到與載荷即時同步，規避過多或不足的補償現象，進而降低無謂的能量消耗。

二是高效節電模式。當負載減少或者無功功率需求降低的時刻，SVG系統能夠智能轉換至高效節電模式，減少其能量消耗，并且維護電力網絡的平穩運作。

2.實行節約能源的方案

一是高性能散熱機制。運用尖端散熱科技包括水冷和空氣冷卻等方式，保證SVG裝置即便在高溫條件下亦可保持平穩作業，并且減少散熱系統的消耗。

二是待命能耗控制。通過優化設備的待命操作方案減少閑置時的能量消耗，避免多余的資源耗費。

三是能量捕獲手段。研究與采納能量捕獲手段，使得SVG裝置在操作時所釋放的熱量或其他種類的能量得以回收和再利用，以此增進能源的使用效率。

3.能源效率的優化

一是周期性能源效率審查。周期性地對STATCOM系統實施能源效率審查，掌握系統的能源效率狀態及其改善的可能性。

二是技術革新與利用。主動采納并運用前沿技術、新型材料以及創新工藝，增強SVG裝置的能源效率與總體功能。

（三）優化SVG設備的調度管理

1.擬定一個合適的排程方案。

規劃圖表是SVG機器在電力網絡中作業的設計方案。創建一個合適的調控方案必須全面分析電力系統的負載預估、無功功率需求預測和靜態無功發生器（SVG）的運行特性。

一是載荷預期與感性功率需求預估。通過對電力網絡往昔的資料進行剖析，融合目前的操控情形，開展對載荷的預期和感性功率的需求預估，以便為調節方案的構建奉獻數據依據。

二是考慮設備性能特點。在擬定調控方案的過程中必須深入思考靜止無功發生器（SVG）裝置的性能屬性，如其無功調控能力、反饋速度以及調控準確度等要素，以保障這些設備在關鍵時刻能迅速且精確地啟動并投入使用。

2.對作業計劃進行了升級優化

調配方案成為SVG裝置在能源網絡中作業的導向。通過改進調配方案有可能在更大程度上，增強矢量圖形設備的分配效能及其精確度。

一是自主優化與機智排程。通過采用自主優化和機智排程系統，依據電力網絡的即時操作數據及SVG裝置的狀況資訊，自動優化裝置的作業狀況和參數配置，保障裝置運作于最理想狀態。

二是靈活調整調度方案。面對電力網運作狀態的波動和SVG裝置性能的演變，必須對調度方案實施靈活的變更。通過持續追蹤和評估電力網絡的活動信息，迅速變更控制方案，保障SVG裝置不斷處于理想工作狀態。

3.加強調度指揮體系的規章構建

除此之外，構建完善的調度管理體系和提升調度策略的效率至關重要，以保障調度任務的系統化和一致性。

一是創建調控管理框架。構建細致周到的調控管理框架界定調控任務的步驟和標準，保障調控任務的順暢執行。

二是增強調度團隊的教育訓練。定期對調度工作人員實施培養和評估，以提升他們的職業能力和技術熟練度，保障調度任務執行的精確與效率。

結論

優化SVG設備的運行模式和節能措施，不僅能夠提高設備的能效比，降低運營成本，還能為電網的電壓質量和穩定性提供堅實保障。同時，通過制定合理的調度計劃、優化調度策略以及強化調度管理的制度建設，可以進一步提高SVG設備的運行效率和響應速度，確保設備在需要時能夠及時、準確地投入運行。

參考文獻：

[1]張黎明.城市軌道交通主變電所SVG無功補償技術[J].通信電源技術，2021.38（02）：203-205，208.

[2]鄧世聰，周榮林，章彬，等.綜合系統可靠性評估和效益成本分析的電力設備退役更新策略研究[J].科技創新與應用，2016（35）：2-4.

[3]郇嘉嘉.電網設備狀態檢修策略的研究[D].廣州：華南理工大學，2012.