SVG工作原理92341

1、.1SVGSVG培訓(xùn)培訓(xùn).2SVG工作原理及運(yùn)行特性 工作原理 基于大功率換流器，以電壓型逆變器為核心，直流側(cè)采用直流電容為儲(chǔ)能元件以提供電壓支撐。在運(yùn)行時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電壓、相位和幅值均可調(diào)的三相交流電源。 逆變器正常運(yùn)行依賴于直流側(cè)的電壓支撐，在逆變器接入交流電源時(shí)，由各IGBT反向續(xù)流二極管構(gòu)成整流器， 對(duì)直流電容器充電；正常運(yùn)行后，直流電容器的儲(chǔ)能將會(huì)用來滿足逆變器的內(nèi)部損耗， 電容電壓會(huì)下降，必須不斷的對(duì)電容器充電補(bǔ)能使電壓保持在工作范圍。 通過使逆變器輸出電壓滯后系統(tǒng)電壓一個(gè)很小的角度來實(shí)現(xiàn)， 逆變器從系統(tǒng)吸收少量有功滿足其內(nèi)部損耗， 保持電壓水平。改變逆變器輸出電壓的幅值，達(dá)到發(fā)出或

2、吸收無功的目的。穩(wěn)定時(shí)，鏈?zhǔn)絊VG輸出的無功電流如下式:sin22sqUIR.3SVG工作原理及運(yùn)行特性SVG原理示意圖IL可以通過調(diào)節(jié)UI來連續(xù)控制，從而連續(xù)調(diào)節(jié)SVG發(fā)出或吸收的無功。運(yùn)行模式波形和向量圖說明空載運(yùn)行UI=USIL=0容性運(yùn)行UIUSIL為容性電流感性運(yùn)行UIUSIL為感性電流.4SVG工作原理及運(yùn)行特性 運(yùn)行特性 SVG的工作原理決定了無論交流系統(tǒng)電壓為多少，它都可以在其最大的容性或感性范圍內(nèi)獨(dú)立控制其輸出電流，欠壓條件下無功調(diào)節(jié)能力更強(qiáng) 。 SVC為阻抗型，輸出無功電流隨母線電壓降低而線性下降。 SVG、SVC電壓電流特性曲線如圖：.5SVG工作原理及運(yùn)行特性 SVG鏈

3、式結(jié)構(gòu)每相由若干單相橋串聯(lián)組成，如圖所示：.6SVG工作原理及運(yùn)行特性 SVG鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)特點(diǎn) 總的電壓輸出和整個(gè)裝置的容量可以成倍提高； 可以對(duì)串聯(lián)的每個(gè)橋采用不同的驅(qū)動(dòng)脈沖，使每個(gè)橋輸出電壓所含諧波大小和相位不同，使最終疊加的總輸出電壓諧波含量很??； 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)可以模塊化，而且在設(shè)計(jì)時(shí)便于采用冗余設(shè)計(jì)，串連橋鏈中某一個(gè)損壞可以被旁路，不影響整個(gè)橋鏈的工作，便于容量擴(kuò)展； 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)三相相互獨(dú)立，在系統(tǒng)不平衡時(shí)其可通過三相獨(dú)立控制，正常投入運(yùn)行，更好的提供電壓支撐； 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)不足：三相獨(dú)立且每個(gè)單相橋直流側(cè)分隔，裝置在工作時(shí)，直流側(cè)電壓波動(dòng)較大，因而直流側(cè)需要安裝容量較大的電容器，同時(shí)串聯(lián)的單相橋直

4、流側(cè)電壓可能不平衡，因此需平衡直流側(cè)電容，否則影響裝置安全。.7SVG一次系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)如圖，組成部分主要為串聯(lián)電阻箱、串聯(lián)電抗器、啟動(dòng)柜、功率柜、控制屏。三相逆變功率單元為星接。.8SVG一次系統(tǒng) 串聯(lián)電阻 SVG采用電壓源逆變器結(jié)構(gòu)，連接電抗(或等值電抗)及等效電阻較小，由SVG無功電流公式可知，驅(qū)動(dòng)脈沖一個(gè)小的角度偏移誤差可能導(dǎo)致STATCOM裝置出現(xiàn)過電流進(jìn)而引起輸出電流波動(dòng)，增大相當(dāng)于增大系統(tǒng)阻尼系數(shù)，減小輸出電流過沖和震蕩 ；另由于對(duì)SVG裝置損耗有明確要求（大型S裝置的效率都要求在96以上），因此串聯(lián)等效電阻R并不提倡使用。限于目前條件，使用串聯(lián)電阻作為臨時(shí)應(yīng)對(duì)措施，在后續(xù)工程驗(yàn)證中

5、需進(jìn)一步分析?，F(xiàn)階段控制器精度達(dá)到0.01電角度，即0.55s。不同容量對(duì)應(yīng)的串聯(lián)電阻值： 2M：1 3M：0.67 5M：0.4 8M：0.25 10M：0.2.9SVG一次系統(tǒng) 串聯(lián)電抗器作用：限制無功輸出電流；濾除裝置產(chǎn)生的高次諧波；將兩個(gè)電壓源連接起來。電感值增大時(shí)，濾除補(bǔ)償電流高次諧波效果較好，但裝置補(bǔ)償電流減小。選取：通常工程選用裝置總?cè)萘康摹?10SVG一次系統(tǒng) 啟動(dòng)柜由接觸器、旁路電阻、電壓互感器、電流互感器、避雷器組成。.11SVG一次系統(tǒng) 啟動(dòng)柜主要作用：實(shí)現(xiàn)SVG自勵(lì)啟動(dòng)，限制上電時(shí)直流電容的充電涌流，避免IGBT模塊、直流電容損壞。SVG上電時(shí)，旁路電阻串于充電回路，起

6、限流保護(hù)作用；需將電阻通過接觸器旁路后SVG方能投入運(yùn)行。設(shè)計(jì)有接觸器與上端口斷路器的互鎖，保證斷路器“合”狀態(tài)時(shí)接觸器執(zhí)行“合”動(dòng)作。其他作用：線電壓、相電流二次信號(hào)輸出；閥端過電壓保護(hù)。單相旁路電阻選用兩只640/2kW并聯(lián)，時(shí)間常數(shù)約為100ms。啟動(dòng)柜尺寸：額定容量10M以下 12001500 2400。.12SVG一次系統(tǒng) 功率柜功率柜采用抽屜式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝；對(duì)裝置整體發(fā)熱進(jìn)行估算，設(shè)計(jì)有專門風(fēng)道，合理選取散熱風(fēng)量，現(xiàn)在主要采用3000m3/h和4000m3/h兩款風(fēng)機(jī)，如3M、5M-30006m3，8M-40008m3。功率柜尺寸：3M、5M 4400X1500X2

7、800 8M 5200X1500X2800 10M 7400X1500X2800.13SVG一次系統(tǒng) 功率柜損耗每相由12鏈節(jié)串聯(lián)，主要損耗集中在損耗和放電電阻發(fā)熱，功率理論計(jì)算值及功率柜損耗如下表：SVG容量IGBT型號(hào)單鏈節(jié)損耗W功率柜損耗kW6MFF650R17IE41664607MFF650R17IE42052748MFF800R17KE32216809MFF800R17KE326129410MFF1000R17IE4279210111MFF1000R17IE4318011412MFF1000R17IE43588129 .14SVG一次系統(tǒng) 功率單元結(jié)構(gòu)鏈節(jié)單元包括散熱器、IGBT、直

8、流電容、銅排、放電電阻、觸發(fā)板、自取能電源模塊。.15SVG一次系統(tǒng) IGBT英飛凌EUPEC進(jìn)口模塊 IGBT電壓定額的選擇其承受電壓主要取決于直流側(cè)電容電壓。考慮到過載、電網(wǎng)波動(dòng)、開關(guān)過程引起的電壓尖峰等因素，耐壓通常選擇直流母線電壓的2倍。當(dāng)輸出容性無功時(shí)直流側(cè)電壓最高，約為800V，故選取額定電壓1700V。電流定額的選擇額定電流=通過IGBT電流有效值電流脈動(dòng)率安全系數(shù)，電流脈動(dòng)率取為1.2，電流安全系數(shù)取2。 .16SVG一次系統(tǒng) 直流電容直流電容的選型主要考慮以下幾個(gè)因素：1、直流側(cè)電壓波動(dòng)，一般要求電壓波動(dòng)不超過5，電容電壓波動(dòng)較大會(huì)引起輸出諧波增加2、SVG的響應(yīng)速度，當(dāng)系統(tǒng)

9、出現(xiàn)無功波動(dòng)時(shí)，SVG迅速補(bǔ)償需要電容電壓快速達(dá)到目標(biāo)電壓值3、電容電壓的選取主要取決于所串鏈節(jié)數(shù)，與PSPWM調(diào)制比、串聯(lián)電抗值、線路等效電阻、額定容量也有一定關(guān)系4、EACO等電容器的通流限制，如SHE-1200-470長(zhǎng)期工作電流最大為69A5、借鑒其他廠家成型產(chǎn)品電容選取經(jīng)驗(yàn)當(dāng)前鏈節(jié)單元電容選?。侯~定電壓1200V；額定容量取SVG 1M額定容量對(duì)應(yīng)550F；電容并聯(lián)后通流大于裝置額定電流。以8M為例，選用10只SHE-1200-470并聯(lián)使用。注：當(dāng)前理論和實(shí)際中電容容量選取尚無定論，后續(xù)需經(jīng)工程實(shí)踐，進(jìn)一步優(yōu)化。.17SVG一次系統(tǒng) 直流電容電壓控制控制方式的精確性是建立在電容電壓

10、平衡的基礎(chǔ)上的。電容電壓的波動(dòng)導(dǎo)致輸出諧波增加、電容器過壓等。鏈?zhǔn)絊VG直流側(cè)鏈節(jié)與鏈節(jié)的電壓相互獨(dú)立，并且電容電壓與鏈節(jié)并聯(lián)損耗、混合型損耗及觸發(fā)脈沖相互一致性有關(guān)。通常采用觸發(fā)脈沖循環(huán)換位、控制放電電阻增加相應(yīng)損耗平衡電容電壓。通常電容電壓波動(dòng)控制在5左右，目前12鏈節(jié)電壓波動(dòng)可以限制在幾十伏。.18SVG一次系統(tǒng) 吸收電容吸收電容主要吸收IGBT關(guān)斷浪涌電壓和續(xù)流二極管反向恢復(fù)浪涌電壓。吸收回路的類型和所需元器件值取決于主電路的布局結(jié)構(gòu)、逆變器功率、工作頻率等多重因素。主回路難以實(shí)現(xiàn)零雜散電感，回路電流較大時(shí)影響更甚，吸收回路是必要的，選取時(shí)應(yīng)簡(jiǎn)單可行。我們采用低電感吸收電容構(gòu)成的緩沖回

11、路，適合于低頻、中小功率、雜散電感較小的電路中，電容值相應(yīng)可選取大一些。.19SVG一次系統(tǒng) 功率單元設(shè)計(jì)需考慮的關(guān)鍵因素1、損耗計(jì)算，散熱器的選取。2、IGBT主電路銅排的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減小直流回路雜散電感，優(yōu)化吸收電路設(shè)計(jì)。這里采用疊層銅排布線結(jié)構(gòu)，降低雜散電感。.20SVG控制系統(tǒng) 觸發(fā)板抗干擾措施：1、對(duì)電容電壓測(cè)量時(shí)用線性光耦進(jìn)行隔離2、電容放電IGBT采用光耦驅(qū)動(dòng)3、對(duì)觸發(fā)裝置的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波4、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的輸入信號(hào)采用+15V電平觸發(fā)模塊廠家瑞士 concept 2SD315AI半橋驅(qū)動(dòng)模式，自帶有可調(diào)節(jié)的死區(qū)時(shí)間帶有低電壓檢測(cè)功能具有IGBT短路保護(hù)功能.21SVG控

12、制系統(tǒng) 觸發(fā)板觸發(fā)板的功能1、接收觸發(fā)裝置的觸發(fā)信號(hào)，對(duì)觸發(fā)信號(hào)解碼后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)IGBT2、測(cè)量直流電容電壓3、測(cè)量觸發(fā)板的溫度4、檢測(cè)IGBT散熱器溫度繼電器的狀態(tài)5、檢測(cè)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的狀態(tài)6、將直流電容電壓、溫度、繼電器狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)模塊狀態(tài)等信息通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)控狀態(tài)7、接收監(jiān)控裝置的放電命令對(duì)直流電容進(jìn)行放電控制.22SVG控制系統(tǒng) 主控屏調(diào)節(jié)裝置1臺(tái)，數(shù)據(jù)采樣、運(yùn)算，得出閥組控制量，然后將此運(yùn)算結(jié)果通過光隔離SPI口送至觸發(fā)單元，使用F2812 DSC作為主CPU 。觸發(fā)裝置3臺(tái)，接收運(yùn)算單元發(fā)出的控制量，以控制量為輸入信號(hào)進(jìn)行分析運(yùn)算，產(chǎn)生各IGBT模塊觸發(fā)用的信號(hào)，主板核心部件為C

13、yclone II FPGA EP2C5K 。監(jiān)控裝置3臺(tái)，收集每個(gè)IGBT模塊的運(yùn)行信息，能夠?qū)﹂y體故障進(jìn)行判斷，主板核心控制部件核心邏輯部件系列FPGA。同步裝置1臺(tái)，輸出同步信號(hào)給調(diào)節(jié)裝置。站控1臺(tái)，將SVG裝置所有運(yùn)行信息進(jìn)行打包封裝存儲(chǔ)，為操作人員提供直觀的監(jiān)視界面。.23SVG控制系統(tǒng) 控制單元原理框圖.24SVG控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)及方法調(diào)制方式采用單極倍頻正弦脈寬調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生IGBT觸發(fā)脈沖，原理如圖所示，單相橋輸出為三電平。單鏈節(jié)載波頻率設(shè)計(jì)為500Hz，調(diào)制比可調(diào)，單相SVG頻率達(dá)6000Hz。采用載波移相SPWM，在不提高開關(guān)頻率的基礎(chǔ)上，大大降低輸出諧波。最低次諧波在120次以上。.25SVG控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)策略裝置針對(duì)系統(tǒng)的無功和電壓波動(dòng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償。風(fēng)電場(chǎng)用戶優(yōu)先進(jìn)行電壓控制，后續(xù)進(jìn)行無功補(bǔ)償。鋼鐵等企業(yè)用戶主要關(guān)注其無功波動(dòng)。上述功能通過控制器界面的參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)。.26SVG的出廠試驗(yàn)1 啟動(dòng)柜試驗(yàn)1.1 耐壓試驗(yàn)1.2 串聯(lián)電阻試驗(yàn)1.3 功能驗(yàn)證2 功率柜試驗(yàn)2.1 電路板檢驗(yàn)2.2 鏈節(jié)功能驗(yàn)證2.3 鏈節(jié)耐壓試驗(yàn)2.4鏈節(jié)對(duì)補(bǔ)試驗(yàn)2.5功率柜裝配檢驗(yàn)2.6 功率柜耐壓試驗(yàn)3 控制系統(tǒng)試驗(yàn)3.1 單板檢查3.2 高低溫試驗(yàn)3.3 耐壓試驗(yàn)3.4