混合型无功补偿装置容量配置的研究
摘要:本文针对混合型无功补偿装置提出了一种容量配置的新方案。

首先对当前研究广泛的混合型主电路结构在变动负荷的应用中所遇到的问题进行了分析,在此基础上阐述了这种容量配置思路,并且详细分析了在变动负荷的无功需求变化过程中,SVG所发出无功功率的变动情况。

最后通过Matlab对容量配置方案做了系统仿真。

通过理论论证和仿真分析表明本设计方案是可行的。

关键词:SVG 变动负荷容量配置仿真
混合补偿装置是有源补偿支路(SVG/APF)与无源补偿支路FC联合使用所产生的补偿形式。

当前对这种混合形式容量扩大方面的研究主要集中在APF+PPF这种形式上,产生了多种容量配比结构。

以APF 为核心,HPF为辅助的动态补偿型构,这种结构下动态补偿性好,但整体补偿容量受到限制;以PPF为核心,APF为辅助的动态调整型结构,这种形势下动态调整性能好,但是动态可调整范围受限。

本文在认真考虑了有源补偿装置动态性能和无源补偿装置容量大等方面因素后提出了一种针对大容量变动负荷的无功功率容量配置新思路,并且采用matlab仿真软件进行了验证。

1 主电路形式
当前我国电气化铁路变电所的无功补偿装置绝大部分采用并联电容器固定补偿模式。

在这种模式下,牵引机车运行到该区段时,固定
补偿装置满足不了牵引机车的无功消耗的需求;当牵引机车运行出该区段时,固定无功功率补偿装置又向系统倒送无功。

而有源补偿因其具有动态无功补偿的优势引起了广泛的研究,但是限于目前有源补偿容量较小不适合应用于大容量无功功率补偿,应用最多的只是对系统的一部分谐波进行滤除。

针对有源补偿装置和无源补偿装置在电力机车这种动态负荷的应用中存在的这些问题,并且充分考虑它们各自的优点后,采取有源补偿与无源补偿相结合的混合补偿方式来实现无功补偿,如图1所示的机车负载下的SVG+FC单相补偿结构框图。

当有电力机车通过该变电所区段时,此时区段内对感性无功功率的需求迅速增加,SVG运行在电容特性下与FC支路同时发出感性无功功率对机车负载进行感性无功功率补偿;当该变电所区段内无机车通过时,运行在电感特性下发出容性无功功率用以抵消此时FC支路所发出的感性无功功率,起到稳定区段内电压的作用,实现了电能质量的提高。

2 容量配置思路
如图2所示,假设在额定电压下,铁路变电所供电区段内不同时间段对应的不同机车的多种形式的多种无功需求情况,近似以方波来表示。

由图2中可以看出,在机车通过区段时无功需求增加,机车驶出区段后,无功需求降落。

在不同的时间段内,有源补偿支路和无源补偿支路所对应的容量分配情况不同,明显看出是以无源补偿支路为固定补偿部分,有源补偿支路为动态补偿部分。

图中方波曲线表示机车负荷所需要的感性无功,表示有源补偿支路所能发出的最大感性无功功率,表示无源补偿支路在额定电压下所能发出的最大感性无功功率,表示
混合补偿装置总共所能产生的感性无功功率,A、B、C、D、E、F、G、H等区域表示各个时间段的SVG与FC支路各自所产生的补偿容量。

在铁路27.5kv牵引变电所中,在有机车通过的情况下,FC无源滤波器支路滤除谐波并且提供固定的感性无功功率,SVG对机车所需其余感性无功功率进行补偿或者用来吸收FC支路多出的感性无功功率容量,这样就有效的降低了SVG支路的补偿容量。

在0～t1时间段内,机车只需B区域这一部分无功功率,此时SVG支路需要吸收感性无功功率,总的补偿容量;在t2～t3时间段内,SVG需要发出感性无功功率,无源补偿支路发出感性无功功率,总的补偿容量是;在t4～t5时间段内,由于负荷无功功率需求高出混合补偿装置容量上限,故SVG与FC支路都处于满发状态,总的补偿量是。

当机车驰出该区段后,区段内的感性无功功率需求降为0,若采用传统无功补偿方式,FC支路仍对该区段有感性无功功率注入,会造成区段内电压升高。

此时我们调整SVG吸收感性无功功率用以补偿FC 支路所发出的感性无功功率,保持区段内电压稳定。

在t1～t2,t3～t4这两个时间段内,感性无功功率需求下降,无源补偿支路发出感性无功功率,有源补偿支路SVG用来吸收无源支路所发出的感性无功功率。

在应用中的理想情况是,但实际区段内无机车时由于输电线路、电力变压器、电抗器等感性负载的存在,整个区段内仍然需要少量的感性无功功率补偿,所以的安装最大容量应该稍小一些,满足。

3 matlab仿真验证
仿真系统接线图如图3所示,对整个混合补偿系统进行了简化,仿真过程只考虑了SVG、FC和负载的无功功率变化。

负载无功需求设定为在10kvar范围内波动,按照文中所提出的无功容量配置思路,SVG 与FC支路各配置5kvar容量,并且考虑到了FC支路在无功需求较大,电压降低时,感性无功输出会有所减少的情况。

当负荷无功功率需求变化范围较小时,如图4所示,给定感性无功需求在7kvar～10kvar之间变化,在2～4和6～8小时之间感性无功需求较大FC支路的无功输出有所降低,获得了图6所示的SVG无功功率补偿曲线,SVG的输出无功在0～5kvar之间波动变化。

当负荷无功功率需求变化范围较大时,如图7所示,给定感性无功需求在0kvar～10kvar之间变化大范围内波动,FC支路会受到一定程度的影响,根据2.2.1节中的补偿思路,得到了图9所示的SVG无功功率补偿变化曲线,其无功输出在-5kvar～5kvar之间变化,输出负值表示SVG在这一时间段内发出容性无功功率。

根据上述不同无功需求负荷的仿真结果可证明,该种思路的混合型无功补偿方案能够实现对较小无功需求变动和较大无功需求变动负荷的补偿,补偿范围大,且满足实时性要求。

该容量配置方案是可行的。

4 结语
SVG以其优良的动态补偿特性,获得了广泛的研究。

本文提出的这种容量配置新思路为有源补偿在大容量变动负荷中的应用提供了一种新的解决方案,最后通过matlab软件对小变动负荷和大变动负荷进行了仿真实验,可以得出此种混合形式不仅降低了SVG的补偿容量,也充分利用了有源补偿的动态特性,具有广阔的应用前景。

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