SVG工作原理、控制系统及关键技术说明

SVG的工作原理、控制系统和关键技术说明SVG(Static Var Generator，动态无效补偿装置)是采用了自变换相变电流电路的现代的无效补偿装置，是当前的无效补偿领域的最新技术，也称为stat com (staticsynchronouscompensationtor，动态无效补偿装置) SVG动态无功补偿装置在响应速度、电网电压稳定、降低系统损耗、增加传输能力、提高瞬变电压极限、降低谐波、减少占地面积等多方面有利。SVG产品的技术特征：触发、监控单元的分相独立化设计，运行速度快，抗干扰性强基于瞬时无效功率理论的无效检测技术直流侧电压平衡控制充实的保护功能专用的IGBT驱动电路保证IGBT高频切断的可靠性，将状态监视信息实时上传到上位监视系统连杆可设计，可靠性高链结构的模块化设计满足了系统可靠性高的要求，易于维护层叠铜列的应用满足IGBT高频触发的要求响应时间最多为5ms。可实现从感性到电容性的连续、平滑、动态、高速的无效功率补偿可解决负载的不平衡电流源特性、输出无效电流不受母线电压的影响对系统阻抗的参数不敏感。电网的电能质量有问题1.1非线性负载大量访问电网和负载的频繁变动，严重影响电力质量(1)输电系统没有及时的无效调节，系统振动容易扩散，降低了输电系统的稳定性(2)负载中心没有迅速的无效支撑，容易导致电压下降(3)功率因数低，增加电网损失，增加生产成本，降低生产效率(4)发生的无效冲击会引起电网电压下降、电压变动和闪烁，严重情况下，传动装置和保护装置无法正常工作或停止生产(5)产生了大量的高次谐波电流，电网的电压变形，引起了保护和安全机器人的误动作电容器组的高次谐波电流被放大，电容器组会过载、过电压、烧损增加变压器的损失，引起变压器的发热导致电力设备发热，电机扭矩不稳定或破损加速电力设备的绝缘劣化降低电弧炉的生产效率，增加损失干扰通信信号(6)导致电网三相电压失衡，产生反相电流，电机转子振动。解决办法针对以上问题，建议以下最佳解决方案：采用SVG动态无功补偿装置，提高电网稳定性，增加输电能力，消除无效冲击，消除高次谐波，平衡三相电压。 添加SVG动态无功补偿装置可以获得以下效果(1)通过在提高线路输电能力的长距离输电线上设置SVG动态无效补偿装置，不仅能在正常运转状态下补偿线路的无效功率，稳定线路电压，提高有效输电容量，还能在系统故障时立即进行无效调节，衰减系统的振动，提高输电系统的稳定性。(2)维持受电端子电压，强化系统电压的稳定性，对负载中心来说，负载容量大，没有大型的无功电源支持，因此容易发生电网电压低，电压崩溃的事故。 SVG动态无功补偿装置具有快速的无功功率调节能力，能维持负载侧电压，提高负载侧供电系统的电压稳定性。(3)补偿系统的无功功率，提高功率因数，降低线损，节能地消耗配电系统中的大量负载，如异步电动机、感应电炉及大容量整流设备、电力机车等，需要在运行中表现出电感性，消耗大量的无功功率，增加供电线路上的功率损失，降低电压质量，同时也产生无功电流对于降低供电设备有效利用率的电力用户来说，低功率因数增加电费支出，增加变压器损失，增加生产成本。 SVG随着负载的无效变化，实现了无效功率的动态补偿，最小化了线路损失，充分提高了发电、输电、供电、电力设备的利用率。(4)电压变动和闪变非线性负载，如电弧炉、轧机、电气铁路等，负载的快速变化会引起电压变动和闪变，不能满足用户对电压质量的要求，导致设备的运行性能不良，发生过电流、过热、保护装置的误动作和设备烧损等事故电压波动和闪烁对安全生产和人体健康极为不利。 SVG的快速响应特别适合于抑制电压变动和闪烁。(5)抑制三相不平衡SVG的动态无效补偿装置，能迅速补偿因负载不平衡而产生的反相电流，保证总是流过电网的三相电流的平衡，能大幅度提高电力供给的电力质量。(6)其他多个补偿功能在电网中的应用：抑制系统振动，提高电网稳定性，保护电网安全。 由于地区的电网容量越来越大，所以需要与此相应地增大补偿装置的容量。 数百兆级的无效补偿系统中，SVG和SVC组合，充分发挥SVG的迅速特性，在补偿特性、成本、可靠性等方面优化系统一般。面向轧机、电弧炉、电气铁路等领域的多种补偿功能：补偿负载无功功率，提高功率因数，是最有效的闪烁抑制装置。 如果补偿负载的无效和高次谐波，就可以补偿无效，也可以同时补偿高次谐波。 补偿负载三相不平衡的最有效的反相电流抑制装置。 补偿负载的无效、谐波和三相不平衡的可以补偿无效，同时补偿谐波和三相不平衡，是负载功率质量问题的完美解决方案。SVG的工作原理SVG动态无效补偿装置的基本原理是，经由电抗器和变压器将逆变桥电路并联连接在电网上，适当调节桥电路交流侧的输出电压相对于系统电压的相位和振幅，迅速吸收或发送满足要求的无效电流，实现高速动态无效补偿。 基于VSC(Voltage Source Converter，电压源转换器)的结构实现无效补偿方式的飞跃，不使用大容量的电容器或电感元件，通过使大电力电子器件IGBT截止，将直流侧电压转换为交流侧和电网的同频率的输出电压另外，考虑到高次谐波补偿，SVG动态无效补偿装置相当于可控制的高次谐波源，能够根据系统的状况主动地进行跟踪补偿。 使用电压型自相变换桥接转换器的SVG动态无效补偿装置的电路基本结构如图所示。SVG的基本结构工作原理SVG动态无效补偿装置的基本工作原理是，将电压型自变换桥接电路经由电抗器和变压器与电网并联连接，若仅考虑基波频率，则SVG动态无效补偿装置能够与电网相同频率的交流电压源等效地处理，能够适当调节交流侧的输出电压的相位和振幅，使该电路SVG动态无效补偿装置的工作原理可以用下图所示的单相等效电路图来说明。SVG动态无功补偿装置具有以下技术特征(1)装置由控制系统、电压源变流器等部分构成，补偿范围宽，能实现连续的电感性和电容性补偿(2)采用链条结构，设置调整周期短，运输方便，各相为独立的链条各链路结构一致，可模块化设计，容易扩展装置容量链SVG动态无功补偿装置可以实现独立分相控制，有利于解决系统相间平衡问题，在系统受到干扰时提供更好的电压支撑降低了可关断器件的开关频率和损耗每相设置冗馀链路，提高装置的可靠性在系统平衡和不平衡的状态下，链条结构的谐波特性优于其他结构形式采用SPWM (正弦脉冲宽度调制)控制技术，大幅度降低高次谐波含量，有效利用直流侧的电压，减小装置自身的损失，能实现短时间的有效和高次谐波补偿。 下图表示SVG动态无效补偿装置的并行运行波形。(a )电感性无效补偿电流(滞后)(b )实测电容性无效补偿电流(超前) SVG动态无效补偿装置的并联运行电压电流波形采用脉冲循环控制和单链电压补偿机构，直流侧的电压变动小。(3)控制系统的采用DSP FPGA CPLD的硬件模式能够并行处理大量数据、实时数字运算和运算结果(4)换流链装置采用强制空冷散热方式，效率高，紧凑，能够利用IGBT等器件容量(5)在控制系统和换流链之间采用光纤传输信号，彻底解决了高低压隔离问题，保证了作业人员的安全，增强系统的抗干扰性能(6)保护系统采用等级保护策略，将数字保护、逻辑硬件保护和继电保护融为一体，为装置的安全运行提供强有力的保障的站控制系统采用一体化工作站，以分层结构实现多个监控量的收集和监控，实现各种异常情况下的可靠保护(7)局控制系统提供远程通信接口，实现远程监控，并可以是AVC终端。SVG动态无功补偿装置的技术优点(1) SVG动态无效补偿装置的响应时间可以达到5ms(2)电压闪烁抑制力强。 基于SVG动态无效补偿装置的电压闪烁的抑制为5:1，更高(3) SVG是电流源特性，输出无效电流不受母线电压的影响，在欠电压条件下无效调节能力更强，具有一定的短期过载能力(4) SVG不仅自身输出电压中的高次谐波含量低，还能补偿负载的高次谐波和无效，实现有源滤波(5) SVG可以采用箱变安装方式，设置面积小，为SVC的30%50%(6) SVG不改变电力系统的阻抗分布，安全稳定(7) SVG可提供在一定范围内的有效功率并减少有效功率冲击(8) SVG采用直流电容器作为储存元件，运转中电磁噪声显着降低。SVG产品的主要技术说明(1)IGBT驱动IGBT高频的交替导通和截止需要一定的动态驱动功率，栅极驱动电路设计的优劣直接关系到IGBT的长期运行的可靠性。 驱动电路为IGBT提供一定幅度的栅极电压、绝缘的输入输出信号、过电压保护和du/dt保护能力。 SVG采用IGBT专用的驱动电路(集成保护、驱动、高低压隔离等功能)，适配器板(主要是栅极电阻、电容配置)有效地提高IGBT在高频率工作状态下的稳定性，防止IGBT的误动作，控制IGBT的关断速度，减少损失IGBT专用驱动程序模块独自开发的适配器板(2)链路单元的结构和抗干扰设计层叠母列的应用，减少了直流电路的布线浮动电感，配合良好的吸收电路设计，提高了IGBT的稳定运行可靠性的合理的散热器选定和放热风路设计，保证了SVG的可靠运行的独特的自我设计，有效地提高了一次绝缘性能，简化了布线的三维结构(3)基于无功和谐波实时检测混合语言编程，提高程序的可靠性、通用性，保证控制器长时间不故障的瞬时无功功率检测算法和完善的无功、电压控制方法，保证了无功和电压的合理控制。(4)硬件和软件平台无功补偿设备控制系统基于以单片机、DSP、FPGA、ARM等多代处理器为核心的硬件和软件平台。 SVG采用基于DSP FPGA CPLD的高性能硬件平台，运算速度快，精度高。(5)控制方案SVG控制方法更加复杂，除系统的无效检测、触发控制、脉冲分配等外，对直流电容电压平衡控制、逆变器输出谐波控制等也有严格的要求。 SVG全面升级，提高IGBT的开关频率，采用脉冲循环、脉冲光电传输定位解码、直流电压定位调节、瞬时无效检测等方法，实现了SVG装置的稳定运行。(6)保护、监视系统母线过电压、母线不足电压、过电流、速断、直流过电压、电力电子部件破损检测保护、脉冲丢失、触发异常、过电压破坏、阀室过温度、输入接口保护、输出接口控制和系统电源异常等保护功能。 采用控制台作为监视后台、友好的人机界面和监视系统，监视和故障自诊断系统提供友好的全中文、基于windows操作系统的监视和操作接口，作为电网无功电压自动控制系统(AVC )的变电站终端(7)动力单元的性能测试SVG结构复杂，对控制系统有很高的要求，采用链结构，其动力单元的性能决定了S