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1 SVG裝置的工作原理

1.1供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一般電力系統(tǒng)用戶(hù)負(fù)荷吸收有功功率PL和無(wú)功功率QL,，簡(jiǎn)單的負(fù)荷連接如圖1所示,。

圖1 簡(jiǎn)單的負(fù)荷連接圖

電源提供有功功率PS和無(wú)功功率QS（可能為感性無(wú)功，也可能是容性無(wú)功）,，忽略變壓器和線(xiàn)路損耗,，則有，,。沒(méi)有足夠無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娋W(wǎng)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）電網(wǎng)從遠(yuǎn)端傳送無(wú)功,；

（2）負(fù)荷的無(wú)功沖擊影響本地電網(wǎng)和上級(jí)電網(wǎng)的供電質(zhì)量；

（3）負(fù)荷的不平衡與諧波也會(huì)影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量,。

因此,，電力系統(tǒng)一般都要求對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行必要的無(wú)功、不平衡與諧波補(bǔ)償,，以提高電力系統(tǒng)的帶載能力,，凈化電網(wǎng)，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量,。

1.2 SVG用于補(bǔ)償無(wú)功

圖2 帶有SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置的系統(tǒng)

假設(shè)負(fù)荷消耗感性無(wú)功（一般工業(yè)用戶(hù)都是如此）QL，此時(shí)控制SVG使其產(chǎn)生容性無(wú)功功率,，并取QSVG=QL,，這樣在負(fù)荷波動(dòng)過(guò)程中，就可以保證：QS=QSVG-QL=0,。

如果對(duì)電網(wǎng)等比較復(fù)雜的補(bǔ)償對(duì)象而言,，當(dāng)需要向電網(wǎng)提供感性無(wú)功時(shí)，可以通過(guò)對(duì)SVG的控制,，使其產(chǎn)生感性無(wú)功功率,，并取QSVG=QC，這樣在負(fù)荷波動(dòng)過(guò)程中,，仍然可以保證：QS=QSVG-QC=0,。

此外，SVG在補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功功率的同時(shí),，幾乎不產(chǎn)生諧波,。更重要的是,，SVG還可以對(duì)系統(tǒng)的諧波、不平衡等電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行多功能綜合補(bǔ)償,，實(shí)現(xiàn)部分有源濾波（APF）的功能,。

1.3 SVG用于有源濾波

圖3 基本原理圖

有源濾波器的基本思想如圖3所示。諧波源一般為非線(xiàn)性負(fù)荷,，如整流器,、帶有整流環(huán)節(jié)的變頻器及大量帶有開(kāi)關(guān)器件的設(shè)備等，產(chǎn)生諧波電流Ih,；供電系統(tǒng)一般為被保護(hù)對(duì)象,，也即要達(dá)到最終流入或流出系統(tǒng)的電流是諧波含量極少的正弦波，有時(shí)還有功率因數(shù)要求,；有源濾波裝置表現(xiàn)為可控電流源,，它的作用是產(chǎn)生和諧波源諧波電流有相同幅值而相位相反的補(bǔ)償電流-Ih，來(lái)達(dá)到消除諧波的目的,。與無(wú)源濾波裝置相比,，有源濾波器是一種動(dòng)態(tài)變化的補(bǔ)償裝置，具有較好的動(dòng)態(tài)性能,。

1.4 SVG控制策略

SVG的控制目標(biāo)主要是抑制暫態(tài)電壓變化,。暫態(tài)電壓發(fā)生變化的可能原因包括發(fā)生故障和負(fù)荷大幅突增，特點(diǎn)是電壓很快下降,，很可能是單調(diào)下降,，結(jié)果將是暫態(tài)電壓失穩(wěn)和引起低壓釋放負(fù)荷。為了維持暫態(tài)電壓穩(wěn)定并減少低壓釋放負(fù)荷,，一方面要求SVG能夠動(dòng)態(tài)補(bǔ)償較大的容量,，另一方面要求SVG具有較快的響應(yīng)速度。新風(fēng)光公司FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間≤5ms,，完全符合要求,。

SVG還具有以下特點(diǎn)：

（1）SVG可以快速支撐電壓，減少低壓釋放負(fù)荷,；

（2）SVG可以提高暫態(tài)電壓穩(wěn)定性,。

SVG的快速動(dòng)態(tài)特性對(duì)減少釋放負(fù)荷，支撐電壓水平有顯著的作用,，裝置的響應(yīng)時(shí)間短,，作用效果好。

SVG控制策略主要包括低電壓控制及過(guò)電壓控制,，同時(shí),，在SVG控制策略中除了主控制外，加入輔助控制,。輔助控制包括無(wú)功儲(chǔ)備控制,，小電流不均壓控制,，自動(dòng)識(shí)別相序以及過(guò)流控制。

由上可以看出,，SVG系統(tǒng)對(duì)于保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有很好的效果,。

2用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)改造前情況

該煤礦是兗礦集團(tuán)的下屬煤礦之一，該礦井共有3臺(tái)主變,，其中1#主變?nèi)萘?1.5MVA,，2#主變?nèi)萘?1.5MVA，3#主變?nèi)萘?0MVA,。運(yùn)行方式為1#主變主運(yùn)行,，2#、3#主變冷備用,。110/6kV側(cè)均為單母線(xiàn)分段接線(xiàn)方式,，其中6kV兩段母線(xiàn)并列運(yùn)行。礦井統(tǒng)計(jì)總裝機(jī)負(fù)荷約80MW,。

礦井主降壓變電所采用SVC即FC+TCR型集中補(bǔ)償方式,。FC（兼做濾波通道）有效補(bǔ)償容量共16.27Mvar。其中4次2組,，8次2組,，3次1組，5次1組,，TCR調(diào)節(jié)支路共9Mvar,。TCR回路、3次1組,、5次1組、4次1組,、8次1組運(yùn)行于I段,，4次1組,、8次1組運(yùn)行于II段,。

礦井電源電壓一般在114-115kV,，主變運(yùn)行于8檔,，F(xiàn)C全部投入,，目標(biāo)值母線(xiàn)電壓6.3kV,，母線(xiàn)電壓越線(xiàn)報(bào)警值為5.7-6.6kV,。投入順序?yàn)橄韧度擘穸?次、5次,、4次,、8次（3次,、5次分別閉鎖I段的4次,、8次）,，再投入Ⅱ段4次,、8次,，避免放大低次諧波。

現(xiàn)運(yùn)行主要現(xiàn)象為：負(fù)荷超過(guò)24000kW時(shí),，6kV側(cè)電壓降低到5.9kV,；負(fù)荷降低到12000kW時(shí)，必須切掉1組8次濾波器,，110kV側(cè)電壓高于115kV時(shí),，還必須再切掉1組4次濾波器,，才能將6kV側(cè)電壓降低到6.6kV以下,，此時(shí)的TCR輸出電流為810A,，已到極限,。

其中,，主井絞車(chē)：2×2600kW/AC-AC變頻變速,，12相整流,；副井絞車(chē)：2×1250kW/AC-AC 變頻變速,，6相整流,；膠帶機(jī)：4×315kW,，AC電機(jī)，變頻調(diào)速，是產(chǎn)生諧波污染的主要來(lái)源,，影響了礦井其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行,，不利于礦井生產(chǎn)的順利進(jìn)行,。

該礦領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過(guò)研究分析,，決定采用SVG裝置對(duì)原有無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造,，經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比各廠(chǎng)家產(chǎn)品情況,，選用了新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的FGSVG-C13.0/6型（13Mvar/6kV）高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)1套進(jìn)行了改造,，取得了良好效果。

3 SVG改造控制方案介紹

新風(fēng)光公司FGSVG-C13.0/6型（13Mvar/6kV）高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)安裝在6kV系統(tǒng)Ⅱ段,。該控制系統(tǒng)以6kV側(cè)母線(xiàn)無(wú)功功率作為控制目標(biāo),。FGSVG裝置額定補(bǔ)償容量為-13Mvar（感性）～13Mvar（容性）無(wú)功連續(xù)可調(diào)。

因本項(xiàng)目原有SVC裝置控制策略是以6kV母線(xiàn)無(wú)功功率作為控制目標(biāo),，因此本次改造在滿(mǎn)足無(wú)功容量的同時(shí)還需修改控制策略,。兩套動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在一段母線(xiàn)上，其控制目標(biāo)也是相同的,，因此,，兩套裝置需要具備并聯(lián)運(yùn)行功能，且不能出現(xiàn)沖突情況,。需對(duì)原有SVC裝置需要進(jìn)行升級(jí)改造,，改造后，由新風(fēng)光公司SVG裝置作為主控制系統(tǒng),，協(xié)調(diào)TCR裝置的無(wú)功出力,，從而達(dá)到整套系統(tǒng)的無(wú)功平衡。改造后的無(wú)功控制整套系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)6Mvar（感性）～-29Mvar（容性）之間連續(xù)平滑調(diào)節(jié),，并具備濾波功能,。

4 新風(fēng)光公司FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)基本介紹

新風(fēng)光公司FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，采用現(xiàn)代電力電子,、自動(dòng)化,、微電子及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，采用先進(jìn)的瞬時(shí)無(wú)功功率理論和基于同步坐標(biāo)變換的功率解耦算法,，以功率因數(shù),、電網(wǎng)電壓或者兩者分時(shí)間段作為控制目標(biāo)，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出,，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高質(zhì)量運(yùn)行,。

FGSVG系列高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。系統(tǒng)主電路采用鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu),，每相由多個(gè)換流鏈模塊（功率單元）組成,，并采用冗余設(shè)計(jì),，滿(mǎn)足“N-1”的運(yùn)行要求；功率單元利用可關(guān)斷大功率電力電子器件（IGBT）組成橋式電路,。它的輸出電壓是由多個(gè)電平臺(tái)階合成的階梯波,，開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力小，避免大的dv/dt所導(dǎo)致的問(wèn)題,。FGSVG系列高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)可多臺(tái)FGSVG并聯(lián)安裝,，極易擴(kuò)展容量,。

圖4 FGSVG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4.1 功率單元

功率單元簡(jiǎn)化電路如圖5所示,。每個(gè)功率單元均具有完善的保護(hù)措施，并將各工作狀態(tài)送回主控系統(tǒng),，主控與各單元信號(hào)連接均采用光纖通訊,。功率單元主回路是典型的H橋電路。

圖5功率單元簡(jiǎn)化電路

為了得到更快的響應(yīng)速度和更高的性能采用電流直接控制技術(shù)和載波移相技術(shù),，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)無(wú)功電流的快速控制和更優(yōu)的并網(wǎng)電流波形，如圖6所示,。FGSVG能夠快速連續(xù)地提供容性或者感性無(wú)功功率,，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾妷汉蜔o(wú)功功率控制,，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定,、優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行,。

圖6 感性額定電流到容性額定電流響應(yīng)時(shí)間測(cè)試波形

4.2控制及保護(hù)功能

4.2.1控制系統(tǒng)

控制柜采用柜式結(jié)構(gòu),，柜體選用優(yōu)質(zhì)“三防”產(chǎn)品,，抗電磁干擾能力強(qiáng),?？刂乒裼芍骺貦C(jī)箱、PLC（可編程邏輯控制器）和觸摸屏等幾個(gè)主要部分組成,。

主控機(jī)箱是新風(fēng)光公司自主研發(fā)的，通過(guò)了嚴(yán)苛的EMC（電磁兼容性）認(rèn)證、溫度循環(huán)及振動(dòng)試驗(yàn)的處理,，具有極高的可靠性。主控機(jī)箱內(nèi)含有電源板,、主控板,、分相板、分信號(hào)板等線(xiàn)路板,，實(shí)現(xiàn)插卡式互連,，穩(wěn)定性好,，易于維護(hù)。

主控箱中控制核心由高速32位數(shù)字信號(hào)處理器DSP,、大規(guī)模可編程邏輯器件CPLD/FPGA協(xié)同運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn),?？刂破鞑捎秒p核控制芯片,，分別負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)算法與通訊，保證了設(shè)備的運(yùn)算性能與控制精度,。精心設(shè)計(jì)的算法可以保證FGSVG達(dá)到較優(yōu)的運(yùn)行性能,。控制器采用大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù),，利用自動(dòng)化焊接設(shè)備進(jìn)行焊接,、針床測(cè)試進(jìn)行檢驗(yàn)，系統(tǒng)具有極高的可靠性,。

采用工業(yè)級(jí)PLC,，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的邏輯控制，實(shí)時(shí)與主控部分,、觸摸屏通訊,，把裝置的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)的傳給觸摸屏顯示，完成觸摸屏,、柜門(mén)按鈕對(duì)裝置的控制,，實(shí)現(xiàn)柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的可靠邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性,。

選用知名品牌人機(jī)界面,，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，可查詢(xún)與設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)以及整機(jī)邏輯控制等功能,。人機(jī)界面具有豐富的顯示界面,，可實(shí)時(shí)狀態(tài)量及模擬量的顯示、運(yùn)行歷史事件記錄,、歷史曲線(xiàn)記錄查詢(xún),、單元狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)信息查詢(xún),、歷史故障查詢(xún)等功能外,，還具有上電控制系統(tǒng)自檢、一鍵開(kāi)停機(jī),、分時(shí)控制,、示波器、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能,。

控制系統(tǒng)具有和上位機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn)化接口,。通訊采用RS485等通訊接口，采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU或用戶(hù)自定義等多種通訊協(xié)議,，非常方便與現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行通訊,。

4.2.2裝置主要保護(hù)功能

（1）裝置過(guò)電流保護(hù)

（2）電網(wǎng)過(guò)電壓保護(hù)

（3）電網(wǎng)欠電壓保護(hù)

（4）單元過(guò)壓保護(hù)

（5）單元過(guò)溫保護(hù)

（6）單元短路保護(hù)

（7）單元通訊異常保護(hù)

（8）光纖傳輸異常保護(hù)

裝置內(nèi)部出現(xiàn)任何電路故障均有告警,、停機(jī)等相應(yīng)對(duì)策,，及時(shí)上傳，不會(huì)對(duì)上級(jí)系統(tǒng)造成影響,。成套裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè),、遠(yuǎn)程手動(dòng)投切和就地手動(dòng)投切，各種方式之間有可靠的閉鎖,，防止發(fā)生事故,。檢測(cè)、控制均實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)無(wú)人值守,。

5 應(yīng)用效果

2014年9月,，該煤礦應(yīng)用了新風(fēng)光公司FGSVG-C13.0/6型（13Mvar/6kV）型1套高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行了改造，配合原SVC投入運(yùn)行,，充分發(fā)揮了SVG的快速特性和電容器組的穩(wěn)態(tài)性能,，使系統(tǒng)在補(bǔ)償特性、可靠性等方面達(dá)到較優(yōu),。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面,。

（1）功率因數(shù)大大提高，既節(jié)約了生產(chǎn)成本,，又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的,。據(jù)統(tǒng)計(jì),，2套SVG一年節(jié)省電費(fèi)80萬(wàn)元左右。

（2）改善了供電系統(tǒng)供電波形,，提高了供電質(zhì)量,，受電終端電壓閃變情況基本消失。

（3）改造后,，6kV母線(xiàn)的諧波電壓總畸變率,、奇次諧波電壓含有率、偶次諧波電壓含有率,、各次諧波電流,、電壓不平衡度、電壓波動(dòng),、功率因數(shù)等滿(mǎn)足電能質(zhì)量有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,，保障了煤礦其他的自動(dòng)化儀表，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行,，降低了相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用,，為煤礦生產(chǎn)的安全保駕護(hù)航。