SVG工作原理、控制系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)說(shuō)明

SVG工作原理、控制系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)說(shuō)明SVG(StaticVarGenerator,動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置)是一種采用自換相變流電路的現(xiàn)代無(wú)功補(bǔ)償裝置，是當(dāng)今無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域最新技術(shù)，又稱為STATCOM(StaticSynchronousCompensator,動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置)。SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在響應(yīng)速度、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、降低系統(tǒng)損耗、增加傳輸能力、提高瞬變電壓極限、降低諧波和減少占地面積等多方面更具優(yōu)勢(shì)。SVG產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)：※觸發(fā)、監(jiān)控單元分相獨(dú)立化設(shè)計(jì)，運(yùn)行速度快，抗干擾性強(qiáng)；※基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的無(wú)功檢測(cè)技術(shù)；※直流側(cè)電壓平衡控制；※完善的保護(hù)功能；※專用的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，保證了IGBT高頻開(kāi)斷的可靠性，并將狀態(tài)監(jiān)控信息實(shí)時(shí)上傳至上層監(jiān)控系統(tǒng)；※鏈節(jié)自取能設(shè)計(jì)，可靠性高；※鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)高可靠性的要求，維護(hù)方便；※疊層銅排應(yīng)用，滿足IGBT高頻觸發(fā)的要求；※響應(yīng)時(shí)間可達(dá)5ms?！軌蛱峁母行缘饺菪缘倪B續(xù)、平滑、動(dòng)態(tài)、快速的無(wú)功功率補(bǔ)償；※能夠解決負(fù)荷的不平衡問(wèn)題；※電流源特性，輸出無(wú)功電流不受母線電壓影響；※對(duì)系統(tǒng)阻抗參數(shù)不敏感。電網(wǎng)電能質(zhì)量存在的問(wèn)題1.1非線性負(fù)荷大量接入電網(wǎng)和負(fù)載的頻繁波動(dòng)，對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響：輸電系統(tǒng)缺乏及時(shí)的無(wú)功調(diào)節(jié)，系統(tǒng)振蕩容易擴(kuò)大，降低輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性；負(fù)荷中心缺乏快速的無(wú)功支撐，容易造成電壓偏低；功率因數(shù)低，增加電網(wǎng)損耗，加大生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效率；產(chǎn)生的無(wú)功沖擊引起電網(wǎng)電壓降低、電壓波動(dòng)及閃變，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致傳動(dòng)裝置及保護(hù)裝置無(wú)法正常工作甚至停產(chǎn)；產(chǎn)生大量諧波電流，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓畸變，引起：保護(hù)及安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)作；電容器組諧波電流放大，使電容器過(guò)負(fù)荷或過(guò)電壓，甚至燒毀；增加變壓器損耗，引起變壓器發(fā)熱；導(dǎo)致電力設(shè)備發(fā)熱，電機(jī)力矩不穩(wěn)甚至損壞；加速電力設(shè)備絕緣老化；降低電弧爐生產(chǎn)效率，增加損耗；干擾通訊信號(hào)；導(dǎo)致電網(wǎng)三相電壓不平衡，產(chǎn)生負(fù)序電流使電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)。解決方案針對(duì)以上問(wèn)題，推薦以下最佳解決方案：采用SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，用以提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，增加輸電能力，消除無(wú)功沖擊，濾除諧波，平衡三相電壓。加裝SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置后，能起到以下作用：提高線路輸電能力在長(zhǎng)距離輸電線路上安裝SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，不但可以在正常運(yùn)行狀態(tài)下補(bǔ)償線路的無(wú)功功率，穩(wěn)定線路電壓，提高有效輸電容量，而且可以在系統(tǒng)故障情況下及時(shí)進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)，阻尼系統(tǒng)振蕩，提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性。維持受電端電壓，加強(qiáng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性對(duì)于負(fù)荷中心而言，由于負(fù)載容量大，又沒(méi)有大型的無(wú)功電源支撐，因此容易造成電網(wǎng)電壓偏低甚至發(fā)生電壓崩潰的事故。而SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置具有快速的無(wú)功功率調(diào)節(jié)能力，可以維持負(fù)荷側(cè)電壓，提高負(fù)荷側(cè)供電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，降低線損，節(jié)能降耗配電系統(tǒng)中的大量負(fù)荷，如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐以及大容量整流設(shè)備、電力機(jī)車等，在運(yùn)行中都表現(xiàn)為感性，需要消耗大量的無(wú)功，增加了供電線路上的電能損失，降低了電壓質(zhì)量，同時(shí)無(wú)功電流也降低了發(fā)、輸、供電設(shè)備的有效利用率；對(duì)電力用戶而言，低功率因數(shù)會(huì)增加電費(fèi)支出，增加變壓器損耗，加大生產(chǎn)成本。SVG可跟隨負(fù)荷無(wú)功的變化，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使線路損耗降到最低，并且充分提高了發(fā)、輸、供、用電設(shè)備的利用率。抑制電壓波動(dòng)和閃變非線性負(fù)荷，如電弧爐、軋鋼機(jī)、電氣化鐵路等，負(fù)荷的快速變化引起電壓波動(dòng)和閃變，不能滿足用戶對(duì)電壓質(zhì)量的要求，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行性能不良，出現(xiàn)過(guò)電流、過(guò)熱、保護(hù)裝置誤動(dòng)及設(shè)備燒壞等事故，并且設(shè)備性能、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都將受到影響。電壓波動(dòng)和閃變對(duì)安全生產(chǎn)及人體健康都是極為不利的。SVG的快速響應(yīng)使其特別適合于電壓波動(dòng)與閃變的抑制。抑制三相不平衡SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置能夠快速地補(bǔ)償由于負(fù)載不平衡所產(chǎn)生的負(fù)序電流，始終保證流入電網(wǎng)的三相電流平衡，大大提高供用電的電能質(zhì)量。其他多種補(bǔ)償功能面向電網(wǎng)的應(yīng)用：抑制系統(tǒng)振蕩，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，為電網(wǎng)安全保駕護(hù)航。由于區(qū)域電網(wǎng)的容量越來(lái)越大，這就要求補(bǔ)償裝置的容量也相應(yīng)增大。在幾百兆乏級(jí)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)中，常用的方案是將SVG與SVC相結(jié)合，充分發(fā)揮SVG的快速特性，使系統(tǒng)在補(bǔ)償特性、造價(jià)、可靠性等方面達(dá)到最優(yōu)。面向軋機(jī)、電弧爐、電氣化鐵路等領(lǐng)域的多種補(bǔ)償功能：補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功功率——提高功率因數(shù)，是最有效的閃變抑制裝置。補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功和諧波一一即可以補(bǔ)償無(wú)功，又可同時(shí)補(bǔ)償諧波。補(bǔ)償負(fù)載三相不平衡一一最有效的負(fù)序電流抑制裝置。補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功、諧波和三相不平衡一一既可以補(bǔ)償無(wú)功，又可同時(shí)補(bǔ)償諧波和三相不平衡，是負(fù)載電能質(zhì)量問(wèn)題的完美解決方案。SVG工作原理SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)電抗器或變壓器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓相對(duì)系統(tǒng)電壓的相位和幅值，迅速吸收或發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。其基于VSC（VoltageSourceConverter,電壓源變流器）的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償方式質(zhì)的飛躍，不需采用大容量的電容、電感器件，而是通過(guò)可關(guān)斷大功率電力電子器件IGBT將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)無(wú)功能量的交換，補(bǔ)償基波無(wú)功。此外在考慮諧波補(bǔ)償時(shí)，SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置相當(dāng)于一個(gè)可控的諧波源，可根據(jù)系統(tǒng)情況，進(jìn)行主動(dòng)式跟蹤補(bǔ)償。采用電壓型自換相橋式變流器的SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置電路基本結(jié)構(gòu)如圖所示。SVG基本結(jié)構(gòu)BC$5基粗皓構(gòu)工作原理SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的基本工作原理是將電壓型自換相橋式電路通過(guò)電抗器或變壓器并聯(lián)在電網(wǎng)上,當(dāng)只考慮基波頻率時(shí)，SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置可等效視為幅值和相位均可控的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，適當(dāng)調(diào)節(jié)交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，實(shí)現(xiàn)該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置工作原理可用下圖所示的單相等效電路圖說(shuō)明。

SVG工作覘理不意旬唇行棋述掘形和相曇圖說(shuō)明空載運(yùn)行欖過(guò)⑻4弋LZk二Q駅'G不吸境無(wú)和特性毎行摸黃⑼34 z?L泊容性班液駅￡發(fā)出無(wú)功箱性運(yùn)疔樓克垃 ⑹，a 丿11<15】L泊廟性電決sv<?嘅收無(wú)功SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置具有以下技術(shù)特點(diǎn)：裝置由控制系統(tǒng)、電壓源變流器等部分組成，補(bǔ)償范圍寬，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)感性和容性補(bǔ)償;采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，安裝調(diào)試周期短，運(yùn)輸方便，將每相作為一個(gè)獨(dú)立的鏈；各鏈節(jié)結(jié)構(gòu)一致，可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，便于擴(kuò)展裝置容量；鏈?zhǔn)絊VG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立分相控制，有利于解決系統(tǒng)的相間平衡問(wèn)題，在系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)，更好的提供電壓支撐；降低了可關(guān)斷器件的開(kāi)關(guān)頻率和損耗；每相設(shè)有冗余鏈節(jié)，提高裝置的可靠性；在系統(tǒng)平衡及不平衡的狀態(tài)下，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的諧波特性優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)形式；采用SPWM(正弦脈寬調(diào)制)控制技術(shù)，極大降低了諧波含量，有效利用直流側(cè)電壓、減小裝置自身?yè)p耗,并能做到短時(shí)有功及諧波補(bǔ)償。下圖所示為SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置并網(wǎng)運(yùn)行波形。感性無(wú)功補(bǔ)償電流(滯后)容性無(wú)功補(bǔ)償電流(超前)實(shí)測(cè)SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置并網(wǎng)運(yùn)行電壓電流波形采用脈沖循環(huán)控制和單鏈節(jié)電壓補(bǔ)償機(jī)制，直流側(cè)電壓波動(dòng)小?？刂葡到y(tǒng)采用DSP+FPGA+CPLD的硬件模式，能夠并行處理大量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)數(shù)字運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果換流鏈裝置采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式，效率高，體積緊湊,可以充分利用IGBT等器件容量；控制系統(tǒng)和換流鏈之間采用光纖傳輸信號(hào)，徹底解決高低壓隔離問(wèn)題，保證操作人員的安全，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性能；保護(hù)系統(tǒng)采用分級(jí)保護(hù)策略，將數(shù)字保護(hù)、邏輯硬件保護(hù)和繼電保護(hù)融為一體，為裝置的安全運(yùn)行提供有力保障；站控系統(tǒng)采用一體化工作站，通過(guò)分層式的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)監(jiān)控量的采集和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系在各種異常狀況下的可靠保護(hù)，具有良好的人機(jī)界面，便于控制和查詢故障類型和位置；站控系統(tǒng)可提供遠(yuǎn)方通訊接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控，并可作為AVC終端。SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置技術(shù)優(yōu)勢(shì)(1)SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置響應(yīng)時(shí)間可達(dá)5ms；⑵電壓閃變抑制力強(qiáng)。SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)電壓閃變的抑制可以達(dá)到5:1,甚至更高；SVG為電流源特性，輸出無(wú)功電流不受母線電壓影響，欠壓條件下無(wú)功調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，同時(shí)具備一定的短期過(guò)載能力；SVG不僅自身輸出電壓中諧波含量很低，還能夠?qū)ω?fù)載的諧波和無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)有源濾波；⑸SVG可以采用箱變安裝方式，占地面積小，為SVC的30%?50%；SVG不改變電力系統(tǒng)的阻抗分布，安全穩(wěn)定；SVG能在一定范圍內(nèi)提供有功功率，減少有功功率沖擊；⑻SVG中采用直流電容作為儲(chǔ)能元件，運(yùn)行過(guò)程中電磁噪聲顯著降低。SVG產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)說(shuō)明IGBT驅(qū)動(dòng)IGBT在高頻率的交替開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)需要一定的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率，柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到IGBT長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。驅(qū)動(dòng)電路為IGBT提供一定幅值的柵極電壓、隔離的輸入輸出信號(hào)、過(guò)壓保護(hù)和du/dt保護(hù)能力。SVG選用IGBT專用驅(qū)動(dòng)電路(集成保護(hù)、驅(qū)動(dòng)、高低壓隔離等功能)，適配板(主要進(jìn)行柵極電阻、電容配置)，可以有效提高IGBT在較高頻率工作狀態(tài)下穩(wěn)定性，防止IGBT誤觸發(fā)，控制IGBT開(kāi)斷速度，降低損耗。IGBT專用驅(qū)動(dòng)模塊自主研發(fā)的適配板鏈節(jié)單元結(jié)構(gòu)及抗干擾設(shè)計(jì)疊層母排的應(yīng)用，減小了直流回路的導(dǎo)線雜散電感，配合良好的吸收回路設(shè)計(jì)，提高了IGBT穩(wěn)定運(yùn)行可靠性；合理的散熱器選型及散熱風(fēng)道設(shè)計(jì)，保證了SVG的可靠運(yùn)行；獨(dú)特的自取能設(shè)計(jì)，有效提高一二次絕緣性能，簡(jiǎn)化了接線；三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，為上述技術(shù)應(yīng)用提供了可靠保證。無(wú)功及諧波的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)混合語(yǔ)言編程，提高程序的可靠性、通用性，保證了控制器長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行；基于瞬時(shí)無(wú)功功率檢測(cè)算法及完善的無(wú)功、電壓控制方法，保證了無(wú)功及電壓合理控制。軟硬件平臺(tái)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備控制系統(tǒng)基于單片機(jī)、DSP、FPGA、ARM等多代處理器為核心的軟硬件平臺(tái)。SVG采用基于DSP+FPGA+CPLD高性能硬件平臺(tái)，運(yùn)算速度快，精度高。

DSP芯片控制方案SVG控制方法更加復(fù)雜，除系統(tǒng)無(wú)功檢測(cè)、觸發(fā)控制、脈沖分配等，對(duì)直流電容電壓平衡控制、逆變輸出諧波控制等方面也有嚴(yán)格要求。SVG進(jìn)行了全面升級(jí)，通過(guò)提高IGBT開(kāi)關(guān)頻率，采用脈沖循環(huán)、脈沖光電傳輸就地解碼、直流電壓就地調(diào)節(jié)、瞬時(shí)無(wú)功檢測(cè)等方法，實(shí)現(xiàn)了SVG裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)母線過(guò)壓、母線欠壓、過(guò)流、速斷、直流過(guò)壓、電力電子元件損壞檢測(cè)保護(hù)、丟脈沖、觸發(fā)異常、過(guò)壓擊穿、閥室超溫、保護(hù)輸入接口、保護(hù)輸出接口控制和系統(tǒng)電源異常等保護(hù)功能。采用工控機(jī)作為監(jiān)控后臺(tái)，友好的人機(jī)界面與監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)視與故障自診斷系統(tǒng)提供友好的全中文、基于windows操作系統(tǒng)的監(jiān)控和操作界面，能實(shí)現(xiàn)作為電網(wǎng)無(wú)功電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)(AVC)的變電站終端，與電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的調(diào)度端開(kāi)環(huán)或閉環(huán)運(yùn)行。一坤化匸柞站 人性化監(jiān)控操柞強(qiáng)血功率單元的性能測(cè)試SVG結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)要求較高，采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其功率單元的性能決定了SVG的整體性能。我公司研發(fā)的背靠背鏈節(jié)單元試驗(yàn)平臺(tái)，可模擬額定運(yùn)行電流條件下工作狀態(tài)，檢測(cè)鏈節(jié)安裝工藝、控制及通訊、耐壓、抗干擾、散熱、大電流穩(wěn)定運(yùn)行能力、鏈節(jié)保護(hù)、抗沖擊等性能。SVG