SVG情况介绍

SVG一次系统
• 结构
如图，组成部分主要为串联电阻箱、串联电抗器、启动柜、功率 柜、控制屏。三相逆变功率单元为星接。
SVG一次系统
• 串联电阻
★ SVG采用电压源逆变器结构，连接电抗(或等值电抗)及等效电阻 较小，由SVG无功电流公式可知，驱动脉冲一个小的角度偏移误差 可能导致STATCOM装置出现过电流进而引起输出电流波动，增大Ｒ 相当于增大系统阻尼系数，减小输出电流过冲和震荡 ；另由于对 SVG装置损耗有明确要求（大型SＶＧ装置的效率都要求在96％以上 ），因此串联等效电阻R并不提倡使用。限于目前条件，使用串联 电阻作为临时应对措施，在后续工程验证中需进一步分析。 ★现阶段控制器精度达到0.01电角度，即0.55μs。 不同容量对应的串联电阻值： ★ 2M：1Ω 3M：0.67Ω 5M：0.4Ω 8M：0.25Ω 10M：0.2Ω
SVG控制系统
• 控制单元原理框图
SVG装置
启动单元
阀组
控制柜
站控
阀单元
运算单元
IGBT桥
触发单元
驱动板
监控单元
SVG控制系统
• 控制系统及方法
调制方式采用单极倍频正弦脉宽调制技术产生IGBT触发脉冲，原理 如图所示，单相桥输出为三电平。单链节载波频率设计为500Hz，调 制比可调，单相SVG频率达6000Hz。 采用载波移相SPWM，在不提高开关频率的基础上，大大降低输出谐 波。最低次谐波在120次以上。
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• 吸收电容
★吸收电容主要吸收IGBT关断浪涌电压和续流二极管反向恢复浪涌 电压。吸收回路的类型和所需元器件值取决于主电路的布局结构、 逆变器功率、工作频率等多重因素。 ★主回路难以实现零杂散电感，回路电流较大时影响更甚，吸收回 路是必要的，选取时应简单可行。我们采用低电感吸收电容构成的 缓冲回路，适合于低频、中小功率、杂散电感较小的电路中，电容 值相应可选取大一些。
UI>US IL为容性电流
(b) UI > Us
滞后的电流
Us
IL UI IL
感性运行
Us UI jxIL
UI<US IL为感性电流
(c) UI < Us
SVG工作原理及运行特性
• 运行特性
★ SVG的工作原理决定了无论交流系统电压为多少，它都可以在其 最大的容性或感性范围内独立控制其输出电流，欠压条件下无功调 节能力更强 。
Iq
Us sin 2 2R
SVG工作原理及运行特性
运行模式 波形和向量图
UI
没有电流
说明
UI=US IL=0
空载运行
SVG原理示意图
UI
Us
Us UI
(a) UI = Us
Us
IL
IL可以通过调节UI来 连续控制，从而连续 调节SVG发出或吸收 的无功。
容性运行
Us UI
jxIL
IL
超前的电流
•
2 功率柜试验
– – – – – –
•
3 控制系统试验
– – – – –
•
4 整体试验
– – – 4.1 链节电压平衡试验 4.2 空载逆变试验 4.3 运行试验
SVG的现场试验
• • • • • • 1 外观检查，布放光纤 2 耐压试验及其他常规试验（有条件可以降级进行） 3 单链节逆变试验（同时测试了控制系统和链节功能） 4 同步信号校准试验 5空载逆变试验 6运行试验
2SD315AI
半桥驱动模式，自带有可调节的死区时间 带有低电压检测功能 具有IGBT短路保护功能
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• 触发板
触发板的功能 1、接收触发装置的触发信号，对触发信号解码后驱动相应IGBT 2、测量直流电容电压 3、测量触发板的温度 4、检测IGBT散热器温度继电器的状态 5、检测IGBT驱动模块的状态 6、将直流电容电压、温度、继电器状态、驱动模块状态等信息通过 光纤传输到监控状态 7、接收监控装置的放电命令对直流电容进行放电控制.
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• 串联电抗器
★作用：限制无功输出电流；滤除装置产生的高次谐波；将两个 电压源连接起来。电感值增大时，滤除补偿电流高次谐波效果较 好，但装置补偿电流减小。 ★选取：通常工程选用装置总容量的１０％～２０％。
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• 启动柜
由接触器、旁路电阻、电压互感器、电流互感器、避雷器组成。
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• 功率柜
★功率柜采用抽屉式结构设计，结构紧凑，便于安装； ★对装置整体发热进行估算，设计有专门风道，合理选取散热风量 ，现在主要采用3000m3/h和4000m3/h两款风机，如3M、5M3000×6m3，8M-4000×8m3。 ★功率柜尺寸：3M、5M 4400X1500X2800 8M 5200X1500X2800 10M 7400X1500X2800
SVG一次系统
• 直流电容
直流电容的选型主要考虑以下几个因素： 1、直流侧电压波动，一般要求电压波动不超过5％，电容电压波 动较大会引起输出谐波增加 2、SVG的响应速度，当系统出现无功波动时，SVG迅速补偿需 要电容电压快速达到目标电压值 3、电容电压的选取主要取决于所串链节数，与PSPWM调制比 、串联电抗值、线路等效电阻、额定容量也有一定关系 4、EACO等电容器的通流限制，如SHE-1200-470长期工作电流 最大为69A 5、借鉴其他厂家成型产品电容选取经验 当前链节单元电容选取：额定电压1200V；额定容量取SVG 1M 额定容量对应550μF；电容并联后通流大于装置额定电流。以8M 为例，选用10只SHE-1200-470并联使用。 注：当前理论和实际中电容容量选取尚无定论，后续需经工程实 践，进一步优化。
• 需要使用的特殊设备仪表：
– – – – 电阻器（320Ω） 示波器 示波表（或隔离好的示波器） 空气开关（2P10A）
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• 功率单元设计需考虑的关键因素
1、损耗计算，散热器的选取。 2、IGBT主电路铜排的优化设计，以减小直流回路杂散电感，优化吸 收电路设计。这里采用叠层铜排布线结构，降低杂散电感。
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• 触发板
抗干扰措施： 1、对电容电压测量时用线性光耦进行隔离 2、电容放电IGBT采用光耦驱动 3、对触发装置的触发信号进行数字滤波 4、IGBT驱动模块的输入信号采用+15V电平 触发模块厂家 瑞士 concept
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• 功率柜损耗
每相由12链节串联，主要损耗集中在ＩＧＢＴ损耗和放电电阻发热 ，ＩＧＢＴ功率理论计算值及功率柜损耗如下表：
SVG容量 IGBTFra Baidu bibliotek号 6M 7M 8M 9M 10M 11M 12M
FF650R17IE4 FF650R17IE4 FF800R17KE3 FF800R17KE3 FF1000R17IE4 FF1000R17IE4 FF1000R17IE4
SVG培训
设计室 10.11.02
SVG工作原理及运行特性
• 工作原理
★ 基于大功率换流器，以电压型逆变器为核心，直流侧采用直流电 容为储能元件以提供电压支撑。在运行时相当于一个电压、相位和 幅值均可调的三相交流电源。 ★ 逆变器正常运行依赖于直流侧的电压支撑，在逆变器接入交流 电源时，由各IGBT反向续流二极管构成整流器， 对直流电容器充 电；正常运行后，直流电容器的储能将会用来满足逆变器的内部损 耗， 电容电压会下降，必须不断的对电容器充电补能使电压保持在 工作范围。 通过使逆变器输出电压滞后系统电压一个很小的角度来 实现， 逆变器从系统吸收少量有功满足其内部损耗， 保持电压水 平。改变逆变器输出电压的幅值，达到发出或吸收无功的目的。 稳定时，链式SVG输出的无功电流如下式:
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• 启动柜
★主要作用：实现SVG自励启动，限制上电时直流电容的充电涌流 ，避免IGBT模块、直流电容损坏。SVG上电时，旁路电阻串于充电 回路，起限流保护作用；需将电阻通过接触器旁路后SVG方能投入 运行。设计有接触器与上端口断路器的互锁，保证断路器“合”状 态时接触器执行“合”动作。 ★其他作用：线电压、相电流二次信号输出；阀端过电压保护。 ★单相旁路电阻选用两只640Ω/2kW并联，时间常数约为100ms。 ★启动柜尺寸：额定容量10M以下 1200×1500 ×2400。
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• 主控屏
调节装置1台，数据采样、运算，得出阀组控制量，然后将此运算 结果通过光隔离SPI口送至触发单元，使用F2812 DSC作为主 CPU 。 触发装置3台，接收运算单元发出的控制量，以控制量为输入信号 进行分析运算，产生各IGBT模块触发用的信号，主板核心部件为 Cyclone II FPGA EP2C5K 。 监控装置3台，收集每个IGBT模块的运行信息，能够对阀体故障 进行判断，主板核心控制部件核心逻辑部件系列FPGA。 同步装置1台，输出同步信号给调节装置。 站控1台，将SVG装置所有运行信息进行打包封装存储，为操作人 员提供直观的监视界面。
★ SVC为阻抗型，输出 无功电流随母线电压降 低而线性下降。
★ SVG、SVC电压电流 特性曲线如图：
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• SVG链式结构
每相由若干单相桥串联组成，如图所示：
SVG工作原理及运行特性
• SVG链式结构特点
★ 总的电压输出和整个装置的容量可以成倍提高； ★ 可以对串联的每个桥采用不同的驱动脉冲，使每个桥输出电压所 含谐波大小和相位不同，使最终叠加的总输出电压谐波含量很小； ★ 链式结构可以模块化，而且在设计时便于采用冗余设计，串连桥 链中某一个损坏可以被旁路，不影响整个桥链的工作，便于容量 扩展； ★ 链式结构三相相互独立，在系统不平衡时其可通过三相独立控制， 正常投入运行，更好的提供电压支撑； ★ 链式结构不足：三相独立且每个单相桥直流侧分隔，装置在工作 时，直流侧电压波动较大，因而直流侧需要安装容量较大的电容 器，同时串联的单相桥直流侧电压可能不平衡，因此需平衡直流 侧电容，否则影响装置安全。
SVG一次系统
• 直流电容电压控制
★控制方式的精确性是建立在电容电压平衡的基础上的。电容电压 的波动导致输出谐波增加、电容器过压等。 ★链式SVG直流侧链节与链节的电压相互独立，并且电容电压与链 节并联损耗、混合型损耗及触发脉冲相互一致性有关。通常采用触 发脉冲循环换位、控制放电电阻增加相应损耗平衡电容电压。 ★通常电容电压波动控制在5％左右，目前12链节电压波动可以限 制在几十伏。
单链节 损耗W 1664 2052 2216 2612 2792 3180 3588
功率柜 损耗kW 60 74 80 94 101 114 129
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• 功率单元结构
链节单元包括散热器、IGBT、直流电容、铜排、放电电阻、触发 板、自取能电源模块。
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• IGBT
英飞凌EUPEC进口模块 ★ IGBT电压定额的选择 其承受电压主要取决于直流侧电容电压。考虑到过载、电网波动、 开关过程引起的电压尖峰等因素，耐压通常选择直流母线电压的2倍 。当输出容性无功时直流侧电压最高，约为800V，故选取额定电压 1700V。 ★电流定额的选择 额定电流=通过IGBT电流有效值×电流脉动率×安全系数，电流脉 动率取为1.2，电流安全系数取2。
SVG控制系统
• 控制系统策略
装置针对系统的无功和电压波动实时补偿。风电场用户优先进行电 压控制，后续进行无功补偿。钢铁等企业用户主要关注其无功波动 。上述功能通过控制器界面的参数设置实现。
•
1 启动柜试验
– – –
SVG的出厂试验
1.1 耐压试验 1.2 串联电阻试验 1.3 功能验证 2.1 电路板检验 2.2 链节功能验证 2.3 链节耐压试验 2.4链节对补试验 2.5功率柜装配检验 2.6 功率柜耐压试验 3.1 单板检查 3.2 高低温试验 3.3 耐压试验 3.4 装置功能试验：模拟量精度、同步装置校准、同步测试、触发测试、监控测试 3.5 通讯测试