摘要：基于MMC(模塊化多電平換流控制技術)的電能質量綜合治理智能系統裝置，其成果在鐵路配電網中首次應用，綜合集成技術水平達到國內領先，社會效益和經濟效益顯著。其主要性能和技術經濟指標優于國內同行業系統技術參數，MMC補償裝置并聯于電網中，相當于一個可控的無功電流源，主要技術亮點是能夠根據負載的變化，實時跟蹤檢測系統無功和諧波變化進行自動補償，能夠實現容性無功和感性無功的自動補償。

　　對系統中任何波動的響應時間小于5ms，能夠有效地濾除19次以下的諧波電流，確保系統安全可靠地運行，解決鐵路供電系統負荷波動帶來的無功波動，進而影響到系統電壓和功率因數的波動問題，解決了長距離的電纜敷設帶來的充電功率對系統的影響。

　　關鍵詞：無功補償;電能質量;技術研究

　　0引言

　　隨著鐵路建設的飛速發展，長大電纜在鐵路供電系統中得到大量應用，長距離的電纜敷設產生了大量的容性負荷，造成系統在低負荷情況下呈容性狀態，功率因數低，導致供電部門的力率罰款;同時，隨著站房照明內大量的整流器、直流屏、LED照明燈和變頻扶梯等設備的接入，系統中的諧波成分復雜化，對系統安全性也帶來很大的隱患，特別是對信號和數據傳輸帶來安全隱患。

　　另外，傳統補償方式接入系統后會改變系統特征阻抗，可能在系統負載變換，參數變換時引起諧振現象，在保護和監控措施不到位的情況下會帶來致命故障。因此，研制開發基于DSP(數字信號處理器)和IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的智能化無功和諧波治理裝置，不僅能夠實時根據系統的無功需求和諧波情況進行補償和治理，同時又能夠與原有的后臺和監控系統組網，實現設備自動化、智能化、網絡化控制，實時將運行數據和狀態上傳，縮短通訊中斷故障時間。既能節約人力、物力成本，又能提高設備巡檢質量，提高供電可靠性。

　　1高鐵供電SVG無功補償系統的構成

　　1)IGBT逆變器設備對直流電壓進行逆變轉換為交流電壓，通過控制逆變后交流電壓的頻率、幅度以及相位，進行無功調節和濾波。2)直流電容器提供直流電壓(相當于調相機的激勵裝置)，同時可以實現平波功能。3)控制和保護監控集成系統可以對系統的電壓和無功功率變化進行快速檢測，并計算設備所需提供的無功容量，進而產生和分配觸發脈沖，對于整個設備實現分級分類保護。

　　4)監控單元可監控設備的系統狀態和設備運行狀態，也可實現遠程通訊功能。5)實現電氣隔離可通過連接電抗器實現，可提高系統安全性，抑制逆變器連接到電網，防止電流突然變化，實現電流平波[1]。

　　2SVG無功補償系統主要技術參數

　　2.1本成果的主要技術指標

　　1)額定工作電壓：400V，690V，6kV，10kV，27.5kV，35kV。2)額定容量：±1Mvar～±100Mvar。輸出無功范圍：感性額定無功到容性額定無功范圍內連續變化。3)響應時間：≤5ms。4)過載能力：1.2倍過載1min。5)輸出電壓總諧波畸變率(并網前)：≤5%。6)輸出電流總諧波畸變率THD：≤3%。

　　7)系統電壓不平衡保護，整定范圍：4%～10%。8)效率：額定運行工況≥99.2%。

　　2.2與國內外同類技術比較，本成果的主要技術參數更為優異，主要體現在：

　　1)快速性好，動態響應時間≤5ms。2)無功補償容量很大時，輸出電流諧波(THD)≤3%。3)有多種運行模式：恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數模式、恒考核點電壓模式、負載補償模式，可滿足多種系統的需求，同時對于目標值可以進行實時更改。4)對輸出負荷進行實時跟蹤檢測，從而能夠對系統無功功率進行動態補償，既能增加系統功率因數也對諧波濾波，改善了整個電網的供電質量[2]。

　　5)能夠提高電網電壓的穩定性，減少母線電壓閃變情況。6)系統主電路是利用由IGBT構成的H橋鏈式串聯形式，每相是多個相同功率單元組成，波形是PWM(脈沖寬度調制)脈沖疊加產生的階梯波，濾波后波形接近正弦波。7)系統基于冗余性設計和模塊化設計，運行靈活方便，且可靠性高。

　　8)系統的功率電路采用模塊化設計的思想，可拓展性和可維護性高。9)具有功能完善的保護系統，例如欠電壓、過電壓、單元模塊過熱、過電流、電壓不均等保護，故障錄波功能更能便于故障點的確定，減少了維護時間，提高了系統的運行可靠性。10)具有良好的人機界面，數據通訊方面有串口RS485標準，以太網接口協議，Modbus(串行通信協議)。界面能夠對數字量和模擬量進行實時顯示，同時還具有對運行歷史事件記錄和查詢、系統信息查詢、歷史故障查詢、單元狀態監控等功能，一鍵開關機、分時控制、送電系統自檢、示波器(AD通道強制錄波)、記錄故障電壓波形等額外功能也是一應俱全。

　　11)避免了合閘涌流、電弧重燃的問題，在投切前不需要進行放電，操作簡便。12)與電網連接十分方便，系統的相序問題不會對設備產生影響。13)裝置采用并聯安裝，外部拓展性好，光纖通訊保證系統數據傳輸的實時性從而能夠實現動態無功補償。在目前國內檢索范圍內，同時具有上述特點的供電網電能質量綜合治理技術，未見文獻報道。

　　通過以上對比，可見本成果無功輸出容量可根據運營需求配置，響應時間優于其它設備廠家，并且在同等容量輸出條件下，損耗也較低，大大節約了運行成本。在設備的結構設計上更為緊湊，同等容量下占地面積更小，能夠適應現場的環境空間要求，節約了土建成本。

　　3高鐵供電SVG無功補償工作原理

　　IFTANGLE(靜止無功發生器)——是當今無功補償領域最新技術的代表，屬于靈活柔性交流輸電系統(FACTS)的重要組成部分。IFTANGLE(G)并聯于電網中，相當于一個可控的無功電流源，其無功電流可以快速地跟隨負荷無功電流的變化而變化，自動補償電網系統所需無功功率，對電網無功功率實現動態無功補償。

　　4關鍵技術

　　1)基于MMC的供電網電能質量綜合治理裝置使用高頻的電力電子開關實現無功功率的補償，裝置同時采用模塊均壓控制技術和反饋加前饋的控制策略，保證控制方面安全可靠。2)通過PWM脈寬調制技術改變輸出電壓的大小與相位，來提供系統所需的無功。

　　3)系統適用范圍廣，400V～35kV電壓等級，在同行業首先實現了柜式功率單元的設計，即殼體不帶有高電壓。此設計更有利于設備的安裝與運行，方便檢修與維護，保證了人身安全。4)根據負載的變化，實時跟蹤檢測系統無功和諧波變化，實現容性無功和感性無功的自動補償，對系統中任何擾動的響應時間小于5ms。

　　5)具有一定的濾波功能，能夠有效地濾除19次以下的諧波電流。6)是基于以太網的智能設備，可以通過公共以太網或是專用光纜進行組網，利用近場紅外感應技術、wifi無線網絡技術使得設備終端實時獲取裝置的信息并加以控制，實現自動化控制與監測;也能夠上傳接入既有的后臺控制和監測，真正實現信息化、自動化和智能化的控制。

　　7)鏈式結構的MMC補償裝置減小了設備占地面積，降低了設備成本，同時由于不需要連接多重化逆變變壓器，所以完全可以避免變壓器勵磁電路帶來的由剩磁和飽和非線性產生的過電壓和過電流問題。當前，分相控制鏈式電路可以實現更可靠的電壓支持，能有效地降低系統受到擾動時帶來的影響。8)補償裝置是獨立的部件，不影響其他的設備運行，也不會受到其他設備的影響，對系統參數十分不敏感，沒有諧振的風險，與既有的無功補償設備可以組網運行，具有自動旁路功能。

　　5實際應用案例

　　鐵路泰州變電所于2016年投入基于MMC動態無功補償，目前使用良好，利用數字信號處理器作為主要控制核心，采用基于瞬時無功理論的控制策略，實時采集模擬量，通過高速計算和分析能力，將無功成分和諧波成分分離出來，然后通過控制基于大容量IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的電力電子變流器，實現對系統無功的補償與諧波治理。

　　變流器采用級聯多電平結構，通過基于標準載波移相技術的SPWM(正弦波脈寬調制技術)進行調制發波，實現了控制系統整體響應速度的快速性和波形的高質量可控性，其對系統擾動的響應時間小于5ms，擾動發生的初期，快速的無功響應能夠將系統發生風險控制在可控范圍。以該成果掛網運營的泰州變電所數據為例：

　　1)成果掛網前，泰州變電所罰款情況泰州變電所2015年10月份開始，由于力率不達標被供電局罰款，從2015年10月份至2016年9月份，泰州變電所12個月共計罰款33650元;2016年10月份泰州-揚州貫通線轉揚州所主供，期間泰州所罰款4800元，揚州所罰款27600元。累計罰款66050元，共計13個月，平均每月罰款5080元。

　　2)成果掛網后，泰州變電所返獎情況2016年12月份至2017年12月份，本成果在泰州變電所投入運用，受供電局獎勵56846元，共計13個月，平均每月返獎4373元。3)節約成本情況若泰州變電所從2016年12月到2018年12月沒投入動態補償，25個月共計罰款約為127000元，而投入動態補償后返獎金額約109325元。所以累計共節約成本：127000+109325=236325元。可見該成果應用成效非常顯著，若廣泛采用，則經濟效益巨大。

　　4)主要表現在：①進行無功補償后，便可提高用電承載率，變壓器可滿負荷運行。例如一臺315kVA、功率因素cosφ=0.6的變壓器只能提供優質服務189kW的有功功率;將功率因數由0.6提高到0.98，相當于擴大了63%，既有功由189kW提高到309kW，基本滿足300kW左右的容量需要，可節省約34萬元的擴容成本。

　　②改善電能質量，延長電器壽命，提高設備質量。③本成果的技術是靈活柔性交流輸電系統(FACTS)技術和定制電力(CP)技術的關鍵一步，在電網和電力用戶處方面都得到廣泛應用，可以提高電能質量，節約能源，同時更能穩定電網電壓。④裝置能夠接入400V～35kV電壓等級母線，解決了傳統無功補償裝置的缺點，可以提供快速又連續的動態無功補償和對諧波進行濾波。

　　能夠穩定電網電壓的突然波動，并抑制母線電壓的突然變化，有效地增加負載功率因數。⑤該裝置實用價值高，如能推廣到各鐵路局的每個變電所和城市軌道交通運營單位的每個變電所，則具有廣泛的推廣應用前景。

　　5.1經濟效益

　　1)提高用電效率IFTANGLE(G)系列高壓動態無功補償裝置提高了系統的功率因數，使功率因數始終保持較高值。2)節約電費成本IFTANGLE(G)系列高壓動態無功補償裝置可以減少電網的視在功率而不降低電網有功功率，有效地提高了電網效率，減少了無功電流在線路上的損耗。簡而言之：無功補償可以減少無功功率，提高供電質量，減少供電損失，供電企業鼓勵這種做法就會采取措施給予獎勵.相反就會增加供電損耗，給予懲罰。因此，節約的用電成本十分可觀。

　　5.2社會效益

　　1)實現系統所需無功的動態補償，可以隨時隨地補償電網電壓的波動，功率因數低等問題。2)提高系統暫態電壓穩定性，確保系統運行安全。

　　6結論

　　本文成果是運用電力電子大功率開關器技術而研制的“有源無功動態補償裝置”，其特點有投切速度快，可過零觸發，不會對電網造成過沖擊等優點被市場認可;同時，在響應速度、穩定電網電壓、降低系統損耗、增加傳輸能力、提高瞬變電壓極限，降低諧波和減小占地面積具有更優越的性能，是未來無功補償的發展方向，是未來無功補償行業更新換代的產品。

　　近年來新能源產業的超速發展，而有源補償裝置因可以容性補償也可感性補償，可以防止光伏發電系統夜晚產生的孤島效應，有源補償裝置在光伏發電行業近幾年得到了迅速的發展，將新技術、新材料用于有源無功動態補償裝置以改善其性能的研究一直沒有中斷過，并且已經取得較大突破。隨著鐵路行車設備的不斷升級換代，時序與信號的控制越來越嚴格，對牽引變電所、電力變配電所的供電質量提出了空前的要求，為保證優質的供電質量，采用高性能的無功與諧波治理裝置前景非常好，市場潛力巨大。

　　參考文獻：

　　陳超,張爍,閆寶.基于SVG與可變電容器組的綜合無功補償裝置研究[J].科技展望,2017,27(28):102-103.

　　李文修,王光利.配電系統動態無功補償技術的應用研究[J].科技創新與應用,2016(07):205.

　　配電方向論文范文閱讀：發電廠供配電系統的電氣設計研究

　　【摘要】21世紀以來，隨著社會經濟的飛速發展，各大小企業、工廠乃至普通居民對于電力的需求都逐漸增加，因此，發電廠最大限度的有效運行，內部系統的平衡穩定，發電廠良好的供配電系統設計一直作為發電廠的重要建設部分，對其就顯的尤為重要。所以，發電廠設計工作人員在進行供配電系統設計的過程中，需充分考慮發電廠的結構、特點及使用特性，結合自身發電廠的實際情況，盡可能的選擇合理的設計方案。