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        • 》》: ZQ SVG無功補償裝置
        • 商品編號: ZQ SVG
        • 上架時間: 2015-07-04
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          1 概述

          ZQSVG無功補償是以IGBT為核心的無功補償 (SVG, Static Var Generator),是配電網電能質量治理的主要裝置之一, 它能夠快速地補償負荷所產生的諧波電流, 抑制對電網的諧波污染, 在補償能力范圍之內進行無功補償以提高功率因數, 抑制負荷側產生的三相不平衡電流和零線電流,保障電力系統穩定、高效和優質的運行。

          2 技術條件

          2.1 環境條件

          ü 裝置在以下環境條件下能正常工作:

          ü 工作環境溫度:戶內型+5℃~+40℃,貯存環境溫度-10℃~+40℃,在極限值下不施加激勵量,裝置不出現不可逆的變化,溫度恢復后,裝置應能正常工作;

          ü 相對濕度:最濕月的月平均最大相對濕度為 90%,同時該月的月平均最低溫度為 25度且表面無凝露;

          ü 大氣壓力:80kPa~110kPa(相對于海拔高度為 2km 及以下) ;

          ü 使用場所不得有火災、爆炸、腐蝕等危及裝置安全的危險和超出本說明書規定的振動、沖擊和碰撞。

          2.2 裝置主要技術參數

          ü 額定工作電壓:380V ZQSVG;

          ü 額定有效值電流:視裝置具體型號;

          ü 額定峰值電流:視裝置具體型號;

          ü 效率:≥98%;

          ü 環境溫度:-25℃~40℃;

          人機界面:采用中文顯示操作界面。

          3 基本原理

          ü 基于大功率換流器,以電壓型逆變器為核心,直流側采用直流電容為儲能元件以提供電壓支撐。在運行時相當于一個電壓、相位和幅值均可調的三相交流電源。

          ü 逆變器正常運行依賴于直流側的電壓支撐,在逆變器接入交流電源時,由各IGBT反向續流二極管構成整流器, 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電壓一個很小的角度來實現, 逆變器從系統吸收少量有功滿足其內部損耗, 保持電壓水平。改變逆變器輸出電壓的幅值,達到發出或吸收無功的目的。

          穩定時,鏈式SVG輸出的無功電流如下式:

          Iq=

         

          ü 運行特性

          ★ SVG的工作原理決定了無論交流系統電壓為多少,它都可以在其最大的容性或感性范圍內獨立控制其輸出電流,欠壓條件下無功調節能力更強 。

          ★ 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:

          ü SVG鏈式結構

          每相由若干單相橋串聯組成,如圖所示:

         

          ü 串聯電阻

          ★ SVG采用電壓源逆變器結構,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,驅動脈沖一個小的角度偏移誤差可能導致STATCOM裝置出現過電流進而引起輸出電流波動,增大R相當于增大系統阻尼系數,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SVG裝置的效率都要求在96%以上),因此串聯等效電阻R并不提倡使用。限于目前條件,使用串聯電阻作為臨時應對措施,在后續工程驗證中需進一步分析。

          ★現階段控制器精度達到0.01電角度,即0.55μs。

          不同容量對應的串聯電阻值:

          ★ 2M:1Ω 3M:0.67Ω 5M:0.4Ω 8M:0.25Ω 10M:0.2Ω

          ü 串聯電抗器

          ★作用:限制無功輸出電流;濾除裝置產生的高次諧波;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容量的10%~20%。

          ü 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。

          ü 啟動柜

          ★主要作用:實現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。設計有接觸器與上端口斷路器的互鎖,保證斷路器“合”狀態時接觸器執行“合”動作。

          ★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640Ω/2kW并聯,時間常數約為100ms。

          ★啟動柜尺寸:額定容量10M以下 1200×1500 ×2400。

          ü 功率柜

          ★功率柜采用抽屜式結構設計,結構緊湊,便于安裝;

          ★對裝置整體發熱進行估算,設計有專門風道,合理選取散熱風量,現在主要采用3000m3/h和4000m3/h兩款風機,如3M、5M-3000×6m3,8M-4000×8m3。

          ★功率柜尺寸:3M、5M 4400X1500X2800

          8M 5200X1500X2800

          10M 7400X1500X2800

          ü 功率柜損耗

          每相由12鏈節串聯,主要損耗集中在IGBT損耗和放電電阻發熱,IGBT功率理論計算值及功率柜損耗如下表:

         

          ü 功率單元結構

          鏈節單元包括散熱器、IGBT、直流電容、銅排、放電電阻、觸發板、自取能電源模塊。

         

          ü 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電容電壓。考慮到過載、電網波動、開關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。當輸出容性無功時直流側電壓最高,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,電流脈動率取為1.2,電流安全系數取2。

         

          ü 直流電容

          直流電容的選型主要考慮以下幾個因素:

          ★直流側電壓波動,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

          ★SVG的響應速度,當系統出現無功波動時,SVG迅速補償需要電容電壓快速達到目標電壓值

          ★電容電壓的選取主要取決于所串鏈節數,與PSPWM調制比、串聯電抗值、線路等效電阻、額定容量也有一定關系

          ★EACO等電容器的通流限制,如SHE-1200-470長期工作電流最大為69A

          ★借鑒其他廠家成型產品電容選取經驗

          當前鏈節單元電容選取:額定電壓1200V;額定容量取SVG 1M額定容量對應550μF;電容并聯后通流大于裝置額定電流。以8M為例,選用10只SHE-1200-470并聯使用。

          注:當前理論和實際中電容容量選取尚無定論,后續需經工程實踐,進一步優化。

          ü 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上的。電容電壓的波動導致輸出諧波增加、電容器過壓等。

          ★鏈式SVG直流側鏈節與鏈節的電壓相互獨立,并且電容電壓與鏈節并聯損耗、混合型損耗及觸發脈沖相互一致性有關。通常采用觸發脈沖循環換位、控制放電電阻增加相應損耗平衡電容電壓。

          ★通常電容電壓波動控制在5%左右,目前12鏈節電壓波動可以限制在幾十伏。

          ü 吸收電容

          ★吸收電容主要吸收IGBT關斷浪涌電壓和續流二極管反向恢復浪涌電壓。吸收回路的類型和所需元器件值取決于主電路的布局結構、逆變器功率、工作頻率等多重因素。

          ★主回路難以實現零雜散電感,回路電流較大時影響更甚,吸收回路是必要的,選取時應簡單可行。我們采用低電感吸收電容構成的緩沖回路,適合于低頻、中小功率、雜散電感較小的電路中,電容值相應可選取大一些。

          ü 功率單元設計需考慮的關鍵因素

          ★損耗計算,散熱器的選取。

          ★IGBT主電路銅排的優化設計,以減小直流回路雜散電感,優化吸收電路設計。這里采用疊層銅排布線結構,降低雜散電感。

          ü 觸發板

          抗干擾措施:

          ★對電容電壓測量時用線性光耦進行隔離

          ★電容放電IGBT采用光耦驅動

          ★對觸發裝置的觸發信號進行數字濾波

          ★IGBT驅動模塊的輸入信號采用+15V電平

          觸發模塊廠家

          瑞士 concept 2SD315AI

          半橋驅動模式,自帶有可調節的死區時間

          帶有低電壓檢測功能

          具有IGBT短路保護功能

          ü 主控屏

          調節裝置1臺,數據采樣、運算,得出閥組控制量,然后將此運算結果通過光隔離SPI口送至觸發單元,使用F2812 DSC作為主CPU 。

          觸發裝置3臺,接收運算單元發出的控制量,以控制量為輸入信號進行分析運算,產生各IGBT模塊觸發用的信號,主板核心部件為Cyclone II FPGA EP2C5K 。

          監控裝置3臺,收集每個IGBT模塊的運行信息,能夠對閥體故障進行判斷,主板核心控制部件核心邏輯部件系列FPGA。

          同步裝置1臺,輸出同步信號給調節裝置。

          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視界面。

        關鍵詞:

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