CN110336290B - 一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统及方法，其技术特点在于：包括第一电流互感器PT1、第二电流互感器PT2和动态无功补偿装置SVG；所述变压器一次侧与高压母线相连接，该变压器二次侧与箱式变电站内的低压母线相连接，在该变压器二次侧安装有第二电流互感器PT2；在箱式变电站的高压母线上安装有第一电流互感器PT1；所述动态无功补偿装置SVG与第一电流互感器PT1相连接；该动态无功补偿装置SVG的还与第二电流互感器PT2相连接，该动态无功补偿装置SVG还与箱式变电站内的低压母线相连接。本发明能够补偿贯通线路的容性无功，并同时解决贯通线路末端电压抬升的问题。

Description

一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统及方法

技术领域

本发明属于轨道交通电能质量治理技术领域，尤其是一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统及方法。

背景技术

铁路区间每隔30km～70km设1座10kV配电所，每隔2km～4km设1座环网通过式箱式变电站，每座箱式变电站馈出AC380或AC220V电源向通信、信号负荷等提供电源。系统正常运行时，一级负荷贯通线和综合负荷贯通线各自向一个方向主供电。自10kV配电所故障时，可切换供电方向以保障贯通线不停电。

从10kV配电所向负荷侧看，由于对地漏电流的存在，在贯通线空载时，表现为容性。容性漏电流的存在将导致距离配电所越远，电压越高。在贯通线有负荷时，由于负荷多为阻感性，贯通线总体表现为感性无功，这导致距离配电所越远，电压越低。综上所述，随着贯通线负载率的变化，贯通线无功在感性和容性之间变化，其远端电压也随之变化。以上远端电压变化及功率因数变化情况不利于铁路电力系统的稳定运行。

现有技术通常在配电所安装可调电容和可调电感，并在铁路区间沿线安装有载调压，三者配合工作，以控制配电所馈出端功率因数略低于1，沿线电压基本稳定。但这种方法不能解决贯通线末端电压升高的问题，并且不符合电能质量问题应就地解决的原则。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种贯通线无功功率分布式动态补偿方法，能够解决贯通线末端电压升高的技术问题，并且符合电能质量问题就地解决的原则。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统，包括变压器、第一电流互感器PT1、第二电流互感器PT2和动态无功补偿装置SVG；所述变压器一次侧与高压母线相连接，该变压器二次侧与箱式变电站内的低压母线相连接，在该变压器二次侧安装有第二电流互感器PT2，用于采集变压器二次侧负载电流；在箱式变电站的高压母线上安装有第一电流互感器PT1，用于采集高压侧电流；所述动态无功补偿装置SVG与第一电流互感器PT1相连接，通过接入电流互感器PT1的二次电流信号得到高压母线电流大小和方向；该动态无功补偿装置SVG的还与第二电流互感器PT2相连接，该动态无功补偿装置SVG还与箱式变电站内的低压母线相连接，通过接入电流互感器PT2的二次电流信号和低压母线电压信号，得到箱式变电站无功负载容量。

而且，所述第一电流互感器PT1和第二电流互感器PT2直接接入箱式变电站内既有的电流互感器二次电流信号或加装新的电流互感器。

一种贯通线无功功率分布式动态补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、通过实际测量或估算获得箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n；

步骤2、根据步骤1确定的箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n和低压侧待补偿容量，确定安装于箱式变电站内设置的动态无功补偿装置SVG容量；

步骤3、根据步骤1确定的箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n和低压侧实时无功容量，计算动态无功补偿装置SVG输出的无功容量，进而对箱式变压站本级低压负荷的无功及高压侧容性无功进行补偿；

步骤4、通过向箱式变电站内的动力变压器注入感性无功，对两台箱式变压器之间的贯通线路容性无功同时进行补偿。

而且，所述步骤1的通过估算获得箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n的计算公式为：

式中：S_n为箱式变电站两侧贯通线路容性无功，即补偿容量；U为贯通线电压，额定电压为10kV；I为电缆对地容性漏电流，单位A；i为单位长度电缆对地容性漏电流，1.5A/km；L为两相邻箱变之间电缆长度，单位km。

而且，所述步骤2的具体步骤包括：

(1)根据箱式变电站容量的40％得到负载侧补偿容量Q_n；

(2)以S_n和Q_n的大者作为动态无功补偿装置SVG的容量S；

(3)如S大于箱式变电站容量，则应增加箱式变电站内动力变压器容量使其大于S。

而且，所述步骤3的具体方法为：

动态无功补偿装置SVG输出的无功容量S_S＝S_K-S_n

式中，S_K为箱式变电站实时无功负载容量；且S_S小于变压器剩余容量；S_n为箱式变电站两侧贯通线路容性无功。

而且，所述步骤4的具体步骤包括：

(1)动态无功补偿装置SVG实时检测动力变压器负载低压侧总电流，并通过调节自身输出电流以确保上述动力变压器负载低压侧总电流不超过该动力变压器额定电流；

(2)通过对贯通线10kV电流方向的判断，并根据实际测量或者计算的方法确定箱式变电站两侧贯通线路最大容性无功的补偿量为S_n或S_n+1；

其中，S_n和S_n+1是该箱式变电站两侧贯通线路的容性无功。

(3)将所有箱式变电站内的动态无功补偿装置SVG补偿效果叠加后，达到10kV配电所馈出功率因数接近于1。

本发明的优点和有益效果：

本发明通过在箱式变压器内设置动态无功补偿装置(SVG)，并通过对贯通线路容性无功的测量或估算数据，通过对10kV电流方向测定和箱式变压器无功负载的测量，控制动态无功补偿装置(SVG)的输出容量，以补偿贯通线路的容性无功，并同时解决贯通线路末端电压抬升的问题。

附图说明

图1为本发明的箱式变电站内动态补偿装置(SVG)示意图；

图2为本发明的贯通线路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统，如图1所示，包括变压器、第一电流互感器PT1、第二电流互感器PT2和动态无功补偿装置SVG；所述变压器一次侧与高压母线相连接，该变压器二次侧与箱式变电站内的低压母线相连接，在该变压器二次侧安装有第二电流互感器PT2，用于采集变压器二次侧负载电流；在箱式变电站的高压母线上安装有第一电流互感器PT1，用于采集高压侧电流；所述动态无功补偿装置SVG与第一电流互感器PT1相连接，通过接入电流互感器PT1的二次电流信号得到10kV母线电流大小和方向；该动态无功补偿装置SVG的还与第二电流互感器PT2相连接，该动态无功补偿装置SVG还与箱式变电站内的低压母线相连接，通过接入电流互感器PT2的二次电流信号和低压母线电压信号，得到箱式变电站无功负载容量。

在本实施例中，所述第一电流互感器PT1与第二电流互感器PT2可直接接入箱式变电站内既有的电流互感器二次电流信号，亦可加装新的电流互感器。

如图1所示，上述动态无功补偿装置(SVG)与箱式变电站内的0.4/0.23kV低压母线连接。在箱式变电站的10kV母线上安装有电流互感器PT1，在变压器二次侧安装有电流互感器PT2。动态无功补偿装置(SVG)通过接入电流互感器PT1的二次电流信号得到10kV母线电流方向。动态无功补偿装置(SVG)通过接入电流互感器PT2的二次电流信号和低压母线电压信号，得到箱式变电站无功负载容量S_K。PT1与PT2可直接接入箱式变电站内既有的电流互感器二次电流信号，亦可加装新的电流互感器。

如图2所示，电气化铁路沿线每间隔30km～70km设1座10kV配电所，配电所馈出贯通电源，在两座10kV配电所之间，沿贯通线每间隔2km～4km设置1座环网通过式箱式变电站，编号为XB₁、XB₂、XB₃·····XB_m-1、XB_m。

如图2所示，电气化铁路电力系统正常运行时，一级负荷贯通线和综合负荷贯通线各自向一个方向主供电。一级负荷贯通线由1#10kV配电所向2#10kV配电所方向供电，而综合负荷贯通线则由2#10kV配电所向1#10kV配电所方向供电。

如图2所示，电气化铁路电力系统正常运行时，10kV贯通线线路有泄露电流存在，表现为容性；箱式变电站及其馈出端的负载表现为感性。在10kV配电所馈出端，负载可以表现为容性或阻性或感性。通常在10kV配电所设置可调电抗器和可调电容器对负载无功进行补偿。贯通线空载时，由于贯通线路对地电容的作用，其末端电压高于10kV配电所馈出电压。10kV配电所设置的无功补偿装置及有载调压器无法抑制末端电压抬升。

如图2所示，电气化铁路电力贯通线敷设完毕后，相邻两台箱式变电站之间的电缆长度、敷设方式已经固定，本段线缆对地泄露电流基本固定，泄露电流为容性电流。设从编号XB₁到XB_m的相邻箱式变电站之间由容性泄露电流产生的容性无功为S_n，n＝1,2,3······m-1。

一种贯通线无功功率分布式动态补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、通过实际测量或估算获得箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n；

所述步骤1的通过估算获得箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n的计算公式为：

式中：S_n为箱式变电站两侧贯通线路容性无功，即补偿容量；U为贯通线电压，额定电压为10kV；I为电缆对地容性漏电流，单位A；i为单位长度电缆对地容性漏电流，1.5A/km；L为两相邻箱变之间电缆长度，单位km。

在本实施例中，箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n的确定可采用两种方法：

方法1：通过实际测量获得S_n；

方法2：估算获得S_n，架空线对地漏容性电流0.1A/km，地埋电缆对地容性漏电流按照1.5A/km；高速铁路贯通线全线按照地埋电缆设计，普速及重载铁路贯通线为架空和地埋结合；为统一设计，按照1.5A/km对地容性漏电流估算：

其中：

S_n为箱式变电站两侧贯通线路容性无功，即补偿容量；U为贯通线电压，额定电压为10kV；I为电缆对地容性漏电流，单位A；i为单位长度电缆对地容性漏电流，1.5A/km；L为两相邻箱变之间电缆长度，单位km。

在本实施例中，如假设相邻两箱变之间电缆长度为4km，则可知：

参见图1和图2，本发明在编号从XB₁到XB_m的箱式变电站内设置动态无功补偿装置(SVG)，该动态无功补偿装置(SVG)连接于箱式变电站的低压馈出母线上，额定工作电压AC400V。

将上述箱式变电站两侧贯通线路容性无功，即补偿容量S_n，n＝1,2,3······m-1参数注入动态无功补偿装置(SVG)保存待用。

步骤2、根据步骤1确定的箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n和低压侧待补偿容量，确定安装于箱式变电站内设置的动态无功补偿装置SVG容量；

所述步骤2的具体步骤包括：

(1)根据箱式变电站容量的40％，上述比例可根据实际负载类型灵活调整得到负载侧补偿容量Q_n；

(2)以S_n和Q_n的大者作为动态无功补偿装置(SVG)容量S；

(3)如S大于箱式变电站容量，则应增加箱式变电站内动力变压器容量使其大于S。

参见图1和图2，动态无功补偿装置(SVG)利用箱式变电站内动力变压器正常工作时的剩余容量，通过动力变压器向贯通线注入感性无功，以抵消贯通线路容性无功S_n。

步骤3、根据步骤1确定的箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n计算动态无功补偿装置SVG输出的无功容量，进而对箱式变压站本级低压负荷的容性无功进行补偿；

所述步骤3的具体方法为：

动态无功补偿装置SVG输出的无功容量S_S＝S_K-S_n

式中，S_K为箱式变电站实时无功负载容量；且S_S小于变压器剩余容量；S_n为箱式变电站两侧贯通线路容性无功。

步骤4、通过向箱式变电站内的动力变压器注入感性无功，对两台箱式变压器之间的贯通线路容性无功同时进行补偿。

所述步骤4的具体步骤包括：

(1)动态无功补偿装置SVG实时检测动力变压器负载低压侧总电流，并通过调节自身输出电流以确保上述动力变压器负载低压侧总电流不超过该动力变压器额定电流；

(2)通过对贯通线10kV电流方向的判断，并根据实际测量或者计算的方法确定箱式变电站两侧贯通线路最大容性无功的补偿量为S_n或S_n+1。

(3)将所有箱式变电站内的动态无功补偿装置SVG补偿效果叠加后，达到10kV配电所馈出功率因数接近于1。

如图1和图2所示，沿贯通线分布的箱式变压站内设置动态无功补偿装置(SVG)，对箱式变压站本级低压负荷的无功进行补偿的同时，通过向箱式变电站内的动力变压器注入感性无功，对两台箱式变压器之间的贯通线路容性无功也同时进行补偿。

如图1所示，在通过箱式变压器内的动态无功补偿装置(SVG)对线路容性无功Sn进行分段补偿后，抑制了线路末端的电压抬升。

本发明的工作原理是：

本发明在沿铁路电力贯通线设置的箱式变电站内设置了动态无功补偿装置(SVG)，该动态无功补偿装置(SVG)连接于箱式变电站内的0.4/0.23kV母线上。并在箱式变电站的10kV母线上设置了第一电流互感器PT1，在变压器输出线上设置了第二电流互感器PT2。

动态无功补偿装置(SVG)通过第一电流互感器PT1判断10kV电流方向，并由电流方向决定所要补偿的贯通线路容性无功的大小。并通过提前测量或估算确定贯通线路容性无功，动态无功补偿装置(SVG)同时补偿了箱式变电站负载无功和贯通线路的容性无功。动态无功补偿装置(SVG)在同时补偿箱式变电站负载无功和贯通线路的容性无功的同时，分段抑制了贯通线路的末端电压抬升。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统，其特征在于：包括变压器、第一电流互感器PT1、第二电流互感器PT2和动态无功补偿装置SVG；所述变压器一次侧与高压母线相连接，该变压器二次侧与箱式变电站内的低压母线相连接，在该变压器二次侧安装有第二电流互感器PT2，用于采集变压器二次侧负载电流；在箱式变电站的高压母线上安装有第一电流互感器PT1，用于采集高压侧电流；所述动态无功补偿装置SVG与第一电流互感器PT1相连接，通过接入电流互感器PT1的二次电流信号得到高压母线电流大小和方向；该动态无功补偿装置SVG还与第二电流互感器PT2相连接，该动态无功补偿装置SVG还与箱式变电站内的低压母线相连接，通过接入电流互感器PT2的二次电流信号和低压母线电压信号，得到箱式变电站无功负载容量；

所述第一电流互感器PT1和第二电流互感器PT2直接接入箱式变电站内既有的电流互感器二次电流信号或加装新的电流互感器。

2.根据权利要求1所述的一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统的补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、通过实际测量或估算获得箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n；

步骤2、根据步骤1确定的箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n和低压侧待补偿容量，确定安装于箱式变电站内设置的动态无功补偿装置SVG容量；

步骤3、根据步骤1确定的箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n和低压侧实时无功容量，计算动态无功补偿装置SVG输出的无功容量，进而对箱式变电站本级低压负荷的无功及高压侧容性无功进行补偿；

步骤4、通过向箱式变电站内的变压器注入感性无功，对两台箱式变电站之间的贯通线路容性无功同时进行补偿。

3.根据权利要求2所述的一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统的补偿方法，其特征在于：所述步骤1的通过估算获得箱式变电站两侧贯通线路容性无功S_n的计算公式为：

式中：S_n为箱式变电站两侧贯通线路容性无功，即补偿容量；U为贯通线电压，额定电压为10kV；I为电缆对地容性漏电流，单位A；i为单位长度电缆对地容性漏电流，1.5A/km；L为两相邻箱变之间电缆长度，单位km。

4.根据权利要求2所述的一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统的补偿方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括：

(1)根据箱式变电站容量的40％得到负载侧补偿容量Q_n；

(2)以S_n和Q_n的大者作为动态无功补偿装置SVG的容量S；

(3)如S大于箱式变电站容量，则应增加箱式变电站内变压器容量使其大于S。

5.根据权利要求2所述的一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统的补偿方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：

动态无功补偿装置SVG输出的无功容量S_S＝S_K-S_n

式中，S_K为箱式变电站实时无功负载容量；且S_S小于变压器剩余容量；S_n为箱式变电站两侧贯通线路容性无功，即补偿容量。

6.根据权利要求2所述的一种贯通线无功功率分布式动态补偿系统的补偿方法，其特征在于：所述步骤4的具体步骤包括：

(1)动态无功补偿装置SVG实时检测变压器负载低压侧总电流，并通过调节自身输出电流以确保上述变压器负载低压侧总电流不超过该变压器额定电流；

(2)通过对贯通线10kV电流方向的判断，并根据实际测量或者计算的方法确定箱式变电站两侧贯通线路最大容性无功的补偿量为S_n或S_n+1；

其中，S_n和S_n+1是该箱式变电站两侧贯通线路的容性无功；

(3)将所有箱式变电站内的动态无功补偿装置SVG补偿效果叠加后，达到10kV配电所馈出功率因数接近于1。

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