XDSVG型有源动态无功补偿和谐波治理装置

　　XDSVG有源动态无功补偿和谐波治理装置(Static Var Generator,简称SVG)是新一代动态无功补偿和谐波治理产品,也是该领域新技术应用的代表,又称作静止同步补偿器（STATCOM），是本公司与清华大学柔性交流输配电系统研究所合作研制的新产品。由于功能强，占地面积小，安装方便，现已成为SVC的升级换代产品。

2 SVG原理
　　将电压型逆变器通过电抗器或变压器与电网相连，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，或直接控制其交流电流的幅值和相位，就可以使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。SVG 相当于一个电压源逆变器，而负载是电网。当只考虑基波频率时，SVG 可以等效地视为幅值和相位均可控的一个与电网同频率的交流电压源，并通过连接电抗器接入到电网。
    空载运行模式: US = UI ，IL =0，SVG 不吸发无功；容性运行模式：UI >  US ，IL 为超前的电流，其幅值可通过调节 UI 来连续控制，从而连续调节SVG发出的无功；感性运行模式：UI 〈  US ，IL 为滞后的电流，其幅值可通过调节 UI 来连续控制，从而连续调节SVG发出的无功。

3 SVG电气原理图

4 SVG技术特点
4.1 具有自主知识产权。
4.2 装置由控制系统、电压源变流器等组成，通过控制逆变移相角δ 和调制比M，能连续改变直流电容电压及逆变输出电压，补偿范围宽，既能实现感性补偿又能实现容性补偿。
4.3 采用柜式结构，具有安装周期短、运输方便、调试周期短。
4.4 控制系统采用全数字化设计，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，运算结果精度高，SVG 响应速度快。
4.5 逆变装置采用强制风冷散热方式，该种散热方式效率高、体积紧凑，可以充分利用IGBT 等元器件的容量。
4.6 控制系统和逆变器之间的采用光纤传输信号，彻底解决高低压隔离问题，避免电磁信号的干扰， SVG 工作更加稳定可靠。
4.7保护系统则采用了分级保护策略，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了有力的保障。
4.8 监控系统采用工业控制计算机，由多个处理单元组成，通过分层式的结构组成方式实现对多个监控量的采集与监控。控制系统具有多重监控及保护功能，完成在系统各种异常情况下的可靠保护。
4.9 监控系统具有友好的人机界面，便于控制和查询故障类型和故障位置。
4.10 监控及保护系统通过通讯管理单元与上级自动化系统实现通讯，通讯管理单元主要完成规约转换的功能,这样可以实现远方监视和控制，实现无人值守。

5 SVG性能特点
5.1 先进性： SVG是SVC的换代产品,即SVG代表该领域的发展方向。SVG是一种无功补偿装置，基于电压源型逆变器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。
5.2 安全性：基于IGBT变流器，为可控电流源型补偿装置，不会发生谐波放大及谐振，对系统参数不敏感，安全性与稳定性好。谐振或谐波电流放大不仅危害补偿系统自身的设备安全，对系统其他设备的安全也是隐患。
5.3 互换性好： SVG是链节模块的串联，是多个逆变电源的串联，而不是IGBT的直接串联，所以并不需要模块的一致性，而且每个模块的脉冲是错一定的角度，即IGBT并非同时导通，所以产生过电压的机会并不多。采用H桥串联的链式结构，直接接入6kV、10kV、35kV系统，成本降低。而且具备N+1、N+2冗余结构，每相一个或两个链节单元损坏后仍可继续满负荷运行，装置自身运行可靠性高。每个模块只有两个端子和2根光纤，更换容易，维修迅速。
5.4 快速性：SVG响应速度更快，SVG响应时间：≤5ms。SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。SVG的硬件系统采用了IGBT可迅速关断的器件，软件系统采用了瞬时无功算法，响应时间被缩短在5ms以内；而SVG由于响应速度极快，增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力。
5.5 谐波特性：SVG不仅不产生谐波，而且同时具备谐波补偿功能，在动态无功补偿的同时，可对13次以下的谐波进行滤除。SVG采用了载波移相PWM技术和功率单元串联多电平技术，自身产生的谐波含量极低，谐波含量符合国家标准，装置输出侧无需滤波器。SVG只滤除系统的谐波即可，滤波压力小。
5.6 节能特性（运行成本低）：SVG采用新型低损耗IGBT功率器件，直接输出电压范围1kV－35kV，装置效率可达99.5％以上；而由于损耗曲线特性优于SVC（SVC空载时损耗达到最大），SVG的等效运行损耗一般只有SVC的1/3-1/2，等效运行耗电量大大低于SVC。
5.7 超强补偿能力: SVG是电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响。SVG的电流源特性也使SVG具备较强的短期过载能力，可用来进一步提高电力系统稳定性，而SVC不具备过载能力；一般认为达到同样的补偿效果，SVC要比SVG的容量大1.3倍。
5.8 占地面积小:SVG以半导体功率器件构成的逆变器为核心，使用直流电容器储能，无SVC中体积庞大的滤波支路和电抗器，安装尺寸一般只有SVC的1/5-1/3，特别适合于对占地面积要求较高的场合。可做成移动式装置。
5.9 免维护性：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。安装、设定、调试简便；保护功能齐全，具有过压、欠压、过流、过热等保护，运行可靠性高；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，控制器具有高可靠性，而且操作简单，与系统连接时，补偿装置保护措施齐全； 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。
5.10 多种补偿功能：抑制电力系统过电压，改善系统电压稳定性；提高系统暂态稳定水平，减少低压释放负荷数量，并防止发生暂态电压崩溃；动态地维持输电线路端电压，提高输电线路稳态传输功率极限；阻尼电力系统功率振荡 ，在负荷侧，能抑制电压闪变、补偿负荷不平衡、提高负荷功率因数、滤除谐波。
5.11 SVG的链式结构：SVG 动态补偿装置采用了链式结构，将多个两电平H 桥电路串联起来，达到电压叠加的目的。链式SVG 可以独立分相控制，有利于解决系统的相间平衡问题，在系统受到扰动时，更好的提供电压支撑； 降低可关断器件的开通频率，降低器件损耗； 各链节结构一致，实现模块化设计； 每相设有冗余链节，在模块故障时可以自动旁路模块，装置能继续运行，提高装置的可靠性；避免了因开关器件直接串并联使用产生的问题和限制；采用SPWM（正弦脉宽调制）或SHEPWM（特定消谐），通过高的开关频率或优化的IGBT 开关角极大降低了谐波含量，谐波完全符合国标。

6 SVG应用领域及实例
6.1 冶金轧钢等的无功补偿和谐波治理：
轧钢机负荷由大功率直流电动机、异步电动机、同步电动机及各种直流整流器、交流变频调速器等大功率电力电子设备组成， 无功消耗大，功率因数低，谐波电流大，易造成尖峰电压，损坏电缆绝缘，增加设备损耗；冲击大，母线电压波动大。
应用实例：项目名称：天津钢管有限公司258轧管线；投运时间：2008年10月；设备型号：XDSVG-L10/08-08/H ；设备数量：2套；补偿后的效果：提高电网功率因数，保持在0.95以上；稳定了系统母线电压，满足了生产需要；滤除了13次以下的谐波，降低了电网损耗，提高了电网的质量。
6.2 电弧炉、精炼炉电压波动和闪变治理
电弧炉、精炼炉等作为典型的非线性大冲击负荷接入电网，存在严重的电压波动与闪变；电网严重三相不平衡，产生负序电流；产生谐波，主要呈现2-7次谐波；功率因数低。采用SVG可以实现动态无功、谐波及不平衡负荷电流的补偿，大幅度提高母线电压稳定度，显著减少断弧现象，提高了冶炼效率，吨钢电耗量一般可减少10％以上，单炉冶炼时间也可缩短8％－15％，也可大大降低谐波过电压带来的电缆绝缘损坏频度，带来显著的经济效益。
应用实例：项目名称：天津钢铁集团有限公司LF精炼炉；投运时间：2010年6月；设备型号：XDSVG-L35/08-08/H；设备数量：1套；补偿效果：补偿无功的同时滤除了谐波电流，减少了对供电系统造成巨大的无功冲击；达到平衡系统无功、提高系统功率因数；提高了系统暂态电压稳定水平；改善了电能质量，降低了电网损耗，节约了运行成本 。
6.3 煤矿系统提升机、绞车等矿井负荷的无功补偿和谐波治理：
提升机、绞车等负荷具有电压波动大、功率因数低和谐波较大的特点。应用SVG可实现如下功能：提高系统的功率因数，减少无功损耗，节能降耗；滤除系统谐波，改善系统电能质量；稳定系统电压，大型负载启动时，可减小电压波动。
　　应用实例：项目名称：开滦（集团）有限责任公司唐山矿；投运时间：2010年8月；设备型号：XDSVG-L06/04-04/H；设备数量：3套；补偿效果：各段母线功率因数均达到0.99以上；解决了6kV母线1、6段目前高负荷时功率因数低，但在设备检修段低负荷时，出现过补的问题；解决了主副井提升机到6kV 2、3段母线工作时的谐波问题；解决了6kV 4、5段洗煤厂工作时的谐波问题以及生活负荷多为感性负荷的补偿问题。
6.4 SVG用于风力发电无功补偿
风力发电一般短路容量小，风力发电机输出功率的波动或负荷的波动都可能造成接入母线的电压波动频繁，不仅影响了电网的电能质量，对风机的正常发电运行也造成了影响。一般SVG的动态性能优异，性价比高，非常适用于风电场无功补偿。
应用实例：项目名称：35kV风电场动态无功补偿；投运时间：2011年9月；设备型号：XDSVG-L35/12-12/H；设备数量：2套；补偿效果：补偿无功，提高了功率因数；调节系统电压，使电压稳定；节能降耗，降低了变压器、线路损耗等。
6.5 SVG用于光伏发电无功补偿：
   光伏发电正迅猛发展，带来了多元化和清洁化的电力来源，但是同时也给电力系统带来了无功潮流、电压波动等许多新问题。光照强度、温度变化等通过影响电池板发电量而引起电网电压波动，光伏电站的容量逐渐增大，会影响到电网运行的稳定性，大型光伏电站必须具备一定的低电压穿越能力。
应用实例：项目名称：中节能招远蚕庄光伏电站；投运时间：2011年9月；设备型号：XDSVG-L35/2-2/H；设备数量：1套；补偿效果：补偿无功，提高了功率因数；调节系统电压，使电压稳定；节能降耗，降低了变压器、线路损耗等。
6.6 输电系统的枢纽变电站：
   在输电系统的枢纽变电站安装SVG装置，可以明显提高电力系统输配电性能，达到如下目的：正常状态下补偿线路无功功率，稳定系统电压；提高系统暂态稳定水平，减少低压释放负荷，防止发生暂态电压崩溃；阻尼电力系统功率振荡。
应用实例：上海市电力公司为提高系统暂态电压稳定水平、减少故障时低压释放负荷数量，决定在黄渡分区西郊变电站投运一台±50Mvar STATCOM装置（由清华大学柔性输配电系统研究所负责全部技术研发工作），并实现已有4组固定电容器的综合控制以达到最优补偿效果。

6.7 港口、造船行业：
港口主要设备是门机、岸桥、龙门吊和斗轮机等装卸设备，这些设备都是负荷变化大、变化速度快、短时重负载，属于无功冲击性负载，且普遍采用直流、交流变频驱动装置，在显著提高装卸机械性能的同时，也带来了无功功率需求增大和谐波污染电网的问题。
应用实例：项目名称：连云港港赣榆港区一期工程；投运时间：2012年8月；设备型号：XDSVG-L10/2-2/H；设备数量：1套；补偿效果：实时补偿无功功率，提高了功率因数；调节系统电压，使电压稳定；滤除系统谐波。

7 SVG型号命名　

产品型号示例：XDSVG-L10/03-03/H代表额定电压为10kV、补偿容性容量3Mvar、补偿感性容量3Mvar、具有滤波功能。

8 SVG技术指标

9 SVG柜体排列图

10 SVG连接电抗器排列图