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摘 要 本文对牵引变电所的几个常见动态无功补偿方案进行了分析，并且结合实际提出了笔者的一些看法。
关 键 词 动态无功补偿 牵引变电所 无功补偿
中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-127-1
目前电力部门求电气化铁道的牵引供电系统功率因数从0.85提高到0.9，而且实行“返送正计”，也就说补偿过度也视为欠补偿，因此，提高铁路供电网络的功率因数是非常重要的。电气化铁路通常采用在牵引变电所设置并联固定电容的方式补偿无功功率，但是这个装置不能够随着牵引负荷的变化而调整，所以对于列车对数少的电气化铁路，功率因数仍旧不能满足相关要求。动态无功补偿方案则能够很好的解決这个问题。
1 牵引变电所动态无功补偿方案
1.1 动态无功补偿设备
目前动态无功补偿设备中较先进的是静止无功发生装置（SVG），使用的比较多的是静止无功补偿装置（SVC）系列。国际大电网会议定义SVC有七个子类，分别是机械投切电容器（MSC），机械投切电抗器（MSR），自饱和电抗器（SR），晶闸管控制电抗器（TCR），晶闸管投切电容器（TSC），晶闸管投切电抗器（TSR）。 在我国SVC装置则主要是指晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器。
1.2 牵引变电所动态无功补偿方案
牵引变电所无功补偿方案多种多样，但是其目的都是为了补偿无功功率，提高功率因数，滤除谐波，从而减少设备容量和功率的耗损，提高供电质量。
1.2.1 晶闸管调节电抗器（TCR）+固定滤波器（FC）
这种动态无功补偿方案主要由TCR和FC组成。晶闸管调节单抗器虽然可以快速的调节无功功率，但是TCR本身就是谐波源，所以需要固定滤波器来滤除其产生的谐波和负载产生的谐波。TCR主要是由反向并联的晶闸管与补偿电抗器串联组成，通过调整晶闸管的触发角，就可以调节通过电抗器的电流大小，从而TCR回路产生的感性无功功率。FC回路由电容器和滤波电抗器组成，既可以滤除谐波也可以提供容性无功功率。FC+TCR是解决负荷无功功率变化速度快的有效方法，也可以滤除谐波，改善电压不稳现象，但是这种方案对于空载率较高的牵引变电所的滤波效果就有限了，因为此时TCR本身就会产生比较大的谐波电流。
1.2.2 晶闸管投切电容器（TSC）
晶闸管电容器由反并联晶闸管控制电容器的无触点投切，用串联的电感来滤除谐波。这种方案是首先将电容器分组，每组电容器都由特定的晶闸管阀组控制接入，再根据牵引负荷需要的无功量制定投切策略，快速补偿负荷产生的无功电流。但是只能阶跃调节容性无功功率，调节过程不连续。TSC方案的开关闭合方式是无触点投切，减少了开关闭合过程产生的高电压。它还实现了少暂态投切，解决了其他开关投切频繁问题。TSC装备结构简单，能耗低，滤波效果随着分组的增加而减弱，在实际中要按照需要确定适当的电容器组数，对电压分级控制，让其在限定值以内变化。TSC方案适用于行车少但是列车载重大的线路。
1.2.3 静止无功发生装置（SVG）
SVG方案和SVC方案利用电容器无功补偿不同，SVG方案主要是利用电源模实现无功补偿，没有功率耗损。SVG装置利用电抗器将逆变器并接入牵引变电所，通过对逆变器交流侧电压的控制，使其电压相位较系统电压超前或者落后，从而实现动态无功补偿。由于SVG是一种电力电子装置，只需要较小的电容器维持电压，不需要大容量的电容、电抗器等部件，所以不会像SVC方案中产生谐波。SVG的控制方法复杂，可以发出无功功率也可以吸收无功功率，通过PWM的 控制，它的输入电流能够接近正弦波，因此SVG可以平衡的调节牵引符合的无功功率，提高相关设备的利用率。虽然SVG的无功补偿能力强，无功功率调节连续，但是其核心部件全控型器件的价格远远高于晶闸管，所以SVG方案的应用较少。
1.2.4 可调滤波器（TC）+可调电抗器（TL）+固定滤波器（FC）
这种方案的将可调滤波器或者可调电抗器连接在低压母线上，通过调节牵引变电所降压变压器设备低压侧的母线电压改变电抗器或者滤波器的电压，实现无功 补偿。这个方案的优点在于调节时选择用晶闸管来通断，用分接开关进行无载调节，从而提高了晶闸管和分接开关的使用效率。另外，在实际应用对于有谐波问题的牵引变电站通常会加装固定滤波器，起到滤波和提供比较稳定的无功功率作用了。如果主要是提高功率因数，则可以省去固定滤波支路。关于滤波器的选择要根据牵引变电所具体实际的负荷谐波情况设计，谐波问题严重的牵引变电所可以使用固定的多次单调谐滤波器。可调滤波器（TC）+可调电抗器（TL）+固定滤波器（FC）方案使用灵活，理论上可以提高功率因数到0.92，但是这种方案设计工作量大，而且在实际应用中应用效果一般。
2 牵引变电所动态无功补偿方案的优势与前景
本文研究了各种牵引变电动态无功补偿方案，不同的动态补偿方案具有不同的优势，所以要根据牵引变电所的负荷特点来选择补偿方案。从目前的发展情况看，SVG无功补偿方案最有潜力，已经有相关公司设计出实际的应用系统，理论上将功率因数提高到0.98。为了解决SVC装置价格较高的问题，可以在将实际中联合使用SVG装置和并联固定电容器，使用SVG调整无功补偿的容量峰谷差，从而实现对无功功率的平滑调节，这样使用的SVG容量较小，所以投资成本相应的降低了。另外，随着三相电路瞬时无功功率的相关理论的发展以及电子电器部件的价格下降，SVG方案的可执行性也将大增。静止无功补偿装置SVC能够比较快速连续的调节无功功率，性价比高，是比较实用无功补偿的设备，在SVG技术完善前，仍然会是市场的主流。串联可调变比变压器的动态无功补偿方案的虽然只能分组调节容性无功，可但是其可以实现三相独立换级，而且不会产生高次谐波，与TSC方案的效果类似，但是成本较TSC方案低，未来也将是动态无功补偿方案的重要研究方向之一。
3 结束语
不同的动态无功补偿设备原理不同，使用条件也不同，所以在设计牵引变电所动态无功补偿方案时应该结合实际，合理选择动态补偿设备。
参考文献
[1]张蜀华，李冬.牵引变电所综合无功补偿方案[J].中国新技术新产品，2011（07）：150-151.
[2]刘刚.牵引变电所动态无功补偿方式研究[J].甘肃科技，2010（05）：52.
[3]张俊辉.牵引变电所无功补偿研究[J].山西科技，2011（02）：77-79.
关 键 词 动态无功补偿 牵引变电所 无功补偿
中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-127-1
目前电力部门求电气化铁道的牵引供电系统功率因数从0.85提高到0.9，而且实行“返送正计”，也就说补偿过度也视为欠补偿，因此，提高铁路供电网络的功率因数是非常重要的。电气化铁路通常采用在牵引变电所设置并联固定电容的方式补偿无功功率，但是这个装置不能够随着牵引负荷的变化而调整，所以对于列车对数少的电气化铁路，功率因数仍旧不能满足相关要求。动态无功补偿方案则能够很好的解決这个问题。
1 牵引变电所动态无功补偿方案
1.1 动态无功补偿设备
目前动态无功补偿设备中较先进的是静止无功发生装置（SVG），使用的比较多的是静止无功补偿装置（SVC）系列。国际大电网会议定义SVC有七个子类，分别是机械投切电容器（MSC），机械投切电抗器（MSR），自饱和电抗器（SR），晶闸管控制电抗器（TCR），晶闸管投切电容器（TSC），晶闸管投切电抗器（TSR）。 在我国SVC装置则主要是指晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器。
1.2 牵引变电所动态无功补偿方案
牵引变电所无功补偿方案多种多样，但是其目的都是为了补偿无功功率，提高功率因数，滤除谐波，从而减少设备容量和功率的耗损，提高供电质量。
1.2.1 晶闸管调节电抗器（TCR）+固定滤波器（FC）
这种动态无功补偿方案主要由TCR和FC组成。晶闸管调节单抗器虽然可以快速的调节无功功率，但是TCR本身就是谐波源，所以需要固定滤波器来滤除其产生的谐波和负载产生的谐波。TCR主要是由反向并联的晶闸管与补偿电抗器串联组成，通过调整晶闸管的触发角，就可以调节通过电抗器的电流大小，从而TCR回路产生的感性无功功率。FC回路由电容器和滤波电抗器组成，既可以滤除谐波也可以提供容性无功功率。FC+TCR是解决负荷无功功率变化速度快的有效方法，也可以滤除谐波，改善电压不稳现象，但是这种方案对于空载率较高的牵引变电所的滤波效果就有限了，因为此时TCR本身就会产生比较大的谐波电流。
1.2.2 晶闸管投切电容器（TSC）
晶闸管电容器由反并联晶闸管控制电容器的无触点投切，用串联的电感来滤除谐波。这种方案是首先将电容器分组，每组电容器都由特定的晶闸管阀组控制接入，再根据牵引负荷需要的无功量制定投切策略，快速补偿负荷产生的无功电流。但是只能阶跃调节容性无功功率，调节过程不连续。TSC方案的开关闭合方式是无触点投切，减少了开关闭合过程产生的高电压。它还实现了少暂态投切，解决了其他开关投切频繁问题。TSC装备结构简单，能耗低，滤波效果随着分组的增加而减弱，在实际中要按照需要确定适当的电容器组数，对电压分级控制，让其在限定值以内变化。TSC方案适用于行车少但是列车载重大的线路。
1.2.3 静止无功发生装置（SVG）
SVG方案和SVC方案利用电容器无功补偿不同，SVG方案主要是利用电源模实现无功补偿，没有功率耗损。SVG装置利用电抗器将逆变器并接入牵引变电所，通过对逆变器交流侧电压的控制，使其电压相位较系统电压超前或者落后，从而实现动态无功补偿。由于SVG是一种电力电子装置，只需要较小的电容器维持电压，不需要大容量的电容、电抗器等部件，所以不会像SVC方案中产生谐波。SVG的控制方法复杂，可以发出无功功率也可以吸收无功功率，通过PWM的 控制，它的输入电流能够接近正弦波，因此SVG可以平衡的调节牵引符合的无功功率，提高相关设备的利用率。虽然SVG的无功补偿能力强，无功功率调节连续，但是其核心部件全控型器件的价格远远高于晶闸管，所以SVG方案的应用较少。
1.2.4 可调滤波器（TC）+可调电抗器（TL）+固定滤波器（FC）
这种方案的将可调滤波器或者可调电抗器连接在低压母线上，通过调节牵引变电所降压变压器设备低压侧的母线电压改变电抗器或者滤波器的电压，实现无功 补偿。这个方案的优点在于调节时选择用晶闸管来通断，用分接开关进行无载调节，从而提高了晶闸管和分接开关的使用效率。另外，在实际应用对于有谐波问题的牵引变电站通常会加装固定滤波器，起到滤波和提供比较稳定的无功功率作用了。如果主要是提高功率因数，则可以省去固定滤波支路。关于滤波器的选择要根据牵引变电所具体实际的负荷谐波情况设计，谐波问题严重的牵引变电所可以使用固定的多次单调谐滤波器。可调滤波器（TC）+可调电抗器（TL）+固定滤波器（FC）方案使用灵活，理论上可以提高功率因数到0.92，但是这种方案设计工作量大，而且在实际应用中应用效果一般。
2 牵引变电所动态无功补偿方案的优势与前景
本文研究了各种牵引变电动态无功补偿方案，不同的动态补偿方案具有不同的优势，所以要根据牵引变电所的负荷特点来选择补偿方案。从目前的发展情况看，SVG无功补偿方案最有潜力，已经有相关公司设计出实际的应用系统，理论上将功率因数提高到0.98。为了解决SVC装置价格较高的问题，可以在将实际中联合使用SVG装置和并联固定电容器，使用SVG调整无功补偿的容量峰谷差，从而实现对无功功率的平滑调节，这样使用的SVG容量较小，所以投资成本相应的降低了。另外，随着三相电路瞬时无功功率的相关理论的发展以及电子电器部件的价格下降，SVG方案的可执行性也将大增。静止无功补偿装置SVC能够比较快速连续的调节无功功率，性价比高，是比较实用无功补偿的设备，在SVG技术完善前，仍然会是市场的主流。串联可调变比变压器的动态无功补偿方案的虽然只能分组调节容性无功，可但是其可以实现三相独立换级，而且不会产生高次谐波，与TSC方案的效果类似，但是成本较TSC方案低，未来也将是动态无功补偿方案的重要研究方向之一。
3 结束语
不同的动态无功补偿设备原理不同，使用条件也不同，所以在设计牵引变电所动态无功补偿方案时应该结合实际，合理选择动态补偿设备。
参考文献
[1]张蜀华，李冬.牵引变电所综合无功补偿方案[J].中国新技术新产品，2011（07）：150-151.
[2]刘刚.牵引变电所动态无功补偿方式研究[J].甘肃科技，2010（05）：52.
[3]张俊辉.牵引变电所无功补偿研究[J].山西科技，2011（02）：77-79.