动态补偿装置SVG

        动态补偿装置SVG（又称为STATCOM）是灵活交流输电技术的主要装置之一，它代表着现阶段电力系统无功补偿技术新的发展方向。SVG能够快速连续地提供容性和感性无功功率，实现适当的电压和无功功率控制，提高电力系统稳定性，提高交直流远距离输电能力，改善电能质量，保障电力系统稳定、高效、优质地运行。
        静止无功发生器 （SVG）是指采用全控型电力电子器件组成的桥式变流器来进态无功补偿的装置。 SVG 的思想早在 20 世纪 70 年代就有人提出 ,1980 年日本研制出了 20MVA 的采用强迫换相晶闸管桥式电路的 SVG，1991 年和 1994 年日本和美国分别研制成功了80MVA 和 10OMVA 的采用 GTO 晶闸管的SVG 。目前国际上有关 SVG 的研究和将其应用于电网或工业实际的兴趣正是方兴未艾 , 国内有关的研究也已见诸报道。与传统的以 TCR 为代表的 SVC 相比 ,SVG 的调节速度更快 , 运行范围宽 , 而且在采取多重化或 PWM 技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量。更重要的是 ,SVG 使用的电抗器和电容元件远比 SVC 中使用的电抗器和电容要小 , 这将大大缩小装置的体积和成本。由于 SVG 具有如此优越的性能 , 是今后动态无功补偿装置的重要发展方向。
在配电网中，将中小容量的SVG 安装在某些特殊负荷（如电弧炉）附近，可以显著地改善负荷与公共电网连接点处的电能质量( 如降低母线电压的波动与闪变，治理三相不平衡，提高功率因数等)。
2.SVG-原理 
        SVG是当今无功补偿领域最新技术的代表。SVG并联于电网中，相当于一个可变的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿系统所需无功功率。由于SVG的响应速度极快，所以又称为静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator, 简称STATCOM）。
SVG的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件（如IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路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，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。 
（1）SVG-结构组成 
A. 变压器
◆ 将电网电压变为适合功率单元工作的电压。
◆ 实现高压与低压的电气隔离，增加系统可靠性。 
B. 功率单元
◆ SVG的核心主电路，用以实现功率变换。
◆ 模块化设计，功率单元的结构和电气性能完全一致，可以互换。
◆ 采用先进高效的热管散热技术，大大提高了IGBT的可靠性。 
C. 连接电抗器
◆ 用于连接SVG与电网，实现能量的缓冲。
◆ 减少SVG输出电流中的开关纹波，降低共模干扰。
 
D. 控制柜
◆ 柜式结构，用于对SVG及其辅助设备的实时控制。
◆ 实现SVG与上位机及控制中心的通讯。
 
E. 全数字控制系统
◆ 采用美国TI公司的TMS320F2813型DSP。
◆ 实时计算电网所需的无功功率，实现动态跟踪与补偿。
◆ 控制系统采用模块化设计。
◆ DSP控制板互为冗余备份。
 
F. NMI一体化工作站
◆ 提供友好的全中文WINDOWS监控和操作界面。
◆ 实现远程监控和网络化控制。
◆ 内置PLC，可以和用户现场灵活接口，满足用户特殊需求。
SVG-优势
        SVG是目前最为先进的无功补偿技术，基于电压源型变流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，SVG较传统的无功补偿装置有如下优势： 
◆  响应速度更快
SVG响应时间：≤5ms。
传统静补装置响应时间： ≥10ms。
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。
 
◆  电压闪变抑制能力更强
SVC对电压闪变的抑制最大可达2：1，SVG对电压闪变的抑制可以达到5：1，甚至更高。SVC受到响应速度的限制，其抑制电压闪变的能力不会随补偿容量的增加而增加。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。

◆  运行范围更宽
SVG能够在额定感性到额定容性的范围内工作，所以比SVC的运行范围宽很多。更重要的是，在系统电压变低时，SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流。

◆  补偿功能多样化
中电英泰SVG不仅具有快速补偿系统无功功率的目的，还能够根据用户实际需要，对负荷谐波电流、负序电流等电能质量问题进行综合补偿。

◆  谐波含量极低
中电英泰SVG采用了PWM技术、三电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。

◆  占地面积小
由于无需高压大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG的占地面积通常只有相同容量SVC的50%。
SVG-技术特点
◆  三电平变压器并联多重化方案 
中电英泰SVG综合了的优点，功率单元采用二极管嵌位的三电平变流器，然后通过升压变压器并联于电网上。

中电英泰SVG特点 
◆  模块化
以35kV/200MVA的SVG为例，系统由4套完全一样的50MVA的SVG组成。
◆  冗余化
以35kV/200MVA的SVG为例，每套50MVA的SVG及其功率单元可同时运行，也可单独运行，相互独立。
◆  高可靠性
中电英泰SVG方案是目前世界上可靠性最高的方案，模块间互为备份。
◆  维护方便
SVG单元可以互换，模块化的SVG可单独检修，相互间无影响。
◆  三电平PWM功率单元 
◆  输出电压谐波含量低
◆  连接电抗器阻抗和体积更小 
◆  开关频率低
◆  功率密度高 
◆  功率单元串联链式多重化方案 
中电英泰SVG的另一种方案是功率单元串联链式多重化的结构，该方案省去了变压器，具有结构紧凑、体积小等优点。 
◆  功率单元
 
PWM功率单元特点
◆  IGBT并联实现大功率 
◆  具有旁路保护功能 
◆  连接电抗器阻抗和体积更小 
◆  功率密度高
SVG-品质保障

◆ SMT自动贴片生产线及双波峰焊生产线
中电英泰公司建有“SMT自动贴片生产线”和“全自动的无铅双波峰焊生产线”，极大地提高了电路板焊装的工艺和质量。
SVG技术含量高，它融合了电力、电子、控制三大电气工程技术，而控制是核心。作为产品核心的控制系统的焊装质量很关键，中电英泰SVG控制系统的铁片化设计使产品具有优良的抗干扰能力，确保产品长期可靠运行。 
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◆ 先进的电路板自动检测系统
虽然中电英泰公司所采购的元器件均来自ABB、TI、EUPEC、TOSHIBA、MITSUBISHI或国内军品，但仍需要通过元器件检测中心的检测，且从电阻、电容到晶闸管和IGBT，实现了100%全检。 
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◆ 低压SVG试验平台
采用美国TI公司的TMS320F2812型DSP为核心控制器的SVG试验平台，可以实现如下的功能性试验：
◆ 手动发出大小可调得容性或感性无功。
◆ 自动补偿系统无功。
◆ 稳定电网电压。
◆ 补偿负载谐波。
◆ 补偿负载不平衡。
◆ 同时补偿无功、谐波和负载不平衡。 
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◆ 种类齐全的负载
利用中电英泰公司的SVC、FC、高压异步电机和高压同步电机，能够非常方便地模拟负载的无功、谐波及短时冲击电流，能够在厂内就对SVG的补偿特性进行全方位测试。 
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◆ 高低温老化系统
中电英泰SVG产品的关键部件必须经过严格的高低温老化考核，并逐件进行，在ISO9001质量体系的监控下通过对产品进行高低温的筛选，奠定产品质量优良的基础。 
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◆ 功率单元老化系统
中电英泰SVG产品能量变换的关键部分是功率单元，功率单元的可靠性直接决定SVG系统的可靠性。所以每个功率单元在出厂前均需要进行24小时高温带载老化试验，以保护产品的无故障高可靠稳定运行。 
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◆ 专业高压全载试验检测中心
■ 国家高技术产业化示范工程。
■ 国内唯一的SVG专用高压全载试验检测中心。
■ 试验电压6kV、10kV 、27.5kV 、35kV 、66kV 。
■ 试验容量10000kVA。
■ 72小时连续全载动态模拟运行（出厂试验）。
■ 极大地缩短了现场调试时间，提高了设备可靠性。 
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◆ 全球远程监控中心打造独一无二的服务品牌
采用中电英泰开发的远程数据监控技术，建立了业界领先的远程监控支持系统。
用户只需一条互联网的电话线或宽带网络，即可将SVG的运行参数和运行状态，传回中电英泰公司的全球远程监控中心，得到中电英泰专职维护工程师的24小时监控与技术支持，保证产品的无故障高可靠稳定运行。 
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◆ 计算机仿真中心
中电英泰公司具有完善的计算机仿真中心。该中心可以对系统主电路和控制电路进行原理性的仿真，模拟SVG的动态和稳态性能，为系统的前期设计提供理论指导。这一优势在SVG的前期设计、调试及维护等多方面都发挥了举足轻重的作用。
3.SVG解决的问题
（1）当前电网所面临的威胁
电网电压质量通常用稳定性、对称性及正弦性等指标衡量，随着现代电力电子设备等非线性负荷大量接入 电网，使电网供电质量受到严重影响，其中各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源，导致了一系列不良影响。
◆ 输电系统缺乏及时的无功调节，系统振荡容易扩大，降低输电系统的稳定性。
◆ 负荷中心缺乏快速的无功支撑，容易造成电压偏低甚至电压崩溃。
◆ 功率因数低，增加电网损耗，加大生产成本，降低生产率。 
◆ 产生的无功冲击引起电网电压降低、电压波动及闪变，严重时导致传动装置及保护装置无法正常工作甚至停产。
◆ 产生大量谐波电流，导致电网电压畸变，是电网的“隐性杀手”，
造成后果：
● 保护及安全自动装置误动作。
● 电容器组谐波及谐波电流放大，使电容器过负荷或过电压，甚至烧毁。
● 增加变电器损耗，引起变压器发热。
● 导致电力设备发热，电机力矩不稳甚至损坏。
● 加速电力设备绝缘老化，易击穿。
● 降低电弧炉生产效率，增加损耗。
● 干扰通讯信号。
◆ 导致电网三相不平衡，产生负序电流使电机转子发生振动。 
（2）最佳解决方案 
目前最理想的方案就是采用SVG，用以提高电网稳定性，增加输电能力，消除无功冲击，滤除谐波，平衡三相电网。
◆ 提高线路输电稳定性
在长距离输电线路上安装SVG装置，不但可以在正常运行状态下补偿线路的无功损耗，抬高线路电压，提高有效输电容量，而且可以在系统故障情况下提供及时的无功调节，阻尼系统振荡，提高输电系统稳定性。
◆ 维持受电端电压，加强系统电压稳定性
对于负荷中心而言，由于负载容量大，又没有大型的无功电源支撑，因此容易造成电网电压偏低甚至发生电压崩溃的稳定事故。而SVG具有快速的无功功率调节能力，可以维持负荷侧电压，提高负荷侧供电系统的电压稳定性。
◆ 补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能降耗
电力系统中的大量负荷，如异步电动机、电弧炉、轧机以及大容量的整流设备等，在运行中需要大量的无功；同时，输配电网络中的变压器、线路阻抗等也会产生一定的无功，导致系统功率因数降低。
对电力系统而言，负荷的低功率因数会增加供电线路的能量损耗和电压降落，降低了电压质量。同时，无功也会导致发电、输电、供电设备的利用率降低；对于电力用户而言，低功率因数会增加电费支出，加大生产成本。
◆ 抑制电压波动和闪变
电压波动和闪变主要是负荷的急剧变化引起的。负荷的急剧变化会导致负荷电流产生对应的剧烈波动，剧烈波动的电流使系统电压损耗快速变化，从而引起受电端电网电压闪变。引起电压闪变的典型负荷有电弧炉、轧钢机、电力机车等。
SVG能够快速地提供变化的无功电流，以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。
目前，抑制电压波动和闪变的最佳方案是采用SVG。
◆ 抑制三相不平衡
配电网中存在着大量的三相不平衡负载，典型的如电力机车牵引负荷和交流电弧炉等。同时，线路、变压器等输配电设备三相阻抗的不平衡也会导致电压不平衡问题的产生。
SVG能够快速地补偿由于负载不平衡所产生的负序电流，始终保证流入电网的三相电流平衡，大大提高供用电的电能质量。 
（3）多种补偿功能 
◆ 面向电网的应用
抑制系统振荡，提高电网稳定性，为电网安全保驾护航。 
由于区域电网的容量越来越大，这就要求补偿装置的容量也相应增大。在几百MVA级的无功补偿系统中，常用的方案是将SVG与SVC相结合，充分发挥SVG的快速特性和SVC的稳态性能，使系统在补偿特性、造价、可靠性等方面达到最优。 
◆ 面向轧机、电弧炉、电气化铁路等领域的多种补偿功能；
● 补偿负载无功功率——功率因数可达0.98以上，是最有效的闪变抑制装置。 
● 补偿负载无功和谐波——即可以补偿无功，又可同时补偿谐波。 
● 补偿负载三相不平衡——最有效的负序电流抑制装置。 
● 补偿负载无功、谐波和三相不平衡——即可以补偿无功，又可同时补偿谐波和三相不平衡，是负载电能质量问题的完美解决方案。
 4.SVG-应用领域
(1)远距离电力传输
◆ 稳定弱系统电压;
◆ 减少传输损耗;
◆ 增加传输能力，使现有电网发挥最大效率;
◆ 提高瞬变稳态极限; 
◆ 增加小干扰下的阻尼;
◆ 增强电压控制及稳定性;
◆ 缓冲功率振荡;
安装SVG系统也成为我国目前正在进行的并网运行提供了坚实的技术保障。 
(2)城市二级变电站（66/110kV)
        在区域电网中，一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无功，改善功率因数，这种方式只能向系统提供容性无功，并且不能随负载的变化而实现快速精确调节，在保证母线功率因数的同时，容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统稳定性。中电英泰SVG系统可以快速精确地进行容性及感性无功补偿，使SVG在稳定母线电压，提高功率因数的同时，彻底、方便地解决了无功倒送问题。并且，安装新的SVG系统时， 可以充分利用原有的固定电容器组和晶闸管相控电抗器（TCR）部分，用最少的投资取得最佳的效果，成为改善区域电网供电质量的最有效的方法。 
(3)电弧炉
电弧炉做为非线性及无规律负荷接入电网，将会对电网产生一系列不良影响，其中主要是：
◆ 导致电网严重三相不平衡，产生负序电流
◆ 产生高次谐波，其中普遍存在如2、4次偶次谐波与3、5、7次等奇次谐波共存的状况，使电压畸变更趋复杂化
◆ 存在严重能够的电压闪变
◆ 功率因数低 
彻底解决上述问题的唯一方法是用户必须安装具有快速响应速度的动态无功补偿器（SVG）。中电英泰SVG系统响应小于5ms，完全可以满足严格的技术要求，向电弧炉快速提供无功电流并且稳定母线电网电压，增加冶金有功功率的输出，提高生产效率，并且最大限度地降低闪变的影响。SVG具有的分相补偿功能可以消除电弧炉造成的三相不平衡，滤波装置可以消除有害的高次谐波并通过向系统提供容性无功来提高功率因数。 
(4)轧机
轧机及其他工业对称负载在工作中所产生的无功冲击会对电网造成如下影响：
◆ 引起电网电压降及电压波动，严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率。
◆ 使功率因数降低
◆ 负载的传动装置中会产生有害高次谐波，主要是以5、7、11、13次为代表的奇次谐波及旁频，会使电网电压产生严重畸变。 
安装中电英泰SVG系统可以完美地解决上述问题，保持母线电压平稳，无谐波干扰，功率因数接近1。 
(5)电力机车供电
        电力机车运输方式在保护环境的同时也对电网造成了严重“污染”，因电力机车为单相供电，这种单相负荷就造成了供电网的严重三相不平衡及较低的功率因数，并产生负序电流。
目前世界各国解决这一问题的唯一途径就是在铁路沿线适当位置安装SVG系统，通过SVG的分相快速补偿功能来平衡三相电网，并提高功率因数。中电英泰SVG以其优异的性能价格比不仅从技术上而且从经济上完美地解决了这一问题。
(6)提升机等其他重工业负载
提升机等其他重工业负载在工作中会对电网产生如下影响；
◆ 引起电网电压降及电压波动
◆ 功率因数低
◆ 传动装置会产生有害高次谐波 
安装中电英泰SVG可以完美地解决上述问题