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ZLVAR(SVG)系列有源动态无功和谐波补偿装置

 


 

适用范围
    近年来,动态无功及谐波补偿装置越来越广泛地应用于电网及电力用户端,用于提高电网及电压稳定性,改善用户电能质量并达到节省电能的目的。
   中磊新科的电器产品研发团队在多年大功率电子产品研发的技术和经验基础上,通过与清华大学柔性输配电系统及大功率电力电子专家的合作,又成功研发了高性价比的新一代有缘动态无功与谐波补偿装置SVG,可直接接入1KV--35KV电压等级母线,为电网或用电负荷提供快速有缘动态无功补偿和谐波滤波,可有效提高电网电压暂态稳定性、抑制母线电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数。
SVG可应用于:
电网枢纽变电站:提高系统暂态电压稳定性,确保系统运行安全;
风力发电厂:提高母线电压稳定性,抑制振荡;
冶金行业、石化行业、矿山及电气化铁路:抑制电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数;
其他行业:抑制电压波动、滤除负荷谐波及提高功率因数。
型号命名

电气原理
  ZLVAR是由链式静止同步补偿器(STATCOM/DSATCOM,又称为SVG)和固定电容器构成的,按各自容量的不同可组合成各种补偿范围的有源动态无功和谐波补偿装置。其中的SVG不同于传统SVC的阻抗补偿(靠电容器和电抗器发出和吸收无功)原理,而是基于电压源自换相换流器,原理上等效于静止的同步调相机,但性能上又远优于调相机和SVC.

               

 

       

 

 

性能特点
    和传统的SVC相比,SVG具有以下独特的优点:
 
1.  启动冲击小
    SVG部分采用自励方式启动,启动快速且冲击电流限制在很小的幅值;
 
2. 任意组合的连续补偿范围
    SVG可以从额定感性工况到额定容性工况连续输出无功,和固定电容器组合可构成任意范围的连续补偿;
 
3. 动态响应速度快
    SVG具有10ms以内的快速输出无功特性,因而对快速的冲击负荷具有更好的补偿效果,对闪变有更好的抑制效果,而传统的SVC响应时间一般在40ms-60ms(太快可能引起电抗和电容器产生振荡)。
 
4.  优异的谐波输出特性
    SVG既可以输出近似正弦波的无功电流(不含谐波,用于电网补偿),也可以输出设定次数的谐波电流(用于负荷谐波滤波),既SVG输出电流是完全有源可控的,完全满足用户的需要;而SVC产生大量不可控的谐波电流,又附带大量不可控的无源滤波支路来实现自身产生的谐波电流的滤波。


 

5.  占地面积小
    SVG以半导体功率器件构成的逆变器为核心,使用直流电容器储能,无SVC中体积庞大的滤波支路和电抗器,安装尺寸一般只有SVC的1/5-1/3,特别适合于对占地面积要求较高的场合。ZLVAR系列SVG可做成移动式装置。
 
6.  高效率
    SVG采用新型低损耗IGBT功率器件,直接输出电压范围1KV-35KV,省去了连接变压器,装置效率可达99%以上;而由于损耗曲线特性优于SVC(SVC空载时损耗达到最大),SVG的等效运行损耗一般只有SVC的1/3-1/2,等效运行耗电量大大低于SVC.

 

 

  

7.  超强补偿能力
    SVG输出电流不依赖于系统电压,表现为恒流源特性,在系统电压跌落到20%时仍可以输出额定无功电流,具有更宽的运行范围;而SVC输出电流与系统电压成正比下降,使得达到同等补偿效果SVG容量可以比SVC容量小20%-30%。通过对固定电容器组的组合控制,可以更好的满足系统和负荷的补偿范围要求。


 

 

SVG与SVC的比较
 
比较内容
SVG
SVC
无功控制能力
从额定容性到额定感性无功连续运行
连续,容性无功由FC或滤波器组提供,TCR只提供感性无功
无功补偿响应速度
响应速度快(1ms-10ms)不引起电网谐振
响应速度慢(40ms-60ms)需要考虑电网谐振问题
快速冲击负荷补偿效果
较差
电压对补偿效果的影响
输出无功电流与系统电压无关
系统电压下降时输出无功电流成比例下降
同等补偿效果所需容量
1.0
1.2-1.3
占地面积
小(为SVC的1/5-1/3)
输出谐波
系统补偿时很小,可忽略;负荷补偿时吸收负荷谐波电流
产生大量谐波需要多组滤波器
价格比较
SVG与SVC价格相当
铜铁价格的上升对SVC成本影响大
 
 
 
 
典型0-100Mvar电路
 
 

  

 
 
 
 
 
损耗与输出无功的关系
 

综合性能/价格比
SVG优点:性价比高,补偿能力强,速度快,占地小,损耗小
SVC缺点:性价比低,反应慢,谐波大,占地面积大,损耗大
 
ZLVAR产品系列
6KV系列(注:尺寸如有变动,恕不例行通知,具体尺寸以技术协议为准)
 
 
型号
SVG容量(Mvar)
SVG额定输出电流(A)
冷却方式
SVG安装室尺寸(高3.5m)
FC安装室尺寸(高3.5m)
长(m)
宽(m)
长(m)
宽(m)
ZLVAR-06/4/0
±2
192
风冷
7.5
3.5
7.5
3.0
ZLVAR-06/6/0
±3
288
风冷
8.0
3.5
8.0
3.0
ZLVAR-06/10/0
±5
480
风冷
9.0
3.5
9.0
3.0
 
 
10KV(注:尺寸如有变动,恕不例行通知,具体尺寸以技术协议为准)
 
 
型号
SVG容量(Mvar)
SVG额定输出电流(A)
冷却方式
SVG安装室尺寸(高3.5m)
FC安装室尺寸(高3.5m)
长(m)
宽(m)
长(m)
宽(m)
ZLVAR-10/4/0
±2
115
风冷
9.0
3.5
9.0
3.0
ZLVAR-10/6/0
±3
173
风冷
9.0
3.5
9.0
3.0
ZLVAR-10/10/0
±5
288
风冷
10.0
3.5
10.0
3.0
ZLVAR-10/16/0
±8
480
风冷
11.0
3.5
11.0
3.5
ZLVAR-10/20/0
±10
576
风冷
11.5
3.5
11.5
3.5
ZLVAR-10/30/0
±15
864
风冷
14.5
3.5
14.5
3.5
ZLVAR-10/40/0
±20
1154
水冷
15.5
3.0
15.5
3.0
ZLVAR-10/60/0
±30
1735
水冷
16.5
3.0
16.5
3.0
 
 
 
35KV(注:尺寸如有变动,恕不例行通知,具体尺寸以技术协议为准
 
 
型号
SVG容量(Mvar)
SVG额定输出电流(A)
冷却方式
SVG安装室尺寸(高3.5m)
FC安装室尺寸(高3.5m)
长(m)
宽(m)
长(m)
宽(m)
ZLVAR-35/16/0
±8
132
风冷
17.0
3.0
7.8
6.0
ZLVAR-35/32/0
±16
264
风冷
19.0
3.0
9.0
7.0
ZLVAR-35/60/0
±30
495
水冷
11.5
6.0
11.5
7.0
ZLVAR-35/80/0
±40
660
水冷
13.5
6.0
13.5
7.0
ZLVAR-35/100/0
±50
825
水冷
13.5
6.0
13.5
7.0
ZLVAR-35/150/0
±75
1237
水冷
16.5
7.0
16.5
7.5
ZLVAR-35/200/0
±100
1650
水冷
16.5
7.0
16.5
8.5

 

8.高可靠性
    SVG采用N+1或N+2冗余主电路拓扑结构,一个(或两个)链接单元损坏后仍可继续满负荷运行;在系统短路故障条件下,SVG可连续稳定运行,而SVC因可控硅触发问题可能发生闭锁推出运行;SVC使用了大量电容器电抗器,当外部系统容量与补偿装置的容量可比时,SVC会产生不稳定性而发生振荡,而SVG对外部系统运行条件和结构变化不敏感。SVG还避免了功率器件的直接串联。
 
9各种补偿功能
    抑制电力系统过电压,改善系统电压稳定性;
    提高系统暂态稳定水平,减少低压释放负荷数量,并防止发生暂态电压崩溃;
    动态地维持输电线路端电压,提高输电线路稳态传输功率极限;
    阻尼电力系统功率振荡;
    在负荷侧,能抑制电压闪变、补偿负荷不平衡、提高负荷功率因数、滤除谐波。
 
功能
 
1.  模块化的电路结构
 
    SVG的核心是基于IGBT器件的链式逆变器。链式逆变器每相由多个功率模块输出串联而成,功率模块采用N+1或N+2冗余运行结构;
    模块控制采用大规模FPGA芯片载波移相多电平空间矢量PWM控制策略,电路简单,抗干扰能力强,可靠性高;
采用自励启动技术,使得装置投入时冲击电流小;
    模块面板共4个电气端子,2个光纤端子,接线简单,还设有若干状态及故障指示灯,方便维护及检修。
 
 
2. 控制
 
    采用基于3DSP及多FPGA的全数字化控制器MLCCON,具有高集成度,可靠性高;
    现场可设定控制方式,系统补偿或负荷补偿及负荷补偿谐波次数;
    采用快速瞬时无功电流控制策略,可实现系统短路故障时的连续稳定运行;
   采用进口PLC实现多组固定电容器的综合投切控制。
   控制器全封闭防尘设计,无需冷却风扇,大大提高可靠性;
 

3.  监控与人机接口
    本地监控功能由DSP及进口PLC共同完成,采用触摸屏中/英文显示界面,比嵌入式工控机界面硬件可靠性高,更适用于工业现场电磁环境;
    本地监控面板进行各种控制操作和参数设置;
    显示面板具有功率模块直流电压、功率模块故障/旁路状态、输出电流、负荷电流、故障显示及故障追忆等功能,可显示输出电流波形;
    远方通信监控接口为RS232/RS485和CAN总线,备有计算机网络监控的RJ45扩展口和通信转换模块,可以灵活支持Modbus、Profibus、TCP/IP和IEC61850等通信协议;
    可以通过远方计算机进行实时状态监控;
    具有GPRS远程接口,装置通过互联网装置,将系统运行数据,状态量和报警信息等,利用GPRS网络发送到本公司后台服务器,实现对现场的实时监控,以确定其安全情况和运行情况,大幅提高了系统运行的可靠性及可维护性。
 
4. 参数设定功能
    具有多种功能参数设置,方便不同负荷对象运行参数的现场配置;
    所有功能参数项用中文提示,所有功能参数具有停电保护功能(双份),可以整体备份或恢复。
 
5.  不停电控制电源
    控制电源采用多模块并联运行且带直流UPS后备,当交流控制电源停电时,由直流UPS后备,提供控制电源,装置运行不受影响。
 
6.电磁兼容
    功率模块和主控系统采用光纤连接,具有很高的通信速率和抗干扰能力,安全性好。
特殊设计的柜体内的电磁屏蔽措施,使得装置在有电磁干扰的环境中工作不受影响,同时,其他设备也不会受装置所产生的电磁场的影响。


 

应用实例
1 . SVG用于电网补偿
    上海市电力公司为提高系统暂态电压稳定水平,减少故障时低压释放负荷数量,决定在黄渡分区西郊变电站投运一台50MvarSTATCOM装置(由清华大学柔性输配电系统研究所负责全部技术研发工作),并实现已有4组固定电容器的综合控制以达到最优补偿效果。

2. SVG用于电弧炉补偿
    冶金行业的交、直流电弧炉是非线性的冲击负荷,炉料融化期间电弧的不稳定,给系统带来有功、无功冲击。无功功率的冲击带来了母线电压的持续波动,造成了闪变现象的产生。交流电弧炉三相放电电弧的差异还造成负荷电流不平衡,而直流电弧炉则造成多次谐波电流超标。
    采用SVG可以对电弧炉实现动态无功、谐波及不平衡负荷电流的补偿,大幅度提高母线电压稳定度(完全满足国家标准),显著减少断弧现象,提高了冶炼效率,吨钢电耗量一般可减少10%以上,单炉冶炼时间也缩短8%-15%,也可大大降低谐波过电压带来的电缆绝缘损坏频度,带来显著的经济效益。
瑞典的Uddeholm Tooling钢铁公司在1999年为其66吨电弧炉配置了±22Mvar的SVG装置。安装SVG后钢厂的各项指标变化如上表。该钢厂每年节能降耗和增长的经济效益总和可达千万元人民币。


 

3.   SVG用于轧钢机补偿
     轧钢机负荷由大功率直流电动机,异步电动机,同步电动机及各种直流整流器,交流变频调速器等大功率电力电子设备组成,冲击大、无功消耗大、谐波电流大、功率因数低,造成母线电压反复波动,大量谐波电流流入电网,使配电损耗变大,同时造成谐波尖峰电压,损坏电缆绝缘。这些特征造成电网不能满足国家电能质量标准的要求,不利于电网经济运行,对用户电器设备也造成恶劣影响。
    采用SVG对轧钢机负荷进行补偿,可以稳定系统母线电压,满足生产需要,并大大节约系统无功损耗,而且避免传统SVC等阻抗型补偿装置带来的系统谐振或者谐波放大等问题,极大的提高电网的安全性。
 
4. SVG用于风力发电场补偿
    风力发电场一般短路容量小,风力发电机输出功率的波动或负荷的波动都可能造成接入母线的电压波动频繁,不仅影响了电网的电能质量,对风机的正常发电运行也造成了影响。SVG的动态性能优越,性价比高,非常适用于风电场无功补偿。国外的风电场已普遍开始应用SVG进行无功快速补偿。
 
5.  SVG的其他应用
    其他应用包括电气化铁路的综合电能质量补偿、大型工业用户的综合电能质量补偿。

 

技术指标    
 

标准
通用标准包括GB,UL,IEEE
逆变器类型
链式换流器,采用IGBT器件
装置容量
1Mvar-200Mvar
并网点电压等级
45HZ-55HZ,6KV/10KV/27KV/35KV
并网点电压允许波动范围
30%额定电压到120%额定电压
启动方式
自励启动,启动冲击电流小
控制电源
45HZ-55HZ,380V±20%,内含免维护后备电源
无功输出范围
额定感性到额定容性无功,连续调节
无功输出特性
电流源输出,在系统电压降到20%仍输出额定容性无功电流
补偿方式控制
系统补偿或负荷补偿
系统补偿功能
电压调节,无功调节,暂稳控制,阻尼控制
负荷补偿功能
功率因数补偿,电压闪变抑制,谐波补偿,负荷不平衡补偿
无功输出响应速度
1ms-10ms
综合补偿控制
可控制多组补偿电容器或电抗器的自动投切
过载能力
标准:允许10%连续过载,20%过载5秒,30%过载立即保护
故障处理
链式换流器采用N+1/N+2冗余运行,故障功率模块自动旁路,装置运行不受影响
效率
满载时大于99%
保护功能
输出过电流,系统短路,系统过压,PT断线,过温,水冷故障,通信失败等保护。
远程监控
数字方式;RS485、CAN、Modbus、profibus、TCP/IP,GPRS,6路可编程外部开关量输入(DC24V)
信号输出
4路可编程模拟量输出(0-20mA);6路可编程开出(DC24V/50mA)。
入机界面
中文液晶触摸屏图文人机界面
噪声
在距离装置1米的范围内任何一个方向进行测试,所测得的噪声不超过80分贝
装置尺寸
根据具体型号确定
运行环境要求
0-40℃,95%相对湿度
储存/运行环境温度
-40℃-70℃
抗震
抗震能力为7级,振动0.5G
海拔高度
1000米以下,超过1000米降容使用

 

  
北京禾业达电力科技有限公司 联系人:南志杨 手机:13911273327 电话:010-82386098 传真:010-82386098 厂址:北京市昌平区昌平路99号B027号 网址:http://www.heyeda.com 邮箱:ZYN1177@tom.com

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