1装置概述动态无功补偿设备与有源谐波治理设备的静止无功发生器（SVG）系统均以绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为关键点，设备使用链式换流器，链式SVG的出现预示我国电力系统无功补偿技术迎来新的发展方向。智能化投切无功补偿装置可以高效控制电压及功率，确保电力系统稳定运行。配电网系统中，将链式换流器安装在变电站或电压负荷附近，能够优化电压负荷与公共电网连接部位的电能质量，优化效果较显著，可以大幅度提升电压功率，均衡三相电的电流分布，消除谐波及稳定电压波动等。2原理及结构分析2.1装置原理SVG原理如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.05.008.F001图1SVG原理链式换流器利用变压器或电抗器将电路以并联形式连接在电网中，调整交流侧的输出电压的幅值与电压相位，直接或间接性地接受、发出满足工作需求的无功电流，实现动态化的无功补偿。2.2结构分析（1）控制柜。控制柜主要由控制器、继电器、空气开关、电源组成。控制电源附带两种不同的电源系统，分别为DC24V类型、DC5V类型。控制电源可以为控制器与继电器提供充足的电流。显示面板由信号灯与显示屏构成。控制器由模板、屏幕、控制器与计算机构成。（2）功率柜。功率柜中最重要的组件为功率构件，单个功率柜细分为三层。功率单元中的直流电选择薄膜电容，需要兼顾串联功率中电容器电压均衡问题，在实际设计时，将电阻与控制开关以串联方式连接，能够确保电压的均衡性，在控制开关断开后，释放多余电流，确保消除安全隐患。功率单元正面如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.05.008.F002图2功率单元正面功率模块部位的控制器使用保护回路，输出驱动回路，使用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）芯片，智能化设计可以有效简化硬件结构，软件方面的设计可以突显灵活性，为后续功能拓展提供接口，具备较强的可靠性，对结构组件的干扰性较小[1]。（3）启动柜。启动柜由控制开关、电阻、接地刀闸、隔离刀闸构成。链式换流器使用自励启动模式。控制开关关闭后，配电系统自动对功率单元进行充电，系统充电至额定值最大值的80%时，控制系统自动启动开关。对链式换流器进行检修的过程中，隔离刀闸与接地刀闸可以为换流器提供良好的安全保障。（4）连接电抗器。灌流器的电流输出利用电抗器实现，电抗器需要与电力系统并联。（5）冷却系统。本研究控制系统的散热方式设计为密闭性的水冷方式，水冷系统由水泵、散热器、传感器构成。3电气化铁道应用分析3.1案例概况结合某客运站供电系统可知，站内供电系统电压为10 kV，配电采用贯通性回路，供电覆盖的有效范围达50~60 km；系统配备单芯铜芯电力电缆，电缆的一级贯通截面面积为70 mm2，对应电流为0.599 8 A/km；电缆的综合贯通截面面积为95 mm2，对应的电流为0.659 1 A/km。3.2故障分析供电负荷主要以通讯、信号、监控、通风机、空调、电梯、水泵、照明等为主，负荷相对较轻且变化较大，供电线路的功率因数随负荷波动变化，使线路对地容性电流偏大，负荷端电压升高。负荷端电压升高可能会影响通信、信号、监控等系统的运行稳定性，危及铁路的安全运营，容易造成运营区段内的用电设备老化，影响设备使用寿命；功率因数低下可能加大电能损耗，不利于节能降耗。3.3应用说明补偿谐波过程中，换流器自动向补偿电流中增加基波无功分量，实现补偿无功功率。换流器补偿的电流可以与负载电流内的谐波相抵消，控制电源部位的电流与负载电流中的基波功率相同；换流器可以在不扩大滤波支路数量的前提下，强化自身的治理能力。（1）装置的运行状态。①待机状态。换流器通电自动转变为待机状态，对自身进行检测。检测结果未发现故障时，各组件运行正常，指示灯会自动点亮。换流器处于就绪情况时若收到操作人员的启动命令，断路器会自动闭合，进入充电状态。②充电状态。换流器的电容需要充电，自励启动模式下，断路器闭合后换流器的电容自动充电。断路器的电流电压充电至设置数值，经过短暂时间转化为运行状态。③运行状态。运行状态下换流器以并网形式运行，能够在多种不同控制方式下输出电流，补偿无功功率或谐波。运行状态情况下出现报警，警示灯亮起，但不会对换流器造成影响；运行过程中出现电流过量现象会导致换流器闭锁，通过人工手动消除故障解锁设备重新运行；换流器运行的过程中受到停机命令时，自动发出跳闸命令，转换为跳闸状态。④跳闸状态。换流器执行跳闸指令时转换为跳闸状态。系统检测到断路器处于断开连接状态时，换流器进入放电状态。⑤放电状态。放电状态时由换流器释放电流。断路器断开连接后，设备电流电容会降低至0。放电状态持续10 s后转变为待机状态[2]。（2）控制柜屏面说明。控制柜的控制方式包括液晶控制面板、远程后台控制、控制按钮。液晶控制面板与控制按钮均设置在控制柜上，操作人员可以直接在现场进行操作控制，远程后台控制距离操作现场较远，控制人员不需要在操作现场完成对设备的控制。控制柜中设置的控制按钮在任何时间节点均具有功效，远程后台控制与液晶控制面板同时发出指令的情况下，仅有一个指令发挥效能。（3）液晶面板使用说明。①主界面。操作人员获取调试权限后，可以使用液晶面板中的按钮对系统进行调试。用户管理页面中，用户的账户与登录密码可以细分为三种类型，分别为用户账户设置、高级设置、用户管理。主界面（权限提高）如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.05.008.F003图3主界面（权限提高）系统所有功能页面必须从主页面中点击进入，“主控操作”“技术参数设置”必须由操作人员正确操作。主界面的下方显示日期与时间，且系统日期与时间会自动更新。②模拟量显示。主页面显示内容有限，部分画面无法显示，操作人员可以点击“首页”“下一页”“上一页”“返回”按钮完成页面跳转。页面下方显示的数字为系统当前的页面编号，分子指当前页码，分母指总页面数量。液晶操作页面跳转条如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.05.008.F004图4液晶操作页面跳转条③主控操作。利用主控页面的按钮可以实现换流器操控，点击“上一页”或“下一页”可以实现系统主页面的画面转换，点击“返回”按钮，系统自动跳转至主页面。④用户管理。用户管理主要包括用户等级管理与用户账号管理。修改用户的账号与登录密码时，必须在获取权限后修改。（4）远程监控后台说明。远程后台、本地触摸屏均可以作为交互界面，操作控制与技术参数设置无法同时操作，但监测功能可以同时与操作控制和技术参数设置使用。远程后台的操控人员为用户群体，远程后台设计的功能主要包括显示设备的剩余电量、启动换流器、关闭换流器、技术参数复位、显示换流器的运行状态、修改技术参数、显示设备运行过程中的故障等。需要使用远程后台控制与技术参数设置功能时，先确认当前的工作状态，若当前不处于远程控制状态，应该在主界面将状态更换为远程控制方式[3]。3.4应用效果（1）功率损耗。换流器运行过程中的功率损耗非常低，SVG运行过程中的损坏主要源自变压器与电抗器，其他设备的功率消耗不会超出总损耗的0.8%。（2）谐波特性。换流器在补偿谐波的过程中，自动向补偿电流中增加基波无功分量，高效实现补偿无功功率。换流器补偿点电流可以与负载电流内的谐波相抵消，控制电源部位的电流与负载电流中的基波功率相同；换流器可以在不扩大滤波支路数量的前提下，强化治理能力。（3）补偿方式。换流器的补偿方式主要分为4种。恒功率因素下，功率控制点在合理的范围内运行；恒无功功率下，换流器输出无功功率，测量无功功率的精准性与响应速度；恒电压条件下，主要针对用户提出特殊要求补偿；负荷补偿条件下，可以随意选择补偿的对象，补偿谐波的次数控制为2~19次。换流器投产使用后，具有一定的滤波功能，可以有效地降低电动机谐波对电路网路的污染，降低对信号的干扰，小幅度增长电容器的使用寿命，具备良好的经济效益。4结语客运站10 kV电力系统大规模使用电缆，电缆在电流正常传输的情况下，选择电流负荷较小的工况；以单相电接地具备较高的灵活度为前提选择接地方式。恒定式电抗器的电流补偿具体数值应该按照贯通线路电容量的100%计算。负载功率因素发生波动时，通过投切分散的方式控制电抗器的数量，对无功补偿的范围进行合理调整，保证电气铁道供电系统的无功补偿控制能力得到显著提升，确保整个供电系统的供电水平得到优化。