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電力行業
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SVG在電力行業中的應用

作者:羅運成、范少春  來源:湖北三環發展股份有限公司    日期:2014-4-21  瀏覽:

1.引言

無功發生器(StaticVarGenerator),簡稱SVG,是當前最先進的無功補償技術,被廣泛應用于電力、風電、冶金、煤炭等行業。

電力系統負荷中心動態無功支撐不足是我國電網長期存在的一個突出問題,對系統的安全穩定運行構成了嚴重威脅。無功發生器(SVG)是柔性交流輸電系統(FACTS)的核心裝置和核心技術之一,是FACTS第二代核心裝置的典型代表。SVG并聯于電力系統,具有無功雙向流動、輸出無功電流幾乎不受系統電壓變化的影響、響應速度快、諧波特性好等一系列優點,是繼同步調相機、機械開關投切電容器(MSC)、接觸器投切電容器(HVC)、晶閘管投切電容器(TSC)、磁控電抗器(MCR)、相控電抗器(TCR)等傳統無功調節手段后,新一代的動態無功補償設備。

2.SVG的工作原理及其與其他無功補償裝置性能的比較

無論何種結構的SVG,均可等效為電壓源變流器(VSC)和換流電抗串聯的結構,與系統并聯使用,向系統注入連續可調的容性或感性無功電流,大小與系統電壓無關。也有將其描述為靜止的同步調相機。若VSC的輸出電壓為UC,系統電壓為USSVG的基本原理是:控制UCUS同相位,當UC>US時,SVG向系統發出無功功率;當UCS時,SVG從系統吸收無功功率;當UC=US時,沒有無功功率交換。考慮到SVG運行時本身的損耗,實際裝置中UC往往滯后US一個小角度,如下表。

運行模式

波形和矢量圖

說明

空載運行模式

UI=US,IL=0SVG不吸發無功

容性運行模式

UI>US,IL為超前的電流,其幅值可以通過調節UI來連續控制,從而連續調節SVG發出的無功

感性運行模式

UIS,IL為滯后的電流。此時SVG吸收的無功可以連續控制

與目前廣泛應用的動態無功補償設備靜止無功補償器SVC(一般指TCR型)相比,SVG具有更好的性能。

1)啟動沖擊小:啟動速度快且沖擊電流可限制在很小的幅值。

2)動態連續補償:可以從額定的感性工況到額定容性工況連續輸出,與固定電容器或電抗器組合可構成任意范圍連續補償。

3)響應速度快:具有510ms的快速輸出無功特性,而傳統的SVC響應時間一般在2040ms(太快可能引起電抗和電容器產生振蕩)。

4)諧波特性好:SVG輸出電流完全可控可以輸出接近正弦的基波無功電流。特別的,鏈式結構的SVG,由于不需要連接變壓器,而且等效開關頻率高,可實現諧波補償功能。而SVC在運行過程中會產生大量不可控的諧波電流,需要附帶無源濾波支路來對自身產生的諧波電流進行濾波。

5)占地面積小:安裝尺寸一般只有SVC1/2-1/3,還可以做成移動式裝置,配置起來更加靈活。

6)損耗小效率高:SVG等效運行損耗一般只有SVC1/3-1/2,等效運行耗電量大大低于SVC

7)補償能力強:SVG輸出電流不依賴于系統電壓,系統電壓跌至20%仍可輸出額定無功電流,而SVC輸出電流與系統電壓成正比下降。達到同等補償效果SVG容量可以比SVC容量小20-30%。

8)可*性好:SVG可等效為一個可控電流源,對外部系統運行條件和結構變化不敏感,不易出現振蕩現象。而SVC采用大量電容電抗器,當外部系統容量與補償裝置的容量可比時,會產生不穩定性而發生振蕩。

各種無功補償技術特性如下表所示:

\

SVG

SVC

MCR

HVC

TSC

能量模式

非儲能式,損耗低(<0.8%

儲能式,損耗大(3%

儲能式,損耗大(3%

儲能式,損耗低(1%

儲能式,損耗大(3%

占地面積

適中

工程量

安裝方式

戶內組柜式

戶外開放式

戶外開放式

戶外開放式

戶內組柜式

響應速度

<5ms

<20ms

>60ms

>200ms

<10ms

運行范圍

常規容量范圍

-5050Mvar

150Mvar

150Mvar

150Mvar

12Mvar

諧波

諧波大

諧波小

閃變

抑制80%以上

50%以內

輸出特性

調節電流,改善電能質量

調節阻抗,補償無功

調節阻抗,補償無功

調節阻抗,補償無功

調節阻抗,補償無功

低電壓穿越能力

有源電流型補償,低電壓穿越性能好

阻抗型補償,無低電壓穿越能力

阻抗型補償,無低電壓穿越能力

阻抗型補償,無低電壓穿越能力

阻抗型補償,無低電壓穿越能力

噪聲

較大

較小

適用場合

風電、冶金、化工、煤炭

風電、冶金、化工、煤炭

冶金、化工、煤炭、電氣化鐵路

冶金、化工、煤炭

冶金、化工、煤炭

3.SVG的作用及其工程應用

SVG用于電力系統主要起到如下作用:

1)節點電壓控制:通過快速、連續地調節SVG無功輸出,實時改善電力系統無功分布,進而實現在SVG裝置容量允許范圍內的節點電壓控制,維持連接點的電壓為給定值,提高電力系統電壓的穩定性,改善電力系統的穩態性能。

2)提高電力系統暫態穩定水平,減少低壓釋放負荷數量,并防止發生暫態電壓崩潰。

3)動態地維持輸電線路端電壓,提高輸電線路穩態傳輸功率極限。

4)阻尼電力系統功率振蕩,不僅可以阻尼低頻的功率振蕩,還可以阻尼次同步振蕩和超同步振蕩。

5)改善配電系統電能質量。

19801月世界首臺SVG樣機在日本投運以來,至2010年為止,國內外研制成功并投入商業運行的SVG裝置有數百套,多數用于解決電壓的波動和閃變、功率因數低等配電網電能質量問題,應用于輸電系統的大容量SVG裝置近二十套。大容量SVG的主電路結構經歷了多重化、多電平、鏈式發展過程。

4.SVG的發展應用前景

近年來,SVG在電力系統中的應用受到了各級政府和電力行業的高度重視,顯著提高了發展速度,SVG還以其優良的綜合性能受到了廣大工業用戶的青睞,除電力行業外,在冶金、軌道交通、風電、礦山等行業和領域都有日益增長的需求,并已顯現出良好的經濟效益和社會效益。以SVG應用于電弧爐為例,效益:1)對供電系統,由于其響應速度快,可快速跟蹤電弧爐的無功波動和諧波,從而穩定并提高系統平均電壓,降低電壓閃變和諧波電流;2)對電弧爐負荷,顯著減少斷弧現象,提高了冶煉效率,噸鋼電耗量一般可減少10%以上,單爐冶煉時間也可縮短8%~15%,還可大大降低諧波過電壓引發的電纜絕緣損壞頻度,帶來顯著的經濟效益。SVG技術已經成為柔性交流輸電系統和現代工業無功補償技術的領跑者。

5.SH-SVG簡介

湖北三環發展股份有限公司擁有12年電力電子產品研發、生產、工程經驗,2006年開始研發SVG產品,2009年第一臺設備正式投運,期間通過了電力工業無功補償成套裝置質量檢驗測試中心及武漢高壓所的型式試驗,功率逆變單元閥和控制系統完全符合相關SVG國家、行業標準及電磁兼容性標準要求。

SH-SVG可接入635kV系統,接入35kV系統時需增配升壓變壓器,如下圖所示。

SH-SVG由電抗器柜、功率單元柜、控制柜組成,其中升壓變壓器、濾波支路、保護柜、上位機可根據用戶需求進行選配,如下圖。

    SH-SVG被廣泛應用于風電、冶金、水泥、煤炭等行業,其性能參數如下表。

電壓等級

6 kV35kV

補償容量

±100Mvar

結構形式

Y/Δ型級聯式

控制響應時間

<5ms

單相功率單元串聯個數

12

驅動板通信模式

2光纖

散熱方式

風冷/熱管/水冷

裝置損耗

<1%(額定容量)

旁路方式

機械旁路(可選)

控制方式

電網電壓控制

功率因數控制

電網電壓、功率因數綜合控制

恒無功控制

多機并聯協調控制

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