FGSVG应用

您当前的位置:首页>经典案例 > FGSVG应用

FGSVG在无功补偿及谐波治理上的应用

2014-04-11 16:36:49

山东新风光电子科技发展有限公司   孔亮

Kong Liang

摘  要:介绍了FGSVG的原理,结构及可靠性设计和技术优势,分析了FGSVG在各行业的应用。

关键词:SVG  多电平   级联逆变器   多重化技术

Abstract: This paper introduces the principle, structure of FGSVG , also introduces the reliability design and technical advantage,  analysis the features of FGSVG in various industries.

Key words: SVG   Multilevel   Cascaded inverter   Multiple technology

1 前言

  随着国民经济的快速发展和持续增长,电力供需矛盾日益突出。由于电力用户容量的不断增长,用户容量与发电装机容量的比例已经上升到3.2:1,导致尖峰时期高峰时段的用电需求快速上升。“十二五”期间,全国电力供需呈现紧平衡,季节性,地区供需矛盾加剧。为解决这一矛盾,发改委连同电监会等六部委出台了《电力需求侧管理办法》,明确指出:满足电力需求应坚持节约与开发并举、节约优先的原则,在增加供应的同时,统筹考虑并优先采用需求侧管理措施,鼓励电网企业采用节能设备,增强无功补偿,引导用户加强无功管理,合理配置无功补偿装置,优化用电方式。FGSVG系列产品是山东新风光电子科技发展有限公司自主研发的高压动态无功补偿和谐波治理装置,采用现代电力电子、自动化、微电子及网络通讯等技术,采用先进的瞬时无功功率理论和基于同步坐标变换的功率解耦算法,以功率因数、电网电压或者两者分时间段作为控制目标,动态的跟踪电网电能质量变化来调节无功输出,实现电网的高质量运行。FGSVG以其较低的谐波,较高的效率,快速的动态响应,成为输电系统中的重要设备。

2 FGSVG系列产品的技术优势

  FGSVG是目前国内外最为先进的无功补偿装置,这种基于电压型PWM变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件,而是通过电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲,FGSVG系列产品较传统的无功补偿装置有如下优势:

  (1)响应速度更快

  FGSVG系列产品响应时间:≤1ms。传统无功补偿装置响应时间: ≥40ms。FGSVG系列产品可在极短的时间之内完成从额定容性无功到额定感性无功的相互转换,这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。

  (2)谐波治理

  FGSVG系列产品不仅不产生谐波,而且同时具备谐波治理功能,在动态无功补偿的同时,可对谐波进行滤除。而SVC中TCR在补偿无功功率同时产生大量谐波,导致TCR必须与大容量滤波器同时使用。

  (3)电压闪变抑制能力更强

  SVC受到响应速度的限制,其抑制电压闪变的能力不会随补偿容量的增加而增加,而FGSVG系列产品由于响应速度极快,增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力。

  (4)运行范围更宽

  FGSVG系列产品能够在额定感性无功到额定容性无功的范围内工作,所以比SVC的运行范围宽很多。更重要的是,在系统电压变低时,FGSVG系列产品还能够输出与额定工况相近的无功电流。

  (5)补偿功能多样化

  FGSVG系列产品不仅具有快速补偿系统无功的作用,还能够根据用户实际需要,对负荷进行谐波电流补偿、负序电流补偿、综合补偿等。

  (6)占地面积小

  由于无需高压大容量的电容器和电抗器做储能元件,FGSVG系列产品的占地面积通常只有相同容量SVC的50%。

3 FGSVG系列产品的原理

  FGSVG系列产品的原理示意图如图1所示,基本原理就是将自换相桥式电路通过变压器或者电抗器并联在电网上,适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位,或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的。

图1 FGSVG系列产品的原理示意图

4 FGSVG的结构

  FGSVG有进线柜,功率柜和控制柜三部分组成:进线柜是连接电网与装置的枢纽,控制装置的挂网与断网,并预留与原无功补偿设备(FC)的接口,方便现场的对接。

  功率柜采用模块化设计,功率单元的结构和电气性能完全一致,单元可以互换,方便检修和维护。

  控制柜人机界面优化处理,人性化设计,全数字化控制,实时计算电网所需的无功功率、谐波、负序电流等实现动态跟踪与补偿,对辅助设备实时控制,保持与上位机通讯,具有良好的可观测性。

5 FGSVG的可靠性设计

  FGSVG系列产品的主电路采用链式逆变器拓扑结构,Y型连接,10kV装置每相12个单元串联组成,6kV装置每相8个单元串联组成,运行方式为N+1模式。图2为10kV电压等级系统连接原理图。

图2  10kV电压等级系统连接原理

  这种结构可以独立分相控制,有利于解决相间平衡问题,在系统受到干扰时,更好地提供电压支撑;所有链节的结构结构完全相同,可以实现模块化设计,便于扩展装置容量;每相链节可设置一个冗余链节,当一个单元出现故障后仍可以满负荷继续运行,确保装置的可靠性;去掉了连接变压器,降低了装置成本和损耗。

  功率单元包括滤波电容,IGBT,电源和控制板。为保证功率单元的可靠性,设计时选用同一批次的元器件,保证各元器件性能的一致性。所有功率单元在装配检验合格后均要做老化试验。功率单元采用优化的散热设计,独立风道设计有效解决单元温升和整套装置的防护等级。

  FGSVG装置控制核心由高速32位数字信号处理器DSP、大规模可编程逻辑器件CPLD/FPGA和一体化人机界面协同运算来实现,精心设计的算法可以保证FGSVG达到最优的运行性能。提供友好的全中文监控和操作界面,同时可以实现远程监控和网络化控制。

图3    系统界面

图4  状态量显示界面

  PLC控制器用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号的协调,增强了系统的灵活性。控制器采用大规模集成电路和表面焊接技术,系统具有极高的可靠性。
另外,控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术,低压部分和高压部分完全可靠隔离,系统具有极高的安全性,同时具有很好的抗电磁干扰性能,并且控制器有一套独立于高压电源的供电体系,功率单元的控制电源采用一个独立于高压系统的电源,方便调试、维修、现场培训,增强了系统的可靠性。在不加高压的情况下,设备各点的波形与加高压情况基本相似,给整机调试、培训带来了很大方便。

6 FGSVG在各行业中的应用

  FGSVG不仅能提高电网输送能力,而且可以优化电能质量,在对电能要求较高的各行业中得到了广泛的应用。

  风力发电系统具有随机性和波动大的明显特征,在运行中需要大量无功。FGSVG调节速度快,可以平滑连续的调节输出无功,提高风机的瞬时功率因数,实现25次以下谐波的有效滤波。

  煤矿行业由于采用大量的感应电动机,具有负荷重,功率因数低,电压不稳定的特点。FGSVG可以快速连续的调节,从而稳定并提高系统的平均电压,降低电压闪变和谐波电流。不仅能提高负荷功率因数,还可滤除低次谐波。

  在城镇区域供电电网中,由于供电距离长,一般配置容量较大的电容器定补装置。以±2Mvar/10kV无功补偿装置在四川三台县富顺镇供电所的应用为例,富顺镇供电所有两台变压器4000kVA一台和3150kVA一台,正常运行一台4000kVA的,另一台只在用电高峰期才投运。输入线35kV一套,输出线10kV五套,配有一台1.2Mvar电容器定补装置,给五个乡镇配送电。用电高峰期短,一般只有四五个小时,长时间处于低负荷状态,由于电容器补偿装置补偿容量不变,只能向系统提供容性无功,不能随负载的变化实现快速精确的调整,在保证母线系统功率因数的同时,容易向系统倒送无功,抬高母线电压。FGSVG具有容感性连续调节功能,实时检测供电系统的用电情况,安装FGSVG装置后,不仅使电网功率因数提高到99.3%以上,并且解决了现有电容器补偿装置“过补”的问题,减少了电容器投切的次数,延长了设备的使用寿命,避免电容器投切时浪涌冲击及操作过电压,可有效降低线路损耗、改善电压质量、充分发挥供电设备的潜力,并可为用户节约电费支出,具有非常显著的社会效益和经济效益。

图5 使用FGSVG前的功率因数曲线

图6  使用FGSVG后的功率因数曲线

7 结束语

  FGSVG系列产品是山东新风光电子科技发展有限公司为满足市场需求研发的节能设备,拥有自主知识产权和多项发明专利。公司新研发的多电平二极管箝位型FGSVG产品试验样机已成功下线,该产品有多个电压台阶,更接近正弦波,谐波性能更好。变流器的等效开关频率减少,减少了电磁干扰,降低了半导体开关对散热的要求。由于三相共用直流侧电容器,特别适合于三相能量相互交换的系统。在变流器不耗能的理想情况下,所需电容器可选得很小,即使在非理想情况下存在电容电压不稳,也可通过辅助控制方法或辅助控制电路进行平衡控制。另外,在背靠背应用中,不存在直通现象,可广泛应用于电力系统中。
 

【 返回上一页 】