新风光SVG介绍.ppt

高压动态无功功率补偿装置 SVG 山东新风光电子科技发展有限公司SaveEnergyServeSociety 目录 一 公司简介二 产品介绍三 应用案例四 效益分析 山东新风光电子科技发展有限公司 1 1风光概况 公司是生产制造变频器和特种电源的国家高新技术企业 中国名牌产品 变频器国家标准起草审定单位 火电厂电机水泵用高压变频器行业标准起草审定单位 中国电器工业协会变频器分会副理事长单位 国家高新技术企业 4项国家重点新产品 1项国家火炬计划 1项国家创新基金支持项目 参与国家 863 计划产品研制 参与国家大科学工程计划产品研制 山东省重大节能成果奖 山东省名牌产品 中国专利山东明星企业 48项中国专利技术 山东新风光电子科技发展有限公司 2 1无功补偿概述 在现代配电电网中 存在数量众多 容量大小不等的感性设备电力负荷 如电动机 变压器等 大部分属于感性负荷 运行过程中这些设备需要消耗一定的无功功率 无功功率使线路总电流增加 增大了输配电线路的有功损耗 并导致电压下降 电力设备有效容量下降 在输配电电网中安装无功补偿装置 对电网所需的无功功率进行跟踪补偿 可有效降低线路损耗 改善电压质量 充分的发挥供电设备的潜力 并可为用户节约电费支出 具有非常显著的社会效益和经济效益 山东新风光电子科技发展有限公司 2 2无功补偿技术发展现状 无功补偿技术的发展经历了从同步调相机 开关投切固定电容 静止无功补偿器 SVC 静止无功发生器 SVG 它们各自的特点如下 1 同步调相机 响应速度慢 噪音大 损耗大 技术陈旧 属淘汰技术 2 开关投切固定电容 慢响应补偿方式 连续可控能力差 3 静止无功补偿器 SVC 先进实用技术 得到了广泛应用 4 静止无功发生器 SVG 一种更为先进的静止型无功补偿装置 现代无功功率补偿装置的发展方向 根据结构原理的不同 SVC技术分为自饱和电抗器型 SSR 晶闸管相控电抗器型 TCR 晶闸管投切电容器型 TSC 晶闸管控制高阻抗变压器型 TCT 和励磁控制的电抗器型 AR 基本类型是TCR和TSC 山东新风光电子科技发展有限公司 2 3SVC介绍 静止无功补偿器 StaticVarCompensator SVC 是指其输出随电力系统特定的控制参数而变化的并联连接的静止无功功率发生装置或无功功率吸收装置 静止 是指SVC没有运动或旋转部件 与同步调相机比较 SVC是完全静止的设备 SVC的一个重要特征是主要依靠晶闸管等电力电子器件完成调节或投切功能 它可以频繁的调节和投切 其动作是数十毫秒级的 远比机械设备的动作要快 静止无功补偿器 SVC 由于其价格较低 维护简单 技术相对比较成熟 在国内仍是主流补偿装置 但是SVC都是对储能元件 电容 电抗 的控制 虽然其控制方式可以使电容 电抗的性能从静态变为动态 但它主要针对缓慢变化无功功率分量的补偿 且都离不开大容量的储能元件 如大电容 大电抗 山东新风光电子科技发展有限公司 2 3SVC介绍 由于储能元件的时滞影响 SVC仍然存在着对电网的恒阻抗性 连续可控性差等弊病 它不可能实现瞬时无功功率控制 由于晶闸管在导通期间处于失控状态 使SVC每步补偿时间间隔至少约达工频的半个周期 SVC对功率急剧变化所出现的瞬变或随机变化的非周期现象已不能适应 山东新风光电子科技发展有限公司 TCR型单相原理图 TSC型单相原理图 2 4SVG介绍 SVG StaticVarGenerator 的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件 如IGBT 组成自换相桥式电路 经过电抗器并联在电网上 适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位 或者直接控制其交流侧电流 就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流 实现集动态补偿感性无功功率和容性无功功率于一身 具有能够动态补偿大范围快速变化的瞬时无功功率的特点 山东新风光电子科技发展有限公司 电压型SVG桥式电路 2 4SVG介绍 SVG国内外研究现状 在国外 SVG的研制一开始就受到日本 美国 德国政府和科研单位的重视 1980年日本研制出第一台20MvarSVG 到90年代取得突破性的研究进展 1991年和1994年日木和美国分别研制成功一套80Mvar和一套100Mvar的采用GTO晶闸管的SVG装置 并最终成功地投入商业运行 德国西门子公司的单机容量为8Mvar的SVG装置也于1998年投入运行 目前 在我国普遍采用的无功补偿装置主要是并联电容器和晶闸管控制电抗器 TCR 及晶闸管投切电容器 TSC 为了改变上述情况 研制大容量SVG被列为电力部重点科研攻关项目 并且研究大型工业企业配电网高压系统无功和谐波同时动态补偿的节能关键技术被列为2008年国家863计划 山东新风光电子科技发展有限公司 2 5SVG与传统补偿装置的比较 SVG与同步调相机 SVC装置比较具有如下优点 1 采用数字控制技术 系统可靠性高 基本不需要维护 可以节省大量的维护费用 2 在提高系统的暂态稳定性 阻尼系统震荡等方面的性能大大优于传统的同步调相机 3 控制灵活 调节速度更快 调节速度广 在感性和容性运行工况下均可连续快速调节 响应速度可达毫秒级 4 静止运行 安全稳定 没有调相机那样的大型转动设备 无磨损 无机械噪声 将大大提高装置寿命 改善环境影响 5 对电容器的容量要求不高 可以省去常规装置中的大电感和大电容及庞大的切换机构 使SVG的体积小 损耗低 6 连接电抗小 SVG接入电网的连接电抗 作用是滤除电流中存在的较高次谐波 另外起到将变流器与电网连接起来的作用 因此其电感量远小于补偿容量相同的TCR等SVC装置所需的电感量 山东新风光电子科技发展有限公司 2 5SVG与传统补偿装置的比较 7 SVG输出电流不依赖于电压 表现为恒流源特性 具有更宽的运行范围 而SVC本质是阻抗型补偿 输出电流和电压成线性关系 因此系统电压变低时 同容量SVG可以比SVC提供更大的补偿容量 电压电流特性如下图所示 SVG若配合同容量固定电容器可构成0 2倍容量的动态容性无功补偿器 性价比更高 山东新风光电子科技发展有限公司 2 5SVG与传统补偿装置的比较 8 SVG比SVC具有更快的响应速度 因而更适合抑制电压闪变 SVG响应时间在10ms以内 而SVC响应时间一般在20 40ms SVG从额定容性无功功率变为额定感性无功功率 或相反 可在1ms之内完成 这种响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿 9 SVG的桥式电路采用多重化技术 多电平技术或PWM技术来消除次数较低的谐波 并使如7 11等较高次数谐波减小到可以接受的程度 而SVC本身要产生一定量的谐波 如TCR型的5 7次特征次谐波量比较大 占基波值的5 8 其他如SR TCT等也产生3 5 7 11等次的高次谐波 这给SVC系统的滤波器设计带来许多困难 2 5SVG与传统补偿装置的比较 10 在故障条件下 SVG比SVC具有更好的控制稳定性 SVC使用了大量电容器电抗器 当外部系统容量与补偿装置的容量可比时 SVC会产生不稳定性 SVG对外部系统运行条件和结构变化不敏感 11 SVG比同容量SVC占地面积小 成本低 SVG由于使用直流电容器储能 可以减小电容器体积 且不需要并联电抗器即可以控制无功功率平滑变化 因此安装尺寸大大减小 12 SVG能够在一定范围内提供有功功率 减少有功功率冲击 SVC只能提供无功功率 不具备提供有功功率的功能 山东新风光电子科技发展有限公司 2 6公司SVG介绍 本公司SVG采用基于瞬时无功功率理论的无功电流检测方式 逆变主电路采用IGBT组成的H桥功率单元级联拓扑结构 并辅助以小容量储能元件 它由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦输出电压 这种逆变器由于输出电压电平数的增加 使得输出波形具有更好的谐波频谱 并且每个开关器件所承受的电压应力较小 不需要均压电路 可避免大dv dt所导致的各种问题 因此这种逆变器可称为 完美无谐波 变流器 山东新风光电子科技发展有限公司 2000Kvar 6KVSVG 山东新风光电子科技发展有限公司 2000Kvar 10KVSVG SVG技术指标 山东新风光电子科技发展有限公司 SVG技术指标 山东新风光电子科技发展有限公司 2 6公司SVG介绍 结构特点 SVG主要由输入变压器 功率柜 开关柜 控制和通讯系统组成 其系统结构如右图所示 1 输入变压器 将电网电压变为适合功率单元工作的电压 实现高压与低压的电气隔离 各功率单元之间相对独立 所以可以较容易地引入软开关控制 直流侧的均压比较容易实现 增加系统可靠性 山东新风光电子科技发展有限公司 2 6公司SVG介绍 结构特点 2 功率单元 SVG的核心主电路 用以实现功率变换 其结构如图所示 模块化设计 功率单元的结构和电气性能完全一致 单元可以互换 山东新风光电子科技发展有限公司 功率单元结构图 2 6公司SVG介绍 结构特点 3 输出电抗器 用于将SVG与电网连接起来 实现能量的缓冲 减少SVG输出电流中的开关纹波 降低共模干扰 4 控制柜 柜式结构 用于对SVG及其辅助设备的实时控制 实现SVG与上位机及控制中心的通讯 5 全数字化控制系统 实时计算电网所需的无功功率 实现动态跟踪与补偿 控制系统采用模块化设计 山东新风光电子科技发展有限公司 2 7产品特点 SVG以高可靠性 易操作 高性能为设计目标 满足用户对提高配电电网的功率因数的迫切需要 SVG采用新型IGBT功率器件 全数字化微机控制 具有以下特点 1 安装 设定 调试简便 2 实时跟踪电网变化 动态补偿无功功率 提高系统功率因数 3 采用光纤触发技术 实现一次系统与二次系统的电气隔离 解决干扰问题 做到了高可靠性和控制性 4 主电路采用IGBT组成的H桥功率单元级联作逆变主电路的结构形式 输出由阶梯正弦PWM波形叠加而成 波形正弦度好 无需输出滤波器 5 功率电路模块化设计 维护简单 互换性好 6 动态响应时间快 7 实时跟踪电网无功的变化 对电网感性无功和容性无功实现动态无级补偿 山东新风光电子科技发展有限公司 2 7产品特点 8 投切时无暂态冲击 无合闸涌流 无电弧重燃 无需放电即可再投 9 保护功能齐全 具有过压 欠压 过流 过热 短路等保护 运行可靠性高 10 维护量小 运行成本低 11 控制器实现全数字化 人机界面友好显示 并且具有联网通讯功能 12 控制器具有高可靠性 而且操作简单 与系统连接时 不需要考虑交流系统相序 补偿装置保护措施齐全 13 装置电路参数精心设计 发热量小 结构紧凑 占地面积小 14 控制电源采用AC220V经过UPS后单独给装置供电方式 控制电源掉电 可保持正常运行 15 改善电压质量 稳定系统电压 抑制电压闪变 16 可并联安装 极易扩展容量 山东新风光电子科技发展有限公司 2 8主要功能及应用领域 主要功能 1 维持受电端电压 加强系统电压稳定性 2 补偿系统无功功率 提高功率因数 降低线损 节能降耗 3 抑制电压波动和闪变 4 抑制三相不平衡 应用领域 本公司研制的SVG可广泛应用于石油化工 冶金 电力 煤矿 电气化铁路 风电厂以及其他具有或者靠近冲击性负荷和大容量电动机的工业领域 可以在节能降耗 提高电网安全性和稳定性 提高电网功率因数 改善电能质量 发挥着重要作用 2 9典型应用案例 SVG与6KV电网的连接示意图 山东新风光电子科技发展有限公司 2 9典型应用案例 2000Kvar 6KV无功补偿装置在安徽省淮南市谢家集第一煤矿稳定运行 无功补偿装置安装在煤矿配电所II段12500KVA 35KV变压器副边6KV母线附近 由于煤矿现场在重负荷时 功率因数很低 配电所在各段已经有1 4Mvar电容器定补装置 但此时电网功率因数仍然在0 85以下 存在 欠补 现象 在负荷轻时 由于电容器补偿装置补偿容量不变 存在 过补 现象 由于本产品具有容感性连续调节功能 安装SVG装置后 不仅使电网功率因数由原来的0 85以下提高到0 95 并且解决了现有电容器补偿装置 过补 的问题 可有效降低线路损耗 改善电压质量 充分的发挥供电设备的潜力 并可为用户节约电费支出 具有非常显著的社会效益和经济效益 山东新风光电子科技发展有限公司 山东新风光电子科技发展有限公司 负荷有功功率曲线 投入前功率因数曲线 投入后功率因数曲线 投入前 后功率因数曲线 STATCOM安装现场 山东新风光电子科技发展有限公司 煤矿35KV 6KV变压器 山东新风光电子科技发展有限公司 在电网中安装无功补偿设备 不仅可使功率消耗减小 功率因数提高 还可以充分挖掘设备输送功率的潜力 配电网加装无功补偿设后 从电网管理单位和电力用户的效益分析 主要集中在以下几个方面 1 可以改善电能质量负荷 P JQ 电压损失简化计算为 1 安装补偿容量为Qc的设备后 线路电压降为 U1 计算为 2 U1 U 即安装补偿装置后电压损失减小了 则电压升高为 山东新风光电子科技发展有限公司 3 四 效益分析 由于越靠近线路末端 线路的电抗X越大 因此从 3 式可以看出 越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好 2 降低电能损耗假设输送的有功功率P为定值 因 负荷电流I与成反比 且线路的有功损失与电流I的平方成正比 装设SVG后 功率因数从提高到电网元件中功率损耗将减少的百分数为 山东新风光电子科技发展有限公司 4 表1功率因数从下表值提高到0 95与功率损耗降低的百分数之间的关系 四 效益分析 3 挖掘发供电设备潜力 1 在设备容量不变的条件下 由于提高了功率因数可以少送无功功率 因此可以多送有功功率 多送的有功功率为 2 假设需要的有功不变 则由于需要的无功减少 因此所需要的配变压器的容量也相应地减少为 3 安装无功补偿设备 可使发电机多发有功功率 系统采取无功补偿后 使无功负荷降低 发电机就可少发无功 多发有功 充分达到铭牌出力 山东新风光电子科技发展有限公司 5 6 四 效益分析 4 减少用户电费支出 1 可以避免因功率因数低于规定值而受罚 2 可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗 因而相应可以减少电费的支出 综上所述 采用无功补偿提高供电系统的功率因数 这样不仅能增大有功输出能力 使设备容量得到充分利用 而且增加了输电能力 减少功率损耗和电能损耗 降低了线路中的电压损失和电压波动 从而达到节约电能和提高供电质量的目的 同时也给企业带来显著的经济效益 山东新风光电子科技发展有限公司 四 效益分析 应用举例 某煤矿的变压器容量为12 5MVA 月平均有功功率为5500KW 平均功率因数为0 82 使用本产品无功功率补偿装置后 其电网功率因数由原来的0 82提高0 95 计算该用户补偿到0 95时的经济效益 基本电费按每kVA每年200元 电量电费按0 8元 kWh计算 无功补偿设备的有功损耗为其额定容量的2 计算过程如下 1 确定补偿容量补偿前无功功率假设补偿无功容量为xkvar 经补偿后无功功率 而用户的有功功率 求得x 2012Kvar 2 补偿前用户年支出费用 山东新风光电子科技发展有限公司 依据水利电力部1983年颁发的 功率因数调