有源动态无功补偿装置系列(YSVG)

 产品概述

    SVG(Static Var Generator,简称SVG)是当前无功补偿领域较为新颖技术应用的代表, 国际上通常称为静止补偿器, 即S TATCOM是柔性交流输配电技术FACTS的重要设备。因为其响应速度快,调节灵活。SVG不仅能动态补偿无功,也可动态补偿瞬时有功或者进行相间功率交换。

    YSVG基本原理主要是将逆变器经过电抗器或者变压器或者直接并联在电,网上,通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位,或者直接控制其交流侧电流的幅值和相位,迅速吸收或者发出所需要的无功功率,实现快速动态调节无功的目的。

● 工作原理

    YSVG的基本原理是,将电压源型逆变器,经过电抗器并联在电网上。电压源型逆变器包含直流电容和逆变桥两个部分,其中逆变桥由可关断的半导体器件IGBT组成。

    工作中,通过调节逆变桥中IGBT器件的开关,可以控制直流逆变到交流的电压的幅值和相位,因此,整个装置相当于一个调相电源。通过检测系统中所需的无功,可以快速发出大小相等、相位相反的无功,实现无功的就地平衡,保持系统实事高高率因数运行。将系统看作一个电压源,YSVG可以看作一个可控电压源,连接电抗器或者可以等效成一个线形阻抗元件。表中给出了YSVG三种运行模式的原理说明。

    YSVG可以补偿基波无功电流,也可同时对谐波电流进行补偿,在中低压动态无功补偿与谐波治理领域得到广泛应用。




●主要功能

输电系统的枢纽变电站,提高线路传输能力


    在长距离输电线路的中点安装YSVG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的无功功率,稳定系统电压,减少传输损耗;
    动态维持输电线路端电压,有效提高线路输电效率和安全性;
    提高系统暂态稳定水平,减少低压释放负荷量,防止发生暂态电压崩溃;阻尼电力系统功率震荡。

    负荷中心变电站无功优化,提高电压稳定性

    在配电网负荷中心站安装YSVG装置,可达到如下目的:
    跟随负荷变化精确调节无功输出,避免无功倒送,降低网损;
    实时调整系统电压,改善区域电网供电质量;
系统故障情况下提高电压支撑,提高电压稳定性。

● 应用领域

电气化铁路行业的应用

    电力机车是典型的大容量、非线性和冲击负荷。在电力机车运行时,不仅产生大量谐波,而且造成供电网的严重三相不平衡及较低的功率因数。目前世界各国公认解决这一问题的较先进的方案就是在铁路沿线适当位置安装MSVG。
    不仅能补偿无功、消除谐波,还可以在相间传递有功功率,彻底消除不平衡;
    其运行损耗也要远小于传统SVC,节能降耗的效果显著;
    当牵引供电系统位接入较薄弱电网时,利用YSVG的电压支撑能力,
    可以充分提高牵引供电能力、提高牵引变压器等设备的利用率。

新能源与接入电网的电压- 无功综合控制

    新能源如风电、太阳能等,都具有一次能源不稳定的特性。新能源并网过程中,并网功率因数不合格、电压偏差、电压波动和闪变等问题,会对电网造成很大干扰,应用YSVG 可实现如下功能:
    可以满足新能源接入系统的功率因数、电压波动与闪变等要求;
    可以减少系统电压的波动对风机的影响,减少切机次数。

煤矿行业无功补偿

    随着采煤机械化和自动化程度提高,应用YSVG 可实现如下功能:煤炭供电系统功率因数低、吨煤能好增大,可减少无功损耗,节能降耗;
    变频调速和串级调速系统应用加剧谐波污染问题,有源滤波可改善电能质量;
    供电线路长,末端电压低,驱动采掘机械的电动机出力不足,可稳定电压提高系统供电安全;
    大型负载启动时,可减小电压波动和闪变;
    有效滤除传送带变频等产生的5 次、7 次、11 次和13 次谐波;
    实时补偿水泵等辅助设备无功,提高系统功率因数;
    改善系统电能质量,提高供电可靠性。

●装置构成

    YSVG 装置连接电抗器、启动装置、IGBT 换流 阀组、控制系统等部分组成,
其构成示意图如下:



    连接电抗器:实现电气隔离,增加系统可靠性;
    抑制逆变器连接到电网时的电流表突变,实现电流平波作用。
    启动装置:在YSVG 并网之前,实现直流电容的充电缓冲启动电路,减小并网冲击。
    IGBT 换流阀组(逆变功率单元):有IGBT 构成的全桥电路,是YSVG 功能核心;
    包括IGBT 开关及触发控制、直流电容等;
    根据不同容量等级,设计合理的冷却方式;
    基于DSP 技术的数字控制/ 保护/ 综合系统:采用美国TI 公司高速数字信号处理芯片DSP;
    实时采集电网电压、电流信号;
    瞬时无功功率计算和谐波分析;
    电流跟踪式补偿实现。


●技术优势

    YSVG是目前较为先进的无功补偿技术,其基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件,而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲,YSVG较传统的无功补偿装置有如下优势:

一、响应时间更快
    YSVG响应时间:≤10ms;
    YSVG可以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。

二、仰制电网闪变能力更强
    YSVG对电压闪变的仰制最大可达2:1,YSVG对电压闪变的仰制可能达到5:1,甚至更高。YSVG受到响应速度的限制,其仰制电压闪变的能力不会随补偿容量的增加而增加。而YSVG由于响应速度极快,增大装置容量可以继续提高仰制电压闪变的能力。

三、运行范围更宽
    YSVG能够在额定感性到额定容性的范围内工作。更重要的是,在系统电压变低时,YSVG还能够输出与额定工况相近的无功电流。而YSVG输出的无功电流与电网电压成正比,电网电压越低、其输出的
无功电流也越低,所以对电网的补偿能力也相应变弱。这就是YSVG技术本质的缺点。

四、补偿功能多样化
    使用一套YSVG装置,可以实现不同的多种补偿功能:单独补偿负载无功; 单独补偿负载谐波; 单独补偿负载不平衡;同时补偿负载无功、谐波和不平衡;

五、谐波含量低
    YSVG采用了PWM技术、多点平技术和多重化技术,不仅自身产生的谐波含量极低,还能够对负载的谐波和无功进行补偿,实现有源滤波的功能,真正做到多功能化。

六、占地面积较小
    由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件,YSVG的占地面积通常只有相同容量SVC的50%,甚至更小。所以,在一些厂矿改造中YSVG具有很大的优势。



●技术特点

主电路结构
我公司提供的YSVG 产品采用H 桥逆变器串联的链式结构,其主电路示意如图如下:


    YSVG 型有源动态无功和谐波补偿装置可直挂35KV 以下电压等级,不需要变压器。在35KV 及以下电压等级系统,链式主电路结构有效解决了IGBT 主器件耐压不够的问题,省略了连接变压器,大大降低了装置的成本和体积。
    在35KV 系统,公司目前采用将10KV 电压等级的SVG 升压至35KV 的方案,单机最大容量可达±12Mvar,通过装置并联,可以实现更大容量的系统。对于大容量35KV 系统的YSVG,亦可选择35KV 母线直挂技术方案,可省略升压变压器。单机容量最大可达60Mvar。

响应速度

    我公司提供的YSVG 型成套装置,采用瞬时无功补偿算法和高度可关断电力电子器件IGBT,在5ms 内即可完成额定感性无功到额定容性无功(或额定容性无功到额定感性无功)的转换,现场实测最快3ms 左右即可完成阶跃响应YSVG 采用的是新型电力电子器件IGBT,IGBT 的开断响应时间2us。快速响应带来最大的优越性是MSVG 具备超强电压支撑作用,可减少负荷冲击对电网的扰动,提高系统安全性。

谐波特性

    我公司YSVG 产品采用基于链式电路和优化PWM 算法,可实现逆变电压的精确控制,YSVG 逆变的等效过程频率在8000Hz 以上,工作过程中基本无谐波污染。其工作原理图如下:

冗余设计

    10KV 电压等级的YSVG,每相配置12 个H 桥链节,每个链节的额定电压为600V,实际工作电压为481V。当其中一个链节的IGBT 出现故障时,该链节将自动旁路,其余11 个H 桥链节将正常工作,且不影响装置的输出容量,完全满足“N-1”的要求。另外在IGBT 的电流选型中也留有足够容量,具备足够的短时过载能力。

环境适应性设计
    由于公司对诸多工况均有较为全面的了解,因此,在YS VG的环境适应性设计方面,投入相当的精力:
    设备中使用的所有器件均采用工业级原装进口器件,所有器件选型均经过全面严格的筛选,可满足-45度到+85度的工作环境;
    单相桥低开关频率设计,大幅降低设备损耗;
    采用热管风冷设计,大大简化了冷却系统;
    采用了集装箱整体运输设计,安装快速便捷;
    特殊的防雨风道设计,确保在大风雨雪情况下,集装箱内部不受影响。

便捷的操作

    YSVG控制器应采用液晶显示器,具有友好的人机界面,数据保存6个月以上。可提供如下功能:
    实时电量参数显示(电压、电流、功率因数等);
    历史事件记录;
    故障录波;
    链式装置单元状态监视;
    显示当前时间、保护动作时间,显示保护类型、保护动作时间等信息。
    除具备以上各项显示共轭能外,同时,为更好地服务到现场,YSVG动态补偿装置还开发了一键启动和一健停动的功能。一健启动是指运行人员在后台计算机的人机届面上点击自动启动按钮,装置即可自动进行自检、启动整流、闭环运行等一系列动作,无需运行人员其他干预。一键停动是指运行人员在后台计算机的人机界面上点击跳闸退出按钮,装置即可自动进行闭锁脉冲、跳闸、自检等一系列动作,无需运行人员其他干预。通过减少人员干预,可以减少误操作的可能性,提高装置运行的可靠性。
    YSVG控制器具备标准通讯接口(RS232/485或者以太网),可采用Modbus或TCP/IP协议进行通讯,上传数据和接受指令,实现遥控功能。

高可靠性

    我公司提供的YSVG装置中,IGBT采用德国EUPEC系列原装进口IGBT及Comcept系列原装驱动电路,可以保证IGBT逆变电路的性能一致性和可靠性。在IGBT逆变电路中,将设置过压吸收电路,以防止关断过电压对器件的损害。我公司在进料检验、单板电路生产及检测、模块组装及全载试验、整机组装及性能试验等各个环节,将严格按照质量管理流程,以提高产品的可靠性。


说明:
    关于容量的说明:容量(KVA)表示从感性到容性动态调节范围内的额定最大调节容量。例如:3000/6,表示6KV,容量为±3000KVA,既能从3000Kvar(感性)到+3000Kvar(容性)范围内对无功进行连续平滑调节。
    以上数据仅供参考,根据具体项目情况本公司保留更改之权利。

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