SVG工作原理精品課件

1、SVG培訓(xùn),SVG工作原理及運行特性,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)采用直流電容為儲能元件以提供電壓支撐。在運行時相當(dāng)于一個電壓、相位和幅值均可調(diào)的三相交流電源。 逆變器正常運行依賴于直流側(cè)的電壓支撐，在逆變器接入交流電源時，由各IGBT反向續(xù)流二極管構(gòu)成整流器， 對直流電容器充電；正常運行后，直流電容器的儲能將會用來滿足逆變器的內(nèi)部損耗， 電容電壓會下降，必須不斷的對電容器充電補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)電壓一個很小的角度來實現(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，達到發(fā)出或吸收無功的目的

2、。 穩(wěn)定時，鏈?zhǔn)絊VG輸出的無功電流如下式:,SVG工作原理及運行特性,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。,SVG工作原理及運行特性,運行特性, 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)獨立控制其輸出電流，欠壓條件下無功調(diào)節(jié)能力更強 。, 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：,SVG工作原理及運行特性,SVG鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu),每相由若干單相橋串聯(lián)組成，如圖所示：,SVG工作原理及運行特性,SVG鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)特點, 總的電壓輸出和整個裝置的容量可以成倍提高；

3、可以對串聯(lián)的每個橋采用不同的驅(qū)動脈沖，使每個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小； 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)可以模塊化，而且在設(shè)計時便于采用冗余設(shè)計，串連橋鏈中某一個損壞可以被旁路，不影響整個橋鏈的工作，便于容量擴展； 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)三相相互獨立，在系統(tǒng)不平衡時其可通過三相獨立控制，正常投入運行，更好的提供電壓支撐； 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)不足：三相獨立且每個單相橋直流側(cè)分隔，裝置在工作時，直流側(cè)電壓波動較大，因而直流側(cè)需要安裝容量較大的電容器，同時串聯(lián)的單相橋直流側(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。,SVG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、啟動柜、

4、功率柜、控制屏。三相逆變功率單元為星接。,SVG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)動脈沖一個小的角度偏移誤差可能導(dǎo)致STATCOM裝置出現(xiàn)過電流進而引起輸出電流波動，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)電阻作為臨時應(yīng)對措施，在后續(xù)工程驗證中需進一步分析。 現(xiàn)階段控制器精度達到0.01電角度，即0.55s。 不同容量對應(yīng)的串聯(lián)電阻值： 2M：1 3M：0.67 5M：0.4

5、8M：0.25 10M：0.2,SVG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；將兩個電壓源連接起來。電感值增大時，濾除補償電流高次諧波效果較好，但裝置補償電流減小。,選取：通常工程選用裝置總?cè)萘康摹?SVG一次系統(tǒng),啟動柜,由接觸器、旁路電阻、電壓互感器、電流互感器、避雷器組成。,SVG一次系統(tǒng),啟動柜,主要作用：實現(xiàn)SVG自勵啟動，限制上電時直流電容的充電涌流，避免IGBT模塊、直流電容損壞。SVG上電時，旁路電阻串于充電回路，起限流保護作用；需將電阻通過接觸器旁路后SVG方能投入運行。設(shè)計有接觸器與上端口斷路器的互鎖，保證斷路器“合”狀態(tài)時接觸器執(zhí)行“合”動作

6、。 其他作用：線電壓、相電流二次信號輸出；閥端過電壓保護。 單相旁路電阻選用兩只640/2kW并聯(lián)，時間常數(shù)約為100ms。 啟動柜尺寸：額定容量10M以下 12001500 2400。,SVG一次系統(tǒng),功率柜,功率柜采用抽屜式結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝； 對裝置整體發(fā)熱進行估算，設(shè)計有專門風(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，如3M、5M-30006m3，8M-40008m3。 功率柜尺寸：3M、5M 4400X1500X2800 8M 5200X1500X2800 10M 7400X1500X2800,SVG一次系統(tǒng),功率柜損耗,每相由12鏈節(jié)串

7、聯(lián)，主要損耗集中在損耗和放電電阻發(fā)熱，功率理論計算值及功率柜損耗如下表：,SVG一次系統(tǒng),功率單元結(jié)構(gòu),鏈節(jié)單元包括散熱器、IGBT、直流電容、銅排、放電電阻、觸發(fā)板、自取能電源模塊。,SVG一次系統(tǒng),IGBT,英飛凌EUPEC進口模塊 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?？紤]到過載、電網(wǎng)波動、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率安全系數(shù)，電流脈動率取為1.2，電流安全系數(shù)取2。,SVG一次系統(tǒng),直流電容,直流電容

8、的選型主要考慮以下幾個因素： 1、直流側(cè)電壓波動，一般要求電壓波動不超過5，電容電壓波動較大會引起輸出諧波增加 2、SVG的響應(yīng)速度，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)無功波動時，SVG迅速補償需要電容電壓快速達到目標(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長期工作電流最大為69A 5、借鑒其他廠家成型產(chǎn)品電容選取經(jīng)驗 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)

9、使用。 注：當(dāng)前理論和實際中電容容量選取尚無定論，后續(xù)需經(jīng)工程實踐，進一步優(yōu)化。,SVG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平衡的基礎(chǔ)上的。電容電壓的波動導(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。 通常電容電壓波動控制在5左右，目前12鏈節(jié)電壓波動可以限制在幾十伏。,SVG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

10、變器功率、工作頻率等多重因素。 主回路難以實現(xiàn)零雜散電感，回路電流較大時影響更甚，吸收回路是必要的，選取時應(yīng)簡單可行。我們采用低電感吸收電容構(gòu)成的緩沖回路，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。,SVG一次系統(tǒng),功率單元設(shè)計需考慮的關(guān)鍵因素,1、損耗計算，散熱器的選取。 2、IGBT主電路銅排的優(yōu)化設(shè)計，以減小直流回路雜散電感，優(yōu)化吸收電路設(shè)計。這里采用疊層銅排布線結(jié)構(gòu)，降低雜散電感。,SVG控制系統(tǒng),觸發(fā)板,抗干擾措施： 1、對電容電壓測量時用線性光耦進行隔離 2、電容放電IGBT采用光耦驅(qū)動 3、對觸發(fā)裝置的觸發(fā)信號進行數(shù)字濾波 4、IGBT驅(qū)動模塊的輸入信號

11、采用+15V電平 觸發(fā)模塊廠家 瑞士 concept 2SD315AI 半橋驅(qū)動模式，自帶有可調(diào)節(jié)的死區(qū)時間 帶有低電壓檢測功能 具有IGBT短路保護功能,SVG控制系統(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，對觸發(fā)信號解碼后驅(qū)動相應(yīng)IGBT 2、測量直流電容電壓 3、測量觸發(fā)板的溫度 4、檢測IGBT散熱器溫度繼電器的狀態(tài) 5、檢測IGBT驅(qū)動模塊的狀態(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直流電容進行放電控制.,SVG控制系統(tǒng),主控屏,調(diào)節(jié)裝置1臺，數(shù)據(jù)采樣、運算，得出閥組控制量，然后將此運算結(jié)果通過光隔離

12、SPI口送至觸發(fā)單元，使用F2812 DSC作為主CPU 。 觸發(fā)裝置3臺，接收運算單元發(fā)出的控制量，以控制量為輸入信號進行分析運算，產(chǎn)生各IGBT模塊觸發(fā)用的信號，主板核心部件為Cyclone II FPGA EP2C5K 。 監(jiān)控裝置3臺，收集每個IGBT模塊的運行信息，能夠?qū)﹂y體故障進行判斷，主板核心控制部件核心邏輯部件系列FPGA。 同步裝置1臺，輸出同步信號給調(diào)節(jié)裝置。 站控1臺，將SVG裝置所有運行信息進行打包封裝存儲，為操作人員提供直觀的監(jiān)視界面。,SVG控制系統(tǒng),控制單元原理框圖,SVG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

13、所示，單相橋輸出為三電平。單鏈節(jié)載波頻率設(shè)計為500Hz，調(diào)制比可調(diào)，單相SVG頻率達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。,SVG控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)策略,裝置針對系統(tǒng)的無功和電壓波動實時補償。風(fēng)電場用戶優(yōu)先進行電壓控制，后續(xù)進行無功補償。鋼鐵等企業(yè)用戶主要關(guān)注其無功波動。上述功能通過控制器界面的參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)。,SVG的出廠試驗,1 啟動柜試驗 1.1 耐壓試驗 1.2 串聯(lián)電阻試驗 1.3 功能驗證 2 功率柜試驗 2.1 電路板檢驗 2.2 鏈節(jié)功能驗證 2.3 鏈節(jié)耐壓試驗 2.4鏈節(jié)對補試驗 2.5功率柜裝配檢驗 2.6 功率柜耐壓試驗 3 控制系統(tǒng)試驗 3.1 單板檢查 3.2 高低溫試驗 3.3 耐壓試驗 3.4 裝置功能試驗：模擬量精度、同步裝置校準(zhǔn)、同步測試