天津市先導(dǎo)倍爾電氣有限公司

　　XDSVG有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理裝置(Static Var Generator,簡(jiǎn)稱SVG)是新一代動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理產(chǎn)品,也是該領(lǐng)域新技術(shù)應(yīng)用的代表,又稱作靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM），是本公司與清華大學(xué)柔性交流輸配電系統(tǒng)研究所合作研制的新產(chǎn)品。由于功能強(qiáng)，占地面積小，安裝方便，現(xiàn)已成為SVC的升級(jí)換代產(chǎn)品。

2 SVG原理
　　將電壓型逆變器通過(guò)電抗器或變壓器與電網(wǎng)相連，通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或直接控制其交流電流的幅值和相位，就可以使該電路吸收或發(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?shù)哪康摹VG 相當(dāng)于一個(gè)電壓源逆變器，而負(fù)載是電網(wǎng)。當(dāng)只考慮基波頻率時(shí)，SVG 可以等效地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，并通過(guò)連接電抗器接入到電網(wǎng)。
    空載運(yùn)行模式: US = UI ，IL =0，SVG 不吸發(fā)無(wú)功；容性運(yùn)行模式：UI >  US ，IL 為超前的電流，其幅值可通過(guò)調(diào)節(jié) UI 來(lái)連續(xù)控制，從而連續(xù)調(diào)節(jié)SVG發(fā)出的無(wú)功；感性運(yùn)行模式：UI 〈  US ，IL 為滯后的電流，其幅值可通過(guò)調(diào)節(jié) UI 來(lái)連續(xù)控制，從而連續(xù)調(diào)節(jié)SVG發(fā)出的無(wú)功。

3 SVG電氣原理圖

4 SVG技術(shù)特點(diǎn)
4.1 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
4.2 裝置由控制系統(tǒng)、電壓源變流器等組成，通過(guò)控制逆變移相角δ 和調(diào)制比M，能連續(xù)改變直流電容電壓及逆變輸出電壓，補(bǔ)償范圍寬，既能實(shí)現(xiàn)感性補(bǔ)償又能實(shí)現(xiàn)容性補(bǔ)償。
4.3 采用柜式結(jié)構(gòu)，具有安裝周期短、運(yùn)輸方便、調(diào)試周期短。
4.4 控制系統(tǒng)采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)，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)果精度高，SVG 響應(yīng)速度快。
4.5 逆變裝置采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式，該種散熱方式效率高、體積緊湊，可以充分利用IGBT 等元器件的容量。
4.6 控制系統(tǒng)和逆變器之間的采用光纖傳輸信號(hào)，徹底解決高低壓隔離問(wèn)題，避免電磁信號(hào)的干擾， SVG 工作更加穩(wěn)定可靠。
4.7保護(hù)系統(tǒng)則采用了分級(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)行提供了有力的保障。
4.8 監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，由多個(gè)處理單元組成，通過(guò)分層式的結(jié)構(gòu)組成方式實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)監(jiān)控量的采集與監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)具有多重監(jiān)控及保護(hù)功能，完成在系統(tǒng)各種異常情況下的可靠保護(hù)。
4.9 監(jiān)控系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面，便于控制和查詢故障類型和故障位置。
4.10 監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)通訊管理單元與上級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊，通訊管理單元主要完成規(guī)約轉(zhuǎn)換的功能,這樣可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

5 SVG性能特點(diǎn)
5.1 先進(jìn)性： SVG是SVC的換代產(chǎn)品,即SVG代表該領(lǐng)域的發(fā)展方向。SVG是一種無(wú)功補(bǔ)償裝置，基于電壓源型逆變器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過(guò)電力電子器件的高頻開關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)功能量的變換。
5.2 安全性：基于IGBT變流器，為可控電流源型補(bǔ)償裝置，不會(huì)發(fā)生諧波放大及諧振，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不敏感，安全性與穩(wěn)定性好。諧振或諧波電流放大不僅危害補(bǔ)償系統(tǒng)自身的設(shè)備安全，對(duì)系統(tǒng)其他設(shè)備的安全也是隱患。
5.3 互換性好： SVG是鏈節(jié)模塊的串聯(lián)，是多個(gè)逆變電源的串聯(lián)，而不是IGBT的直接串聯(lián)，所以并不需要模塊的一致性，而且每個(gè)模塊的脈沖是錯(cuò)一定的角度，即IGBT并非同時(shí)導(dǎo)通，所以產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)會(huì)并不多。采用H橋串聯(lián)的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，直接接入6kV、10kV、35kV系統(tǒng)，成本降低。而且具備N+1、N+2冗余結(jié)構(gòu)，每相一個(gè)或兩個(gè)鏈節(jié)單元損壞后仍可繼續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行，裝置自身運(yùn)行可靠性高。每個(gè)模塊只有兩個(gè)端子和2根光纖，更換容易，維修迅速。
5.4 快速性：SVG響應(yīng)速度更快，SVG響應(yīng)時(shí)間：≤5ms。SVG可在極短的時(shí)間之內(nèi)完成從額定容性無(wú)功功率到額定感性無(wú)功功率的相互轉(zhuǎn)換，這種無(wú)可比擬的響應(yīng)速度完全可以勝任對(duì)沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償。SVG的硬件系統(tǒng)采用了IGBT可迅速關(guān)斷的器件，軟件系統(tǒng)采用了瞬時(shí)無(wú)功算法，響應(yīng)時(shí)間被縮短在5ms以內(nèi)；而SVG由于響應(yīng)速度極快，增大裝置容量可以繼續(xù)提高抑制電壓閃變的能力。
5.5 諧波特性：SVG不僅不產(chǎn)生諧波，而且同時(shí)具備諧波補(bǔ)償功能，在動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，可對(duì)13次以下的諧波進(jìn)行濾除。SVG采用了載波移相PWM技術(shù)和功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，自身產(chǎn)生的諧波含量極低，諧波含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，裝置輸出側(cè)無(wú)需濾波器。SVG只濾除系統(tǒng)的諧波即可，濾波壓力小。
5.6 節(jié)能特性（運(yùn)行成本低）：SVG采用新型低損耗IGBT功率器件，直接輸出電壓范圍1kV－35kV，裝置效率可達(dá)99.5％以上；而由于損耗曲線特性優(yōu)于SVC（SVC空載時(shí)損耗達(dá)到最大），SVG的等效運(yùn)行損耗一般只有SVC的1/3-1/2，等效運(yùn)行耗電量大大低于SVC。
5.7 超強(qiáng)補(bǔ)償能力: SVG是電流源特性，輸出無(wú)功電流不受母線電壓影響。SVG的電流源特性也使SVG具備較強(qiáng)的短期過(guò)載能力，可用來(lái)進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，而SVC不具備過(guò)載能力；一般認(rèn)為達(dá)到同樣的補(bǔ)償效果，SVC要比SVG的容量大1.3倍。
5.8 占地面積小:SVG以半導(dǎo)體功率器件構(gòu)成的逆變器為核心，使用直流電容器儲(chǔ)能，無(wú)SVC中體積龐大的濾波支路和電抗器，安裝尺寸一般只有SVC的1/5-1/3，特別適合于對(duì)占地面積要求較高的場(chǎng)合?？勺龀梢苿?dòng)式裝置。
5.9 免維護(hù)性：模塊化設(shè)計(jì)，功率單元的結(jié)構(gòu)和電氣性能完全一致，單元可以互換。安裝、設(shè)定、調(diào)試簡(jiǎn)便；保護(hù)功能齊全，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱等保護(hù)，運(yùn)行可靠性高；控制器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，人機(jī)界面友好顯示，并且具有聯(lián)網(wǎng)通訊功能，控制器具有高可靠性，而且操作簡(jiǎn)單，與系統(tǒng)連接時(shí)，補(bǔ)償裝置保護(hù)措施齊全； 采用光纖觸發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的電氣隔離，解決干擾問(wèn)題，做到了高可靠性和控制性。
5.10 多種補(bǔ)償功能：抑制電力系統(tǒng)過(guò)電壓，改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平，減少低壓釋放負(fù)荷數(shù)量，并防止發(fā)生暫態(tài)電壓崩潰；動(dòng)態(tài)地維持輸電線路端電壓，提高輸電線路穩(wěn)態(tài)傳輸功率極限；阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩 ，在負(fù)荷側(cè)，能抑制電壓閃變、補(bǔ)償負(fù)荷不平衡、提高負(fù)荷功率因數(shù)、濾除諧波。
5.11 SVG的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)：SVG 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置采用了鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，將多個(gè)兩電平H 橋電路串聯(lián)起來(lái)，達(dá)到電壓疊加的目的。鏈?zhǔn)絊VG 可以獨(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； 降低可關(guān)斷器件的開通頻率，降低器件損耗； 各鏈節(jié)結(jié)構(gòu)一致，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)； 每相設(shè)有冗余鏈節(jié)，在模塊故障時(shí)可以自動(dòng)旁路模塊，裝置能繼續(xù)運(yùn)行，提高裝置的可靠性；避免了因開關(guān)器件直接串并聯(lián)使用產(chǎn)生的問(wèn)題和限制；采用SPWM（正弦脈寬調(diào)制）或SHEPWM（特定消諧），通過(guò)高的開關(guān)頻率或優(yōu)化的IGBT 開關(guān)角極大降低了諧波含量，諧波完全符合國(guó)標(biāo)。

6 SVG應(yīng)用領(lǐng)域及實(shí)例
6.1 冶金軋鋼等的無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理：
軋鋼機(jī)負(fù)荷由大功率直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)及各種直流整流器、交流變頻調(diào)速器等大功率電力電子設(shè)備組成， 無(wú)功消耗大，功率因數(shù)低，諧波電流大，易造成尖峰電壓，損壞電纜絕緣，增加設(shè)備損耗；沖擊大，母線電壓波動(dòng)大。
應(yīng)用實(shí)例：項(xiàng)目名稱：天津鋼管有限公司258軋管線；投運(yùn)時(shí)間：2008年10月；設(shè)備型號(hào)：XDSVG-L10/08-08/H ；設(shè)備數(shù)量：2套；補(bǔ)償后的效果：提高電網(wǎng)功率因數(shù)，保持在0.95以上；穩(wěn)定了系統(tǒng)母線電壓，滿足了生產(chǎn)需要；濾除了13次以下的諧波，降低了電網(wǎng)損耗，提高了電網(wǎng)的質(zhì)量。
6.2 電弧爐、精煉爐電壓波動(dòng)和閃變治理
電弧爐、精煉爐等作為典型的非線性大沖擊負(fù)荷接入電網(wǎng)，存在嚴(yán)重的電壓波動(dòng)與閃變；電網(wǎng)嚴(yán)重三相不平衡，產(chǎn)生負(fù)序電流；產(chǎn)生諧波，主要呈現(xiàn)2-7次諧波；功率因數(shù)低。采用SVG可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功、諧波及不平衡負(fù)荷電流的補(bǔ)償，大幅度提高母線電壓穩(wěn)定度，顯著減少斷弧現(xiàn)象，提高了冶煉效率，噸鋼電耗量一般可減少10％以上，單爐冶煉時(shí)間也可縮短8％－15％，也可大大降低諧波過(guò)電壓帶來(lái)的電纜絕緣損壞頻度，帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
應(yīng)用實(shí)例：項(xiàng)目名稱：天津鋼鐵集團(tuán)有限公司LF精煉爐；投運(yùn)時(shí)間：2010年6月；設(shè)備型號(hào)：XDSVG-L35/08-08/H；設(shè)備數(shù)量：1套；補(bǔ)償效果：補(bǔ)償無(wú)功的同時(shí)濾除了諧波電流，減少了對(duì)供電系統(tǒng)造成巨大的無(wú)功沖擊；達(dá)到平衡系統(tǒng)無(wú)功、提高系統(tǒng)功率因數(shù)；提高了系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平；改善了電能質(zhì)量，降低了電網(wǎng)損耗，節(jié)約了運(yùn)行成本 。
6.3 煤礦系統(tǒng)提升機(jī)、絞車等礦井負(fù)荷的無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理：
提升機(jī)、絞車等負(fù)荷具有電壓波動(dòng)大、功率因數(shù)低和諧波較大的特點(diǎn)。應(yīng)用SVG可實(shí)現(xiàn)如下功能：提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無(wú)功損耗，節(jié)能降耗；濾除系統(tǒng)諧波，改善系統(tǒng)電能質(zhì)量；穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，大型負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，可減小電壓波動(dòng)。
　　應(yīng)用實(shí)例：項(xiàng)目名稱：開灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司唐山礦；投運(yùn)時(shí)間：2010年8月；設(shè)備型號(hào)：XDSVG-L06/04-04/H；設(shè)備數(shù)量：3套；補(bǔ)償效果：各段母線功率因數(shù)均達(dá)到0.99以上；解決了6kV母線1、6段目前高負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)低，但在設(shè)備檢修段低負(fù)荷時(shí)，出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)的問(wèn)題；解決了主副井提升機(jī)到6kV 2、3段母線工作時(shí)的諧波問(wèn)題；解決了6kV 4、5段洗煤廠工作時(shí)的諧波問(wèn)題以及生活負(fù)荷多為感性負(fù)荷的補(bǔ)償問(wèn)題。
6.4 SVG用于風(fēng)力發(fā)電無(wú)功補(bǔ)償
風(fēng)力發(fā)電一般短路容量小，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的波動(dòng)或負(fù)荷的波動(dòng)都可能造成接入母線的電壓波動(dòng)頻繁，不僅影響了電網(wǎng)的電能質(zhì)量，對(duì)風(fēng)機(jī)的正常發(fā)電運(yùn)行也造成了影響。一般SVG的動(dòng)態(tài)性能優(yōu)異，性價(jià)比高，非常適用于風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償。
應(yīng)用實(shí)例：項(xiàng)目名稱：35kV風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償；投運(yùn)時(shí)間：2011年9月；設(shè)備型號(hào)：XDSVG-L35/12-12/H；設(shè)備數(shù)量：2套；補(bǔ)償效果：補(bǔ)償無(wú)功，提高了功率因數(shù)；調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，使電壓穩(wěn)定；節(jié)能降耗，降低了變壓器、線路損耗等。
6.5 SVG用于光伏發(fā)電無(wú)功補(bǔ)償：
   光伏發(fā)電正迅猛發(fā)展，帶來(lái)了多元化和清潔化的電力來(lái)源，但是同時(shí)也給電力系統(tǒng)帶來(lái)了無(wú)功潮流、電壓波動(dòng)等許多新問(wèn)題。光照強(qiáng)度、溫度變化等通過(guò)影響電池板發(fā)電量而引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，光伏電站的容量逐漸增大，會(huì)影響到電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，大型光伏電站必須具備一定的低電壓穿越能力。
應(yīng)用實(shí)例：項(xiàng)目名稱：中節(jié)能招遠(yuǎn)蠶莊光伏電站；投運(yùn)時(shí)間：2011年9月；設(shè)備型號(hào)：XDSVG-L35/2-2/H；設(shè)備數(shù)量：1套；補(bǔ)償效果：補(bǔ)償無(wú)功，提高了功率因數(shù)；調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，使電壓穩(wěn)定；節(jié)能降耗，降低了變壓器、線路損耗等。
6.6 輸電系統(tǒng)的樞紐變電站：
   在輸電系統(tǒng)的樞紐變電站安裝SVG裝置，可以明顯提高電力系統(tǒng)輸配電性能，達(dá)到如下目的：正常狀態(tài)下補(bǔ)償線路無(wú)功功率，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓；提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平，減少低壓釋放負(fù)荷，防止發(fā)生暫態(tài)電壓崩潰；阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩。
應(yīng)用實(shí)例：上海市電力公司為提高系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平、減少故障時(shí)低壓釋放負(fù)荷數(shù)量，決定在黃渡分區(qū)西郊變電站投運(yùn)一臺(tái)±50Mvar STATCOM裝置（由清華大學(xué)柔性輸配電系統(tǒng)研究所負(fù)責(zé)全部技術(shù)研發(fā)工作），并實(shí)現(xiàn)已有4組固定電容器的綜合控制以達(dá)到最優(yōu)補(bǔ)償效果。

6.7 港口、造船行業(yè)：
港口主要設(shè)備是門機(jī)、岸橋、龍門吊和斗輪機(jī)等裝卸設(shè)備，這些設(shè)備都是負(fù)荷變化大、變化速度快、短時(shí)重負(fù)載，屬于無(wú)功沖擊性負(fù)載，且普遍采用直流、交流變頻驅(qū)動(dòng)裝置，在顯著提高裝卸機(jī)械性能的同時(shí)，也帶來(lái)了無(wú)功功率需求增大和諧波污染電網(wǎng)的問(wèn)題。
應(yīng)用實(shí)例：項(xiàng)目名稱：連云港港贛榆港區(qū)一期工程；投運(yùn)時(shí)間：2012年8月；設(shè)備型號(hào)：XDSVG-L10/2-2/H；設(shè)備數(shù)量：1套；補(bǔ)償效果：實(shí)時(shí)補(bǔ)償無(wú)功功率，提高了功率因數(shù)；調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，使電壓穩(wěn)定；濾除系統(tǒng)諧波。

7 SVG型號(hào)命名　

產(chǎn)品型號(hào)示例：XDSVG-L10/03-03/H代表額定電壓為10kV、補(bǔ)償容性容量3Mvar、補(bǔ)償感性容量3Mvar、具有濾波功能。

8 SVG技術(shù)指標(biāo)

9 SVG柜體排列圖

10 SVG連接電抗器排列圖