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【浅析】无功补偿SVG的发展研究 时间:2015-11-23 10:44:23     来源:
1、关于无功补偿装置的发展过程

第一代并联补偿电容器(FC)一般只适用于固定补偿,即对无功功率进行静态补偿,而近年来使用的TBBZ10自动补偿装置(HVC)一般只适用于补偿变动不快的无功功率,其使用的机械开关(接触器)动作慢,且会产生诸如涌流冲击、过电压、电弧重燃等现象,开关本身和电容器都容易损坏。

 

第二代SVC补偿装置是使用晶闸管的一种快速调节无功功率的装置,已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿,它可使所需无功功率作随机调整。它包含TSC型晶闸管直接投切电容器;自饱和电抗器MCR型SVC及晶闸管控制电抗器TCR型SVC。但由于其响应速度慢、自身功耗大、占地面积大等缺陷近年来已逐步退出市场。

 

第三代SVG装置突破了传统的无功补偿理念,即不使用电容器、电抗器产生无功功率,而采用电力电子器件IGBT功率管来搭建整流和逆变电路,组成动态无功发生电源(简称SVG),可对负荷实现双向补偿和连续调节,实现功率因数全程接近1。

 

2、SVG工作原理

SVG装置是连接在电网上的电压源逆变器,通过实时调节逆变器输出电压的相位和幅值,可改变电路吸收或发出的无功电流,实现动态无功补偿。SVG可以等效为幅值和相位均可控制的、与电网同频率的交流电压源,通过交流电抗器连接到电网上。对于理想的SVG仅改变其输出电压的幅值即可调节与系统的无功交换;当输出电压小于系统电压时,SVG工作于“感性”区,吸收感性无功功率(相当于电抗器);反之SVG工作于“容性”区,发出感性无功功率(相当于电容器)。如图1所示,其中s和i分别为电网电压和SVG输出交流电压。

 

3、SVG的系统构成

①主电路。断路器、系统连接变压器(或连接电抗器)、起动电路、电压型逆变器。

②监测控制与保护系统。控制器、脉冲发生单元、脉冲分配单元、驱动与保护电路、监测与故障诊断单元、远程后台系统。

③工程结构与冷却系统。

 

4、SVG的方案设计

目前受电力电子器件容量的限制,为了提高装置的容量,必须采用复杂的主电路结构,如:器件串并联、变压器多重化、、多电平逆变器等,但都存在不足。国内目前大量使用的是链式结构,链式接法是一种新型的多电平逆变器结构,采用多种逆变器串联,通过控制各逆变器的导通角,即可产生接近于正弦波的阶梯波,三相之间可以采用三角形或星形(图2)接法。

此接法有如下优点:首先可直接输出阶梯波,无需多脉冲调制即可实现接近与正弦的电压输出,因此降低了器件的开关损耗;其次装置无变压器,进一步降低了装置的损耗和造价;第三,易于实现模块化生产,并有利于实现不同容量装置的组合;第四,随着电力电子技术的发展,IGBT等电力电子器件的价格将大幅下降,该方案将有一定的成本优势。

 

5、SVG控制系统

链式SVG的控制系统总体上可分为三个控制层次:

①底层控制是实现链式SVG功能的关键部分,由输入、方法和输出三部分组成。链式多电平逆变器的输入是各独立的直流电压源,其重点是电容电压平衡控制;调制方法主要是脉冲宽度调制,重点是如何设计合适PWM调制方法使输出性能良好的交流电压,并满足装置损耗等要求。

 

在底层控制中,至少要包括脉冲同步和产生触发脉冲两部分功能,根据从电网取回的同步脉冲,产生与电网电压同步的脉冲信号,并且据此脉冲信号产生一定规律的触发脉冲,经驱动电路放大后去控制TGBT的导通和关断,使SVG能产生正确的电压,并与电网电压保持同步,从而使SVG能正确地并网运行。

 

②中层控制是装置级控制,主要是控制装置的输出无功和电容电压,中层控制是动态控制,重点在于设计装置的动态控制策略,使装置的输出无功快速的跟踪上层控制的无功参考值或者电流的参考值且稳定电容电压,并使装置适应各种系统恶劣运行工况而安全运行、发挥作用。

 

③上层控制的研究是系统级控制,主要以电力系统为研究对象,在SVG上应用恰当的控制理论,以实现电力系统对SVG控制目标要求,包括:稳定系统电压、阻尼系统振荡、提高系统的暂态稳定极限、静态稳定极限等控制目标。

 

6、结语

SVG有源产品克服了SVC无源产品的诸多弊端,并且可以胜任在任何复杂工矿条件下的无功补偿需求,是SVC的更新换代产品,SVG动态无功连续补偿装置必将成为今后无功补偿的主流产品。