地鐵再生能饋裝置輔助無功補償?shù)目尚行越馕?/h1>
2021-09-01 23:49:51楊慧芳
科學(xué)與生活 2021年9期
楊慧芳
摘要：本篇文章主要解析了地鐵再生能饋裝置輔助無功補償?shù)目尚行裕ㄟ^研究地鐵牽引變電的相關(guān)原理，研究出控制再生能饋裝置形成無功功率的運行方法，以此達成牽引變電所能饋裝置輔助主變電所無功補償裝置的相應(yīng)功能。此方案的研究，具有一定的可行性，可以為設(shè)備運行與設(shè)備管理提供全新的實施思路，讓其獲得更好的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：地鐵;再生能饋裝置;無功補償
一、地鐵供電系統(tǒng)的無功特性
對于地鐵集中式供電系統(tǒng)而言，其主要運行目的便是利用主變電所，將城市電網(wǎng)當(dāng)中原有的高壓電源值110kV轉(zhuǎn)換成中壓電源35kV，之后通過中壓環(huán)網(wǎng)將其傳送到下面的各個變電所當(dāng)中。地鐵供電系統(tǒng)無功源涉及到了中壓變壓器、整流器、主變壓器的感性無功和電纜的容性無功。下面就為大家介紹一下各個方面的無功特點：
第一，變壓器和整流器的無功特點。對于變壓器和整流器而言，在其實際作業(yè)時，還會形成感性無功。變壓器的無功功率涵蓋了線圈的漏磁以及鐵心的勵磁功率。如果電壓處于同一數(shù)值時，那么鐵心勵磁功率便被稱作定值，而變壓器的負(fù)荷率直接關(guān)乎到線圈的漏磁無功功率，對于產(chǎn)生巨大的影響。
第二，中壓環(huán)網(wǎng)電纜無功特點。對于35kV 中壓環(huán)網(wǎng)電纜而言，其運行時所形成的無功功率中涵蓋了QL以及QC。一般環(huán)境當(dāng)中，QC≥QL，也可以忽視QL。而QC 和電纜的長度呈現(xiàn)出正比時，并且電壓與電纜長度恒定時， QC也會處于原有狀態(tài)。
第三，系統(tǒng)無功特性。當(dāng)?shù)罔F供電系統(tǒng)運行時，其會形成較大的負(fù)荷波動性，這也和地鐵運行時所產(chǎn)生的用電量較大相關(guān)。由于用電負(fù)荷比較大，進而導(dǎo)致系感性滯后無功現(xiàn)象的發(fā)生，所呈現(xiàn)出的應(yīng)補償容性無功功率的量也會比較少。當(dāng)?shù)罔F處于停運狀態(tài)是，這時電纜所形成的容性無功功率會遠遠超出系統(tǒng)形成的感性無功功率，最終讓供電系統(tǒng)的功率因數(shù)大大降低，讓其狀態(tài)運行也十分不佳。
二、 SVG與能饋裝置的基本原理
（一）SVG 基本原理
SVG 具有實時計算、數(shù)據(jù)采集、控制等功能，可以隨時隨地完成對電網(wǎng)電能質(zhì)量改變的跟蹤與觀察，并結(jié)合實際的變化現(xiàn)象展開動態(tài)化的管理，讓運行負(fù)荷得到有效調(diào)節(jié)，使得諧波濾波功能也在關(guān)注的范圍當(dāng)中。
SVG 的基本原理便是對IGBT元器件開關(guān)的調(diào)節(jié)，以此更好的控制直流逆變的電壓相位和幅值，最終形成和系統(tǒng)電壓一致的信號，讓信號進入到電力系統(tǒng)當(dāng)中，完成無功生成的任務(wù)。這一裝置也可以比作成調(diào)相電源，其能夠快速的完成系統(tǒng)的無功檢測，從而達成無功的平衡。SVG 裝置主要構(gòu)成內(nèi)容便是逆變器，其工作原理為下圖1、圖2。
（二）再生能饋裝置原理
當(dāng)?shù)罔F在運行的過程中，每一站點的間隔運行距離都會比較短，并且地鐵在運行速度上也比較快，這也導(dǎo)致頻繁制動與啟動。當(dāng)?shù)罔F啟動時，其會耗費大量的電能，而在制動時，其也會再次生成大量的電能。為了更好的降低制動能力的消耗，讓區(qū)間隧道溫度獲得有效控制，那么會在牽引變電所配置地再生制動能量吸收裝置。
比如，在昆明地鐵某工程當(dāng)中，其牽引供電系統(tǒng)應(yīng)用的便是中亞回饋性再生制動電能逆變回饋裝置，裝置里面的逆變器先會和牽引變電所當(dāng)中的整流器直流母線連接到一起，之后在連接到交流中壓系統(tǒng)上面，從而達成較好的節(jié)能效果。此外，能饋裝置和 SVG ，它們在主電路結(jié)構(gòu)上通常相同，都是三相逆變橋組成的。如果地鐵在制動的過程中，其直流電壓大于相關(guān)數(shù)值時，那么便需要將PWM開啟，利用它完成功率器件的控制，最終使得地鐵的直流供電系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)當(dāng)中。
三、分布式無功補償方案
所有供電系統(tǒng)其對于功率與負(fù)荷都有著嚴(yán)格要求，對于地鐵供電系統(tǒng)而言也是如此。地鐵供電系統(tǒng)，在負(fù)荷波動上比較大，且容性無功功率也比較大，這也導(dǎo)致其經(jīng)常會發(fā)生反送無功功率的現(xiàn)象。對此，一定和設(shè)計出科學(xué)、完善的無功補償方案。上面所舉例的昆明地鐵，其應(yīng)用的方法為集中式無功補償，需要完成對整體供電系統(tǒng)的補償支持。而分析能饋裝置的整體運行狀況，可以得出該裝置在運行的過程當(dāng)中，可以獨立完成有功功率、無功功率的控制。當(dāng)其可以滿足根本的地鐵制動、牽引需求時，便要完成對中壓網(wǎng)絡(luò)的無功補償。能饋裝置當(dāng)中的交流側(cè)，其要經(jīng)過變壓器才能夠與中壓網(wǎng)絡(luò)完成相連。由于每一個牽引變電所都基本配置了能饋裝置，那么便可以使用此種方式完成對中壓網(wǎng)絡(luò)的分布式無功補償，讓其供電效果顯著提升。
結(jié)束語：
總而言之，地鐵在如今已經(jīng)成為了人們出行的主要工具，這也使得地鐵的供電系統(tǒng)所承受的負(fù)荷比較大，每天的工況相差也較大。對于這樣的情況，就需要完成地鐵再生能饋裝置的無功補償，以此達到較好的工況調(diào)節(jié)效果，補償方案的應(yīng)用凸顯出價值。此外，相關(guān)人員還應(yīng)了解地鐵再生能饋裝置的根本價值，對其應(yīng)用可行性進行進一步的研究，從而讓地鐵運行始終處于穩(wěn)定的環(huán)境當(dāng)中。
參考文獻：
[1]程晉然， 馬天文， 楊振宇，等. 地鐵再生能饋裝置輔助無功補償?shù)目尚行匝芯縖J]. 電氣技術(shù)， 2019， 20（03）：129-132.
[2]桑福環(huán)， 張海龍， 王林，等. 地鐵能量回饋裝置的無功補償控制策略[J]. 城市軌道交通研究， 2016， 19（05）：117-120.
南京地鐵運營有限責(zé)任公司 江蘇南京 210012
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關(guān)鍵詞：地鐵;再生能饋裝置;無功補償
一、地鐵供電系統(tǒng)的無功特性
對于地鐵集中式供電系統(tǒng)而言，其主要運行目的便是利用主變電所，將城市電網(wǎng)當(dāng)中原有的高壓電源值110kV轉(zhuǎn)換成中壓電源35kV，之后通過中壓環(huán)網(wǎng)將其傳送到下面的各個變電所當(dāng)中。地鐵供電系統(tǒng)無功源涉及到了中壓變壓器、整流器、主變壓器的感性無功和電纜的容性無功。下面就為大家介紹一下各個方面的無功特點：
第一，變壓器和整流器的無功特點。對于變壓器和整流器而言，在其實際作業(yè)時，還會形成感性無功。變壓器的無功功率涵蓋了線圈的漏磁以及鐵心的勵磁功率。如果電壓處于同一數(shù)值時，那么鐵心勵磁功率便被稱作定值，而變壓器的負(fù)荷率直接關(guān)乎到線圈的漏磁無功功率，對于產(chǎn)生巨大的影響。
第二，中壓環(huán)網(wǎng)電纜無功特點。對于35kV 中壓環(huán)網(wǎng)電纜而言，其運行時所形成的無功功率中涵蓋了QL以及QC。一般環(huán)境當(dāng)中，QC≥QL，也可以忽視QL。而QC 和電纜的長度呈現(xiàn)出正比時，并且電壓與電纜長度恒定時， QC也會處于原有狀態(tài)。
第三，系統(tǒng)無功特性。當(dāng)?shù)罔F供電系統(tǒng)運行時，其會形成較大的負(fù)荷波動性，這也和地鐵運行時所產(chǎn)生的用電量較大相關(guān)。由于用電負(fù)荷比較大，進而導(dǎo)致系感性滯后無功現(xiàn)象的發(fā)生，所呈現(xiàn)出的應(yīng)補償容性無功功率的量也會比較少。當(dāng)?shù)罔F處于停運狀態(tài)是，這時電纜所形成的容性無功功率會遠遠超出系統(tǒng)形成的感性無功功率，最終讓供電系統(tǒng)的功率因數(shù)大大降低，讓其狀態(tài)運行也十分不佳。
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（一）SVG 基本原理
SVG 具有實時計算、數(shù)據(jù)采集、控制等功能，可以隨時隨地完成對電網(wǎng)電能質(zhì)量改變的跟蹤與觀察，并結(jié)合實際的變化現(xiàn)象展開動態(tài)化的管理，讓運行負(fù)荷得到有效調(diào)節(jié)，使得諧波濾波功能也在關(guān)注的范圍當(dāng)中。
SVG 的基本原理便是對IGBT元器件開關(guān)的調(diào)節(jié)，以此更好的控制直流逆變的電壓相位和幅值，最終形成和系統(tǒng)電壓一致的信號，讓信號進入到電力系統(tǒng)當(dāng)中，完成無功生成的任務(wù)。這一裝置也可以比作成調(diào)相電源，其能夠快速的完成系統(tǒng)的無功檢測，從而達成無功的平衡。SVG 裝置主要構(gòu)成內(nèi)容便是逆變器，其工作原理為下圖1、圖2。
（二）再生能饋裝置原理
當(dāng)?shù)罔F在運行的過程中，每一站點的間隔運行距離都會比較短，并且地鐵在運行速度上也比較快，這也導(dǎo)致頻繁制動與啟動。當(dāng)?shù)罔F啟動時，其會耗費大量的電能，而在制動時，其也會再次生成大量的電能。為了更好的降低制動能力的消耗，讓區(qū)間隧道溫度獲得有效控制，那么會在牽引變電所配置地再生制動能量吸收裝置。
比如，在昆明地鐵某工程當(dāng)中，其牽引供電系統(tǒng)應(yīng)用的便是中亞回饋性再生制動電能逆變回饋裝置，裝置里面的逆變器先會和牽引變電所當(dāng)中的整流器直流母線連接到一起，之后在連接到交流中壓系統(tǒng)上面，從而達成較好的節(jié)能效果。此外，能饋裝置和 SVG ，它們在主電路結(jié)構(gòu)上通常相同，都是三相逆變橋組成的。如果地鐵在制動的過程中，其直流電壓大于相關(guān)數(shù)值時，那么便需要將PWM開啟，利用它完成功率器件的控制，最終使得地鐵的直流供電系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)當(dāng)中。
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結(jié)束語：
總而言之，地鐵在如今已經(jīng)成為了人們出行的主要工具，這也使得地鐵的供電系統(tǒng)所承受的負(fù)荷比較大，每天的工況相差也較大。對于這樣的情況，就需要完成地鐵再生能饋裝置的無功補償，以此達到較好的工況調(diào)節(jié)效果，補償方案的應(yīng)用凸顯出價值。此外，相關(guān)人員還應(yīng)了解地鐵再生能饋裝置的根本價值，對其應(yīng)用可行性進行進一步的研究，從而讓地鐵運行始終處于穩(wěn)定的環(huán)境當(dāng)中。
參考文獻：
[1]程晉然， 馬天文， 楊振宇，等. 地鐵再生能饋裝置輔助無功補償?shù)目尚行匝芯縖J]. 電氣技術(shù)， 2019， 20（03）：129-132.
[2]桑福環(huán)， 張海龍， 王林，等. 地鐵能量回饋裝置的無功補償控制策略[J]. 城市軌道交通研究， 2016， 19（05）：117-120.
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