SVG工作原理

SVG*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:SVG工作原理及运行特性SVG原理示意图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。 运行模式 波形和向量图 说明 空载运行 UI=USIL=0 容性运行 UI>USIL为容性电流 感性运行 UI<USIL为感性电流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。★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：SVG工作原理及运行特性 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 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（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：1Ω3M：0.67Ω5M：0.4Ω8M：0.25Ω10M：0.2ΩSVG一次系统 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％。SVG一次系统 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。SVG一次系统 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。SVG一次系统 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、5M-3000×6m3，8M-4000×8m3。★功率柜尺寸：3M、5M4400X1500X28008M5200X1500X280010M7400X1500X2800SVG一次系统 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 IGBT型号 单链节损耗W 功率柜损耗kW 6M FF650R17IE4 1664 60 7M FF650R17IE4 2052 74 8M FF800R17KE3 2216 80 9M FF800R17KE3 2612 94 10M FF1000R17IE4 2792 101 11M FF1000R17IE4 3180 114 12M FF1000R17IE4 3588 129SVG一次系统 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。SVG一次系统 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69A5、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SVG1M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。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。SVG一次系统 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。SVG一次系统 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。SVG控制系统 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 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SVG控制系统 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IGBT2、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.SVG控制系统 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F2812DSC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CycloneIIFPGAEP2C5K。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。SVG控制系统 控制单元原理框图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。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。SVG的出厂试验 1启动柜试验 1.1耐压试验 1.2串联电阻试验 1.3功能验证 2功率柜试验 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控制系统试验 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 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 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）*