XDSVG型有源動態無功補償和諧波治理裝置

　　XDSVG有源動態無功補償和諧波治理裝置(Static Var Generator,簡稱SVG)是新一代動態無功補償和諧波治理產品,也是該領域新技術應用的代表,又稱作靜止同步補償器（STATCOM），是本公司與清華大學柔性交流輸配電系統研究所合作研制的新產品。由于功能強，占地面積小，安裝方便，現已成為SVC的升級換代產品。

2 SVG原理
　　將電壓型逆變器通過電抗器或變壓器與電網相連，通過調節逆變器交流側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出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。SVG 相當于一個電壓源逆變器，而負載是電網。當只考慮基波頻率時，SVG 可以等效地視為幅值和相位均可控的一個與電網同頻率的交流電壓源，并通過連接電抗器接入到電網。
    空載運行模式: US = UI ，IL =0，SVG 不吸發無功；容性運行模式：UI >  US ，IL 為超前的電流，其幅值可通過調節 UI 來連續控制，從而連續調節SVG發出的無功；感性運行模式：UI 〈  US ，IL 為滯后的電流，其幅值可通過調節 UI 來連續控制，從而連續調節SVG發出的無功。

3 SVG電氣原理圖

4 SVG技術特點
4.1 具有自主知識產權。
4.2 裝置由控制系統、電壓源變流器等組成，通過控制逆變移相角δ 和調制比M，能連續改變直流電容電壓及逆變輸出電壓，補償范圍寬，既能實現感性補償又能實現容性補償。
4.3 采用柜式結構，具有安裝周期短、運輸方便、調試周期短。
4.4 控制系統采用全數字化設計，采用DSP+FPGA+CPLD 的硬件模式，能夠并行處理大量數據、實時數字運算，運算結果精度高，SVG 響應速度快。
4.5 逆變裝置采用強制風冷散熱方式，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 控制系統和逆變器之間的采用光纖傳輸信號，徹底解決高低壓隔離問題，避免電磁信號的干擾， SVG 工作更加穩定可靠。
4.7保護系統則采用了分級保護策略，將數字保護、邏輯硬件保護和繼電保護融為一體，為裝置的安全運行提供了有力的保障。
4.8 監控系統采用工業控制計算機，由多個處理單元組成，通過分層式的結構組成方式實現對多個監控量的采集與監控?？刂葡到y具有多重監控及保護功能，完成在系統各種異常情況下的可靠保護。
4.9 監控系統具有友好的人機界面，便于控制和查詢故障類型和故障位置。
4.10 監控及保護系統通過通訊管理單元與上級自動化系統實現通訊，通訊管理單元主要完成規約轉換的功能,這樣可以實現遠方監視和控制，實現無人值守。

5 SVG性能特點
5.1 先進性： SVG是SVC的換代產品,即SVG代表該領域的發展方向。SVG是一種無功補償裝置，基于電壓源型逆變器的補償裝置實現了無功補償方式質的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過電力電子器件的高頻開關實現無功能量的變換。
5.2 安全性：基于IGBT變流器，為可控電流源型補償裝置，不會發生諧波放大及諧振，對系統參數不敏感，安全性與穩定性好。諧振或諧波電流放大不僅危害補償系統自身的設備安全，對系統其他設備的安全也是隱患。
5.3 互換性好： SVG是鏈節模塊的串聯，是多個逆變電源的串聯，而不是IGBT的直接串聯，所以并不需要模塊的一致性，而且每個模塊的脈沖是錯一定的角度，即IGBT并非同時導通，所以產生過電壓的機會并不多。采用H橋串聯的鏈式結構，直接接入6kV、10kV、35kV系統，成本降低。而且具備N+1、N+2冗余結構，每相一個或兩個鏈節單元損壞后仍可繼續滿負荷運行，裝置自身運行可靠性高。每個模塊只有兩個端子和2根光纖，更換容易，維修迅速。
5.4 快速性：SVG響應速度更快，SVG響應時間：≤5ms。SVG可在極短的時間之內完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率的相互轉換，這種無可比擬的響應速度完全可以勝任對沖擊性負荷的補償。SVG的硬件系統采用了IGBT可迅速關斷的器件，軟件系統采用了瞬時無功算法，響應時間被縮短在5ms以內；而SVG由于響應速度極快，增大裝置容量可以繼續提高抑制電壓閃變的能力。
5.5 諧波特性：SVG不僅不產生諧波，而且同時具備諧波補償功能，在動態無功補償的同時，可對13次以下的諧波進行濾除。SVG采用了載波移相PWM技術和功率單元串聯多電平技術，自身產生的諧波含量極低，諧波含量符合國家標準，裝置輸出側無需濾波器。SVG只濾除系統的諧波即可，濾波壓力小。
5.6 節能特性（運行成本低）：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99.5％以上；而由于損耗曲線特性優于SVC（SVC空載時損耗達到最大），SVG的等效運行損耗一般只有SVC的1/3-1/2，等效運行耗電量大大低于SVC。
5.7 超強補償能力: SVG是電流源特性，輸出無功電流不受母線電壓影響。SVG的電流源特性也使SVG具備較強的短期過載能力，可用來進一步提高電力系統穩定性，而SVC不具備過載能力；一般認為達到同樣的補償效果，SVC要比SVG的容量大1.3倍。
5.8 占地面積小:SVG以半導體功率器件構成的逆變器為核心，使用直流電容器儲能，無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，特別適合于對占地面積要求較高的場合?？勺龀梢苿邮窖b置。
5.9 免維護性：模塊化設計，功率單元的結構和電氣性能完全一致，單元可以互換。安裝、設定、調試簡便；保護功能齊全，具有過壓、欠壓、過流、過熱等保護，運行可靠性高；控制器實現全數字化，人機界面友好顯示，并且具有聯網通訊功能，控制器具有高可靠性，而且操作簡單，與系統連接時，補償裝置保護措施齊全； 采用光纖觸發技術，實現一次系統與二次系統的電氣隔離，解決干擾問題，做到了高可靠性和控制性。
5.10 多種補償功能：抑制電力系統過電壓，改善系統電壓穩定性；提高系統暫態穩定水平，減少低壓釋放負荷數量，并防止發生暫態電壓崩潰；動態地維持輸電線路端電壓，提高輸電線路穩態傳輸功率極限；阻尼電力系統功率振蕩 ，在負荷側，能抑制電壓閃變、補償負荷不平衡、提高負荷功率因數、濾除諧波。
5.11 SVG的鏈式結構：SVG 動態補償裝置采用了鏈式結構，將多個兩電平H 橋電路串聯起來，達到電壓疊加的目的。鏈式SVG 可以獨立分相控制，有利于解決系統的相間平衡問題，在系統受到擾動時，更好的提供電壓支撐； 降低可關斷器件的開通頻率，降低器件損耗； 各鏈節結構一致，實現模塊化設計； 每相設有冗余鏈節，在模塊故障時可以自動旁路模塊，裝置能繼續運行，提高裝置的可靠性；避免了因開關器件直接串并聯使用產生的問題和限制；采用SPWM（正弦脈寬調制）或SHEPWM（特定消諧），通過高的開關頻率或優化的IGBT 開關角極大降低了諧波含量，諧波完全符合國標。

6 SVG應用領域及實例
6.1 冶金軋鋼等的無功補償和諧波治理：
軋鋼機負荷由大功率直流電動機、異步電動機、同步電動機及各種直流整流器、交流變頻調速器等大功率電力電子設備組成， 無功消耗大，功率因數低，諧波電流大，易造成尖峰電壓，損壞電纜絕緣，增加設備損耗；沖擊大，母線電壓波動大。
應用實例：項目名稱：天津鋼管有限公司258軋管線；投運時間：2008年10月；設備型號：XDSVG-L10/08-08/H ；設備數量：2套；補償后的效果：提高電網功率因數，保持在0.95以上；穩定了系統母線電壓，滿足了生產需要；濾除了13次以下的諧波，降低了電網損耗，提高了電網的質量。
6.2 電弧爐、精煉爐電壓波動和閃變治理
電弧爐、精煉爐等作為典型的非線性大沖擊負荷接入電網，存在嚴重的電壓波動與閃變；電網嚴重三相不平衡，產生負序電流；產生諧波，主要呈現2-7次諧波；功率因數低。采用SVG可以實現動態無功、諧波及不平衡負荷電流的補償，大幅度提高母線電壓穩定度，顯著減少斷弧現象，提高了冶煉效率，噸鋼電耗量一般可減少10％以上，單爐冶煉時間也可縮短8％－15％，也可大大降低諧波過電壓帶來的電纜絕緣損壞頻度，帶來顯著的經濟效益。
應用實例：項目名稱：天津鋼鐵集團有限公司LF精煉爐；投運時間：2010年6月；設備型號：XDSVG-L35/08-08/H；設備數量：1套；補償效果：補償無功的同時濾除了諧波電流，減少了對供電系統造成巨大的無功沖擊；達到平衡系統無功、提高系統功率因數；提高了系統暫態電壓穩定水平；改善了電能質量，降低了電網損耗，節約了運行成本 。
6.3 煤礦系統提升機、絞車等礦井負荷的無功補償和諧波治理：
提升機、絞車等負荷具有電壓波動大、功率因數低和諧波較大的特點。應用SVG可實現如下功能：提高系統的功率因數，減少無功損耗，節能降耗；濾除系統諧波，改善系統電能質量；穩定系統電壓，大型負載啟動時，可減小電壓波動。
　　應用實例：項目名稱：開灤（集團）有限責任公司唐山礦；投運時間：2010年8月；設備型號：XDSVG-L06/04-04/H；設備數量：3套；補償效果：各段母線功率因數均達到0.99以上；解決了6kV母線1、6段目前高負荷時功率因數低，但在設備檢修段低負荷時，出現過補的問題；解決了主副井提升機到6kV 2、3段母線工作時的諧波問題；解決了6kV 4、5段洗煤廠工作時的諧波問題以及生活負荷多為感性負荷的補償問題。
6.4 SVG用于風力發電無功補償
風力發電一般短路容量小，風力發電機輸出功率的波動或負荷的波動都可能造成接入母線的電壓波動頻繁，不僅影響了電網的電能質量，對風機的正常發電運行也造成了影響。一般SVG的動態性能優異，性價比高，非常適用于風電場無功補償。
應用實例：項目名稱：35kV風電場動態無功補償；投運時間：2011年9月；設備型號：XDSVG-L35/12-12/H；設備數量：2套；補償效果：補償無功，提高了功率因數；調節系統電壓，使電壓穩定；節能降耗，降低了變壓器、線路損耗等。
6.5 SVG用于光伏發電無功補償：
   光伏發電正迅猛發展，帶來了多元化和清潔化的電力來源，但是同時也給電力系統帶來了無功潮流、電壓波動等許多新問題。光照強度、溫度變化等通過影響電池板發電量而引起電網電壓波動，光伏電站的容量逐漸增大，會影響到電網運行的穩定性，大型光伏電站必須具備一定的低電壓穿越能力。
應用實例：項目名稱：中節能招遠蠶莊光伏電站；投運時間：2011年9月；設備型號：XDSVG-L35/2-2/H；設備數量：1套；補償效果：補償無功，提高了功率因數；調節系統電壓，使電壓穩定；節能降耗，降低了變壓器、線路損耗等。
6.6 輸電系統的樞紐變電站：
   在輸電系統的樞紐變電站安裝SVG裝置，可以明顯提高電力系統輸配電性能，達到如下目的：正常狀態下補償線路無功功率，穩定系統電壓；提高系統暫態穩定水平，減少低壓釋放負荷，防止發生暫態電壓崩潰；阻尼電力系統功率振蕩。
應用實例：上海市電力公司為提高系統暫態電壓穩定水平、減少故障時低壓釋放負荷數量，決定在黃渡分區西郊變電站投運一臺±50Mvar STATCOM裝置（由清華大學柔性輸配電系統研究所負責全部技術研發工作），并實現已有4組固定電容器的綜合控制以達到最優補償效果。

6.7 港口、造船行業：
港口主要設備是門機、岸橋、龍門吊和斗輪機等裝卸設備，這些設備都是負荷變化大、變化速度快、短時重負載，屬于無功沖擊性負載，且普遍采用直流、交流變頻驅動裝置，在顯著提高裝卸機械性能的同時，也帶來了無功功率需求增大和諧波污染電網的問題。
應用實例：項目名稱：連云港港贛榆港區一期工程；投運時間：2012年8月；設備型號：XDSVG-L10/2-2/H；設備數量：1套；補償效果：實時補償無功功率，提高了功率因數；調節系統電壓，使電壓穩定；濾除系統諧波。

7 SVG型號命名　

產品型號示例：XDSVG-L10/03-03/H代表額定電壓為10kV、補償容性容量3Mvar、補償感性容量3Mvar、具有濾波功能。

8 SVG技術指標

9 SVG柜體排列圖

10 SVG連接電抗器排列圖