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SVG在电力行业中的应用

作者:罗运成、范少春  来源:湖北三环发展股份有限公司    日期:2014-4-21  浏览:

1.引言

无功发生器(StaticVarGenerator),简称SVG,是当前最先进的无功补偿技术,被广泛应用于电力、风电、冶金、煤炭等行业。

电力系统负荷?#34892;?#21160;态无功支撑不足是我国电网长期存在的一个突出问题,对系统的安全稳定运行构成了严重威胁。无功发生器(SVG)是柔性交流输电系统(FACTS)的核心装置和核心技术之一,是FACTS第二代核心装置的典型代表。SVG并联于电力系统,具有无功双向流动、输出无功电流?#36127;?#19981;受系统电压变化的影响、响应速度快、谐波特性好等一系列优点,是继同步调相机、机械开关投切电容器(MSC)、接触器投切电容器(HVC)、晶闸管投切电容器(TSC)、磁控电抗器(MCR)、相控电抗器(TCR)等传统无功调节手段后,新一代的动态无功补偿设备。

2.SVG的工作原理及其与其他无功补偿装置性能的比较

无论何种结构的SVG,均可等效为电压源变流器(VSC)和换流电抗串联的结构,与系统并联使用,向系统注入连续可调的容性或?#34892;?#26080;功电流,大小与系统电压无关。也有将其描述为静止的同步调相机。若VSC的输出电压为UC,系统电压为USSVG的基本原理是:控制UCUS同相位,当UC>US时,SVG向系统发出无功功率;当UCS时,SVG从系统吸收无功功率;当UC=US时,没有无功功率交换。考虑到SVG运行?#21271;?#36523;的损?#27169;?#23454;?#39318;?#32622;中UC往往滞后US一个小角度,如下表。

运行模式

波形和矢?#23458;?/B>

说明

空载运行模式

UI=US,IL=0SVG不吸发无功

容性运行模式

UI>US,IL为超前的电流,其幅值可以通过调节UI来连续控制,从而连续调节SVG发出的无功

?#34892;?#36816;行模式

UIS,IL为滞后的电流。此时SVG吸收的无功可以连续控制

与目前广泛应用的动态无功补偿设备静止无功补偿器SVC(一般指TCR型)相比,SVG具有更好的性能。

1)启动冲击小:启动速度快?#39029;?#20987;电流可限制在很小的幅值。

2)动态连续补偿:可以从额定的?#34892;?#24037;况到额定容性工况连续输出,与固定电容器或电抗器组合可构成?#25105;夥段?#36830;续补偿。

3)响应速度快:具有510ms的快速输出无功特性,而传统的SVC响应时间一般在2040ms(太快可能引起电抗和电容器产生振荡)。

4)谐波特性好:SVG输出电流完全可控可以输出接近正?#19994;?#22522;波无功电流。特别的,链式结构的SVG,由于不需要连接变压器,而?#19994;?#25928;开关频率高,可实?#20013;?#27874;补偿功能。而SVC在运行过程中会产生大量不可控的谐波电流,需要附带无源滤波支路来对自身产生的谐波电流进行滤波。

5)占地面积小:安装尺寸一般只有SVC1/2-1/3,还可以做成移动式装置,配置起来更加灵活。

6)损耗小效率高:SVG等效运行损耗一般只有SVC1/3-1/2,等效运行耗电量大大低于SVC

7)补偿能力强:SVG输出电流不?#35272;?#20110;系统电压,系统电压跌至20%仍可输出额定无功电流,而SVC输出电流与系统电压成正?#35748;?#38477;。达到同等补偿效果SVG容量可?#21592;?/SPAN>SVC容量小20-30%。

8)可*性好:SVG可等效为一个可控电流源,对外部系统运行条件和结构变化不敏?#26657;?#19981;易出现振荡现象。而SVC采用大量电容电抗器,当外部系统容量与补偿装置的容量可比时,会产生不稳定性而发生振荡。

各种无功补偿技术特性如下表所示:

\

SVG

SVC

MCR

HVC

TSC

能量模式

非储能式,损耗低(<0.8%

储能式,损耗大(3%

储能式,损耗大(3%

储能式,损耗低(1%

储能式,损耗大(3%

占地面积

?#25163;?/SPAN>

工程量

安装方式

户内组柜式

户外开放式

户外开放式

户外开放式

户内组柜式

响应速度

<5ms

<20ms

>60ms

>200ms

<10ms

运行?#27573;?/SPAN>

常规容量?#27573;?/SPAN>

-5050Mvar

150Mvar

150Mvar

150Mvar

12Mvar

谐波

谐波大

谐波小

闪变

抑制80%以上

50%以内

输出特性

调节电流,改善电能质量

调节阻抗,补偿无功

调节阻抗,补偿无功

调节阻抗,补偿无功

调节阻抗,补偿无功

低电压穿越能力

有源电流型补偿,低电压穿越性能好

阻抗型补偿,无低电压穿越能力

阻抗型补偿,无低电压穿越能力

阻抗型补偿,无低电压穿越能力

阻抗型补偿,无低电压穿越能力

噪声

较大

较小

适用场合

风电、冶金、化工、煤炭

风电、冶金、化工、煤炭

冶金、化工、煤炭、电气化铁路

冶金、化工、煤炭

冶金、化工、煤炭

3.SVG的作用及其工程应用

SVG用于电力系?#25345;?#35201;起到如下作用:

1)节点电压控制?#21644;?#36807;快速、连续地调节SVG无功输出,实时改善电力系统无功分布,进而实现在SVG装置容量?#24066;矸段?#20869;的节点电压控制,维持连?#25317;?#30340;电压为给定值,提高电力系统电压的稳定性,改善电力系统的稳态性能。

2)提高电力系统暂态稳定水平,减少低压?#22836;?#36127;荷数量,并?#20048;?#21457;生暂态电压?#35272;!?/SPAN>

3)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。

4)阻尼电力系统功?#25910;?#33633;,不仅可以阻尼低频的功?#25910;?#33633;,还可以阻尼次同步振荡和超同步振荡。

5)改善配电系统电能质量。

19801?#29575;?#30028;首台SVG样机在日?#23601;?#36816;以来,至2010年为止,国内外研制成功并投入商业运行的SVG装置有数百套,多数用于解决电压的波动和闪变、功率因数低等配电网电能质量问题,应用于输电系统的大容量SVG装置近二十套。大容量SVG的主电路结构经历了多重化、多电平、链式发展过程。

4.SVG的发展应用前景

近年来,SVG在电力系?#25345;?#30340;应用受到了各级政府和电力行业的高度重视,显著提高了发展速度,SVG还以其优良的综合性能受到了广大工业用户的青睐,除电力行业外,在冶金、轨道交通、风电、矿山等行业和领域都有日益增长的需求,并已显现出良好的经济效益和社会效益。以SVG应用于电弧炉为例,效益:1)对供电系统,由于其响应速度快,可快速跟踪电弧炉的无功波动和谐波,从而稳定并提高系统平均电压,降低电?#32929;?#21464;和谐波电流;2)对电弧炉负荷,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?#37096;?#32553;短8%~15%,还可大大降?#25176;?#27874;过电压引发的电缆绝缘损坏频度,带来显著的经济效益。SVG技术已经成为柔性交流输电系统和现代工业无功补偿技术的领跑者。

5.SH-SVG简介

湖北三环发展股份有限公司拥有12年电力电子产品研发、生产、工程经验,2006年开始研发SVG产品,2009年第一台设备正式投运,期间通过了电力工业无功补偿成套装置质?#32771;?#39564;测试?#34892;?#21450;武汉高压所的型式试验,功率逆变单元阀和控制系统完全符合相关SVG国家、行业标?#25216;?#30005;磁兼容?#21592;曜家?#27714;。

SH-SVG可接入635kV系统,接入35kV系统时需增配升压变压器,如下图所?#23613;?/SPAN>

SH-SVG由电抗器柜、功?#23454;?#20803;柜、控制柜组成,其中升压变压器、滤波支路、保护柜、上位机可根据用户需求进行选配,如下图。

    SH-SVG被广泛应用于风电、冶金、水泥、煤炭等行业,其性能参数如下表。

电压等级

6 kV35kV

补偿容量

±100Mvar

结构?#38382;?/SPAN>

Y/Δ型级联式

控制响应时间

<5ms

单相功?#23454;?#20803;串联个数

12

驱动板通信模式

2光纤

散热方式

风冷/热管/水冷

装置损耗

<1%(额定容量)

旁路方式

机械旁路(可选)

控?#21697;?#24335;

电网电压控制

功率因数控制

电网电压、功率因数综合控制

恒无功控制

多机并联协调控制

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