1.6SVG工作原理及应用在线视频

第六部分

SVG的工作原理及应用

前面在SVG的关键技术中

我们已经就其起典型拓扑

器件级别的PWM控制

控制策略进行了介绍

这节我们从

SVG无功补偿的基本原理

工程案例

SVG应用与技术的发展趋势

三个方面展开

首先

我们来介绍SVG理想工作原理

SVG可等效为一个幅值

相位可控的电压源

该电压源通过电抗器

与电网连接

电抗器

一方面可以滤除

逆变器的网侧电流谐波

另一方面

作为SVG

与电网无功交换的桥梁纽带

当仅考虑基波频率时

SVG的工作原理

可以用图1所示的

单相等效电路图来说明

设电网电压和SVG输出的交流电压

分别用相应电压

Ua和UI表示

则连接电抗器X上面的电压

UL即为Ua和UI的相量差

连接电抗器的电流

可以由其电压来控制

这个电流就是

SVG从电网吸收的电流I

因此

改变SVG交流侧

输出电压U1的幅值

及其相对于Ua的相位

就可以改变连接电抗器上的电压

从而控制SVG

从电网吸收电流的相位和幅值

也就控制了SVG

吸收无功功率的性质和大小

当电网电压下降时

补偿器的电压

电流特性向下调节时

SVG可以调节其逆变器交流侧

电压的幅值和相位

以使其所能提供最大的无功电流

ILmax和ICmax维持不变

仅受其电力半导体器件电流容量限制

相对于传统的SVC

其所能提供的最大电流

分别受其并联电抗器

和并联电容器的阻抗特性限制

因而最大电流随电压的降低而减小

因此SVG的运行范围

比传统SVC大

SVC的运行范围呈向下收缩的

三角形区域

而SVG的运行范围是上下等宽的

近似矩形的区域

在图3的等效电路途中

将连接电抗器视为纯电感

忽略其损耗以及逆变器的损耗

在这种情况下

只需将U1和Ua同相

改变U1的幅值的大小

即可控制SVG

从电网吸收的电流I

是超前还是滞后90º的

并且能控制该电流的大小

如图3所示

当U1大雨Ua时

电流超前电压90º

SVG吸收溶性的无功功率

当UI小于Ua时

电流滞后电压90º

SVG吸收感性的无功功率

当考虑连接电抗器的损耗

和逆变器本身的损耗

如管压降、线路电阻等

把总的损耗

集中作为连接电抗器的电阻考虑

则SVG的实际等效电路图

如4所示

其电流超前和滞后的相量图

在这种情况下

由于考虑了有功功率的损耗

逆变器电压UI

和电流相相差90º

而电网电压Ua和电流I的相差

则不再是90º

比90º小了一个δ角

因此电网提供了

有功功率来补偿电路中的损耗

也就是说

相对与电网电压来讲

电流I中有一定的有功分量

这个δ角也就是逆变器电压U1

和电网电压Ua的相位差

改变这个相位差

就改变了装置

从交流系统吸收的有功功率

这一有功功率

在直流电容器上可积累电荷

改变直流侧电压

即可改变逆变器电压

则产生的电流I的相位

和大小也随之改变

SVG从电网吸收无功功率

因此也得到了调节

若以逆变器输出电压

滞后于线路电压一个角度为正

当δ>0时

SVG吸收无功功率

起到电容器的作用

当δ<0时

SVG吸收无功功率

起到电抗器的作用

当δ=0时

SVG与系统之间没有无功的交换

SVG是用逆变器换流电路

在三相电路之间转移电量

达到调节功率因数

改变电流波形的目的

因此在SVG直流侧

只需较小的电容量来滤波

同时

SVG可以采用多重化

PWM控制技术

改善谐波特性

因此在调节无功功率

稳定电压

改善系统的动态特性

阻尼系统振荡

提高系统暂态水平

具有一定的优势

下面是三个典型的案例

工程案例一

美国西屋电气公司与美国电力研究院

联合为美国纳西峡谷

电力公司研制的SVG

该逆变器的主电路

主要8个12.5MVA的

三相桥式变流器构成

形成48脉搏的多重化结构

通过平衡电抗器

及变压器

连接到161kV的无线上

变压器的漏抗被用作连接电抗

实现了对无功电流

采用仅调节逆变器电压

超前角δ的间接控制

案例二

1994-1999年间

我国清华大学与河南省电力公司

合作并开发了

20Mvar工业化SVG

其主电力电子电路

由直流电容器组

基于GTO的晶闸管的多脉冲逆变器

多重化变压器组

以及接入断路器等构成

实现了三个层次的控制

系统及控制

从电力系统潮流

与稳定控制的要求出发

为装置级控制提供无功功率的参考值

达到了提高电网运行性能的目的

装置级控制

根据系统级控制

提出的无功功率的要求

产生对应的脉冲相位控制角

使SVG的无功输出

能快速的跟踪参考值的变化

脉冲控制

按照主控器件给定的参数产生和分配

仍有效触发电力电子器件的脉冲信号

案例三

2011年7月22日

由荣信电器公司

清华大学和南方电网公司共同研制的

链式SVG在广东500kV

东莞变电站启动并网成功

链式逆变器

也叫做串联H桥型多电平变流器

其将SVG的控制方式分为五种模式

1、暂态电压控制模式

2、远方控制模式

3、稳态调压控制模式

4、恒无功功率输出模式

5、阻尼附加控制模式

第三部分

SVG的应用与技术的发展趋势

在输电系统中

以SVG为关键技术的FACT技术

在增加系统阻尼

抑制电网低频振荡

提高电力系统暂态稳定性等方面

具有重要的作用

可以显著提高

大型输电系统的安全水平

在中压配电网

SVG也具有广阔的应用前景

电力电子设备具有冲击性

和不平衡等特点

大量应用之后

会严重影响配电网的工作

造成电压跌落

闪电

三相不平衡

以及其他的电能质量差的问题

SVG引入配电网之后

能够突破

传统SVG对无功补偿的限制

调节速度快

输出的无功电流

几乎可以瞬时达到额定值

提供动态的无功功率支撑

可以做到感性

容性无功功率的连续调节

实时准确的补偿

配电网系统的无功电流

无功电流的输出

可在很大电压变化范围内恒定

在电压低时

能仍然能够提供较强的

无辜功率的支撑

当SVG用于风电系统时

可以提供风力发电

励磁所需的无功功率

当风电系统与电网之间

只发生有功功率的传输

有利于电网电压的稳定

也提高了风电系统的可靠性

当电网出现电压跌落故障时

SVG向电力系统提供无功功率

支撑电网电压

避免风力发电

从电网中解列

满足了风力发电系统

低电压穿越的要求

由于中高压静止无功补偿发生器的

优越性能

使其在输电

配电及风电系统中

有迫切的应用需求

结合我国国情

和已有的技术

发展中高压SVG

应是解决我国电压稳定问题的

有效手段

因此

充分研究中高压SVG的关键技术

具有重要的意义