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2020年5月29日
文档仅供参考

1、技术方案 2
第1章 企业简介 2
第2章 荣信公司的优势及其生产的SVG技术特点 7
第3章 SVG总体说明 9
第4章 SVG系统设计原始资料 18
第5章 方案设计 20
第6章 SVG控制策略介绍 27
第7章 关键设备及其技术特点 38
2、企业质量保证体系 46
2.1、质量管理体系 46
2.2、ISO9001质量体系认证证书 48
3、近三年相类似的工程业绩 54
3.1、业绩表 54
3.2、部分合同复印件 68
3.3、用户证明文件 91
4、质保期及售后服务 100
4.1、质保期 100
4.2、售后服务 101
5、供货范围 112
5.1、设备清单 112
5.2、备品备件及专用工具 112
5.3、保运三年所需的备品备件清单(价格不包含在总价中) 113
5.4、图纸 113
6、合同签订后满足施工图设计图纸资料及供货最短时间 114
6.1、技术资料的交付 114
6.2、最短供货时间 114
7、型式试验报告 115
7.1、型式试验报告 115
7.2、电磁兼容型式试验报告 125

1、技术方案
第1章 企业简介
1.1、工厂简介
荣信(.com)是国家发展计划委员会设专项资金建设的专业从事节能、安全大功率电力电子成套装置研究开发、系统设计、装备制造和客户服务的国家级高新技术企业。
荣信电力电子股份有限公司(简称:荣信股份,代码:002123)作为中国电力电子技术领域第一支股票从 3月28日开始在深圳证券交易所挂牌交易,为深交所中小板100指数成份股、泰达环保指数成份股。
公司总部坐落于辽宁省鞍山国家高新技术产业开发区,占地面积1 0m2,建筑面积90000m2,厂房面积70000m2,办公面积 0m2。拥有工程技术人员500余人,其中有外国常驻专家5人,教授级高级工程师5人,副教授级高级工程师9人,博士及博士后25人,硕士研究生40人,工程师416人。
自1998年起获得了国家发改委支持的SVC国家高技术产业化示范工程等4项国家高技术产业化重点专项,5项国家科技部国家重点新产品,5项国家科技部国家科技创新基金项目,1项铁道部节能示范项目。
获得了”十一五”国家科技支撑计划<电力电子关键器件及重大装备研制>重点项目——中高压、世界最大容量±200MVA级链式及多电平变流器与静止补偿器研制。
荣信是 国家科技部认定的”国家火炬计划重点高新技术企业”和 国家发改委、信息产业部、商务部、国家税务总局联合认定的”国家规划布局内重点软件企业”。
已经建立了良性循环的创新战略管理机制,具有原始创新能力。发起、起草和制定了第一部SVC产品国家标准,已获得40余项国家专利和10项软件著作版权。当前已成为安全、节能大功率电力电子专业的领先者,整体实力居国内同行业之首。在以下领域拥有全部自主知识产权,包括高压静止无功发生器(SVG)、高压静止型动态无功补偿装置(SVC)、高压大功率电机变频调速装置(HVC)、高压有级变频起动系列(VFS)、智能型瓦斯排放器(MABZ)、大型煤矿瓦斯安全监控与排放自动化成套系统(RGM)等多个系列高科技产品。
精心建造的,世界一流、具有国际先进水平的电力电子装备制造基地和技术试验研究中心,包括中国唯一SVG高压全载试验检测中心(66kV/16000kVA)、HVC高压全载试验检测中心(10kV/2×4000kW)、等效全工况试验装置、冲击电压发生器、步入式交变温湿度试验室、电力系统动模试验装置、RTDS数字实时仿真系统、EMC测试设备等,可承担电力电子领域最复杂及最前沿的试验研究。
当前已承接业务为生产能力的50％,尚可承接50％的生产任务,能够承接本项目SVG。
已具备年产200套高压静止无功发生器(SVG);300套高压动态无功补偿装置(SVC); 台智能瓦斯排放装置(MABZ);300套高压变频装置(HVC);200套高压有级变频起动系列(VFS)的生产能力。
SVG各项技术指标达到国际先进水平,性能价格比明显优于同类产品,在中国已全面替代进口并出口意大利、缅甸、泰国、越南等国家和地区。产品陆续成功地应用于多家供电系统区域变电站、大中型冶金企业、煤炭系统变电所、电铁牵引变电站,为用户解决了困扰企业生产多年的难题。
依托公司雄厚的技术力量,荣信公司从 底就着手研发高压大容量的SVG。 ,由荣信公司自行研制的以美国TI公司的TMS320F2812型DSP为核心控制器的SVG试验平台顺利完成。 ,荣信公司研制的国内首台应用于牵引变流站的SVG投入运行。在此基础上,依托公司的技术储备和联合攻关,荣信当前已有多套高压静止无功发生器SVG装置已投运或正在现场安装调试。特别是 ,荣信作为主承担单位获得了”十一五” 国家科技支撑计划<电力电子关键器件及重大装备研制>重点项目——中高压、世界最大容量±200MVA级链式及多电平变流器与静止补偿器研制。
荣信愿与国内外著名研究机构和电气公司进行紧密的学术联系和技术合作,并与广大客户一道以先进的技术、优质的产品、永恒的服务,为国家建设节约型社会;为冶金、电力、煤炭、电气化铁路、有色冶金、石油化工等行业的节能降耗、安全生产和洁净电网做出贡献;为中国经济的长期可持续发展做出贡献。

1.2、SVG产品发展概况
作为静止型动态无功补偿的新一代产品,SVG在响应速度、稳定电网电压、降低系统损耗、增加传输能力、提高瞬变电压极限、降低谐波和减小占地面积等多方面具有更加优越的性能。依托公司雄厚的技术力量,荣信公司从 底就着手研发高压大容量的SVG。 ,由荣信公司自行研制的以美国TI公司DSP为核心控制器的SVG试验平台顺利完成。 ,荣信公司研制的国内首台应用于牵引变流站的SVG投入运行。当前,荣信生产的百余套SVG已经在电网、轨道交通、冶金、煤矿、风电、石化等行业广泛应用,其技术先进性和运行可靠性均得到了用户的高度认可。荣信公司当前已拥有SVG产品相关的21 项核心专利与9 项软件著作权。
11月,受国家科技部的委托,荣信公司又承担了”十一五”国家科技支撑计划<电力电子关键器件及重大装备研制>的重点项目——中高压、百兆伏安级链式及多电平静止变流器及静止补偿器(SVG)研制。该项目的装置直挂电压等级为35kV,容量为200MVA,两者均为世界第一。该项目预计于 末在中国南方电网公司投运。该项目完成后,将大大提高中国电网的稳定水平,为中国电网的无功、谐波、电网稳定等问题提供有效的整体解决方案。
3月,受国家科技部的委托,荣信公司又承担了国家科技支撑计划<中国高速列车关键技术研究及装备研制>的重点项目——高速铁路供电系统综合补偿及谐波抑制(SVG)技术。该项目的装置直挂电压等级为27.5kV或55kV,容量为20MVA,在该领域处于世界领先水平。该项目完成后,将大大提高中国高速铁路和重载铁路牵引供电系统的稳定水平,为中国电气化铁路的无功、谐波、电网稳定等问题提供最有效的整体解决方案。
荣信公司集各方之所长,技术力量雄厚,具有全方位研究、设计、制造及检测能力,并与国内外著名研究机构及电气公司有着紧密地学术联系和技术合作,本公司的众多优秀技术人员愿与广大用户的专家们一道努力,以先进的技术和优质的产品,致力于中国的电网稳定和纯净工程,为各工矿企业及电力部门的节能降耗和安全生产做出贡献。

第2章 荣信公司的优势及其生产的SVG技术特点
荣信公司在国内SVG领域,应用业绩最多,技术最成熟可靠,是替代进口的主力军,是国家级SVG生产制造基地。
2.1、公司优势
l 已成功实施了百余套SVG项目,可最大限度地确保系统的安全、可靠性;
l 开创了利用SVG进行区域电网负序电流、谐波电流治理的先河,为中国同类工程的建设积累了宝贵经验;
l 建有具有国际先进水平的、国内唯一的SVG装置高压全载试验中心,确保SVG设备的可靠性,并缩短了现场调试时间;
l 是国家发展计划委员会为加快中国在SVG领域的国产化和国际化进程,替代进口,立专项资金建设的国家高技术产业化示范工程;
l 荣信公司承担了多项国家SVG的重大项目。 ,荣信公司作为主承担单位承担了国家科技部的科研项目——200Mvar变流器的研制及其产业化推广;
l SVG已做到了标准化生产,有完善的备品备件库,可及时方便、快捷、优质地为用户提供专业的售后服务,并可使用户做到备件零库存,降低用户运行成本;
l 是国家引进外国智力重点企业,聘有多名外国权威技术专家驻华工作;
l 是国内制造周期、现场调试时间最短的动补装置生产企业;
l 是规范化的股份制企业,管理完善,资产优良,有较强的经济实力,可确保项目的顺利实施。
2.2、技术特点
l 本项目设计选用成熟、可靠、先进、实用的,基于DSP全数字控制系统的SVG新型电能质量补偿装置。主要元器件选用国外著名公司的进口产品,IGBT、IGCT或IEGT采用原装进口优质组件,因其导通一致性好、压降小、热阻小,最适合高压SVG装置的长期可靠运行;
l 我公司具有全国唯一的SVG全载试验中心,设备出厂前进行高压全载试验,保证设备运行的可靠性,大大缩短了现场调试时间;
l 在国内同行业率先采用全球远程监控系统,可为用户随时提供在线诊断、提示服务,提高了设备的长期可靠运行率;
l 产品生产贯彻ISO9001质保体系,所有元器件均经过严格筛选,所有电路板经过100%在线检测;所有电路板在经过工作电流的条件下做48小时高低温循环老化试验(－10℃～＋55℃),电路板焊接采用无铅热风回流焊机和无铅双波峰焊机;
l 荣信公司采用国际先进的系统仿真软件,对谐波潮流、谐波阻抗、系统设置、操作过电压等进行仿真计算,保证系统不同运行工况条件下,所设计的滤波器不与系统产生并联谐振和谐波放大;
l 控制系统采用基于DSP的全数字控制系统;
l 监控系统采用一体化工作站,人机界面友好,方便用户使用和维护。
第3章 SVG总体说明
3.1 控制原理说明及框图
3.1.1 供电系统结构
一般电力系统用户负荷吸收有功功率和无功功率

图3.1 简单的负荷连接
电源提供有功功率PS和无功功率QS(可能为感性无功,也可能是容性无功),忽略变压器和线路损耗,则有,。没有足够无功补偿的电网存在以下几个问题:
1)电网从远端传送无功;
2)负荷的无功冲击影响本地电网和上级电网的供电质量;
3)负荷的不平衡与谐波也会影响电网的电能质量;
因此,电力系统一般都要求对用电负荷进行必要的无功、不平衡与谐波补偿,以提高电力系统的带载能力,净化电网,改进电网电能质量。
3.1.2 SVG用于补偿无功

图3.2 带有SVG无功补偿装置的系统
假设负荷消耗感性无功(一般工业用户都是如此)QL,此时控制SVG使其产生容性无功功率,并取QSVG=QL,这样在负荷波动过程中,就能够保证:QS=QSVG-QL=0。
如果对电网等比较复杂的补偿对象而言,当需要向电网提供感性无功时,能够经过对SVG的控制,使其产生感性无功功率,并取QSVG=QC,这样在负荷波动过程中,依然能够保证:QS=QSVG-QC=0。
另外,SVG在补偿系统无功功率达同时,几乎不产生谐波。更重要的是,SVG还能够对系统的谐波、不平衡等电能质量问题进行多功能综合补偿,实现有源滤波(APF)的功能。
3.1.3 SVG用于有源滤波

图3.3 基本原理图
有源滤波器的基本思想如图3.3。谐波源一般为非线性负荷,如整流器、带有整流环节的变频器及大量带有开关器件的设备等,产生谐波电流;供电系统一般为被保护对象,也即要达到最终流入或流出系统的电流是谐波含量极少的正弦波,有时还有功率因数要求;有源滤波装置表现为流控电流源,它的作用是产生和谐波源谐波电流有相同幅值而相位相反的补偿电流,来达到消除谐波的目的。与无源滤波装置相比,有源滤波器是一种主动型的补偿装置,具有较好的动态性能。
3.1.4 SVG的基本原理
所谓SVG(Static Var Generator),就是专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。

图3.4 SVG与系统的连接示意图
设电网电压和SVG输出的交流电压分别用相量和表示,则连接电抗X上的电压即为和的相量差,而连接电抗的电流是能够由其电压来控制的。这个电流就是SVG从电网吸收的电流。如果未计及连接电抗器和变流器的损耗,SVG的工作原理能够用图3.5a)所示的单相等效电路图来说明。在这种情况下,只需使与同相,仅改变幅值大小即能够控制SVG从电网吸收的电流是超前还是滞后90°,而且能控制该电流的大小。

a)单相等效电路 b)相量图
图3.5 SVG等效电路及工作原理(未计及损耗)
SVG详细的工作模式及其补偿特性如表1所示。
表3.1 SVG的运行模式及其补偿特性说明

采用直接电流控制的有源滤波型中压SVG的工作原理如图3.6所示。从图中能够得出式(1),即电源电流是负载电流和补偿电流之相量和。假设负载电流中含有基波正序电流(包括基波正序无功电流和基波正序有功电流)、基波负序电流和谐波电流,如式(2)所示。

图3.6 采用直接电流控制的静止无功发生器的工作原理
(1)
(2)
为使电源电流中不含有基波正序无功和基波负序电流,则需要控制SVG输出电流满足式(3)。这样电源电流中就只含有基波正序有功和谐波电流,如式(4)所示。
(3)
(4)
因此,要想达到补偿目的,关键是控制SVG输出电流满足式(3)。
从SVG工作原理的描述能够看出,如果要使SVG在补偿无功的基础上还对负载谐波进行抑制,只需要使SVG输出相应的谐波电流即可。因此,从这个意义上说,SVG能够同时实现补偿无功电流和谐波电流的双重目标。
3.1.5 SVG的优势
经过上一节对SVG原理的描述能够知道,SVG能够根据负载特点和工况,自动调节其输出的无功功率的大小和性质(容性或者感性)。因此,从本质上讲,SVG能够等效为大小能够连续调节的电容或电抗器。
SVG是当前最为先进的无功补偿技术,其基于电压源型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,而是经过大功率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,SVG较传统的无功补偿装置有如下优势:
(1) 响应时间更快
SVG响应时间:≤5ms。
传统静补装置响应时间: ≥10ms。
SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换,这种无可比拟的响应速度完全能够胜任对冲击性负荷的补偿。
(2) 抑制电压闪变能力更强
传统无功补偿装置对电压闪变的抑制最大可达2:1,SVG对电压闪变的抑制能够达到5:1,甚至更高。传统无功补偿装置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SVG由于响应速度极快,增大装置容量能够继续提高抑制电压闪变的能力。
(3) 运行范围更宽
SVG能够在额定感性到额定容性的范围内工作,因此比传统无功补偿装置的运行范围宽很多。
更重要的是,在系统电压变低时,SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流。而传统无功补偿装置输出的无功电流与电网电压成正比,电网电压越低,其输出的无功电流也越低,因此对电网的补偿能力也相应变弱。这是传统无功补偿装置技术本质的缺点。
(4) 补偿功能多样化
使同一套SVG装置,能够实现不同的多种补偿功能:
² 单独补偿负载无功
² 单独补偿负载谐波
² 单独补偿负载不平衡
² 同时补偿负载无功、谐波和不平衡
因此,SVG具有强大的补偿功能。
(5) 谐波含量极低
荣信SVG采用了PWM技术、多电平技术和多重化技术,不但自身产生的谐波含量极低,还能够对负载的谐波和无功进行补偿,实现有源滤波的功能,真正做到多功能化。
(6) 占地面积较小
由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件,SVG的占地面积一般很小。
3.2 SVG系统的组成及控制原理
3.2.1 SVG系统组成(示例)

图3.7 SVG组成示意图

图3.8 SVG功率单元组成示意图
3.2.2 SVG控制系统的基本组成
对SVG而言,常见的是恒无功功率控制方法。对采用直接电流控制的恒无功功率控制方法框图如图3.9所示。

图3.9 SVG控制系统的示意图
3.2.3 恒无功控制
SVG连接到系统中,经过控制SVG输出电流的幅值与相位来决定从SVG输出的无功的性质与大小QSVG,SVG输出的无功与系统负荷无功相抵消,只要Qs(系统)=QL(负载)-QSVG=恒定值(或0),功率因数就能保持恒定,电压几乎不波动。最重要的是精确计算出负载中的瞬时无功电流。采集的进线电流及母线电压经运算后得出要补偿的无功功率,计算机发出触发脉冲,光纤传输至脉冲放大单元,经放大后触发IGBT,获得所补偿的无功电流。

第4章 SVG系统设计原始资料
4.1 系统概况
谢桥煤矿在工业场地设1座110kV变电所,装备3台31500kVA、110/35/6.3kV三卷主变,全矿最大负荷约为33000kW。当前本变电所自然功率因数0.7。
当前谢桥煤矿变电所三段6kV母线每段各有一套SVC,设备容量均为12.4Mvar;I、III段的SVC为 安装的产品, II段的SVC为 前投运的老产品,本次改造是将II段母线的SVC设备更换为SVG。
正常时工业场地变电所3台主变为分列运行,但存在长期两两并列运行的可能,动补设备应能适应这两种运行方式。
110kV母线的最小短路容量为308MVA,最大短路容量为707MVA。
6kV母线的最小短路容量为118MVA,最大短路容量为150MVA。
4.2 自然情况
1．谢桥煤矿位于安徽省颖上县东北部,距颖上县城约20km距淮南市约70km。隶属淮南矿业(集团)有限责任公司
2．环境条件:
年平均空气压力101.3kPa,年最低空气压力97.0 kPa;
海拔:0 km;
最高日平均气温35℃,年平均14.1℃,最高温度41.2℃,最低温度-22.8℃;
最湿月月平均最大相对湿度95%;
地震烈度:6度;
有少量粉煤尘。
4.3 负荷参数
6kV母线的主要负荷如下:
主井绞车:装备2套提升机,各配1台3200kW的同步电动机,电控系统为晶闸管交～交变频供电装置。
矸石井:装备1套提升机,配1台1700kW的直流电动机,电控系统正常运行为12脉动晶闸管直流电控装置,故障运行为6脉动晶闸管直流电控装置。
其它:本段6kV母线上还运行10000kW(不含谐波源负荷)自然功率因数为0.75的感性无功负荷。
第5章 方案设计
5.1 矿业系统中SVG的作用
5.1.1 电机、整流负载对电网电能质量的影响
整流负载,由于电力电子器件的非线性和波形非正弦的特点,由电力电子器件组成的整流设备的电源侧(网侧)的电流不但含有基波,还包含丰富的谐波,其注入电网的谐波电流分为特征谐波和非特征谐波两类。非特征谐波在理想状态下不存在,但由于整流机组(或系统) 间负载不均衡,交流侧三相电压或阻抗不对称等,则产生非特征谐波。
整流系统在整个运行期间功率因数偏低,这些都会给电网的运行和效率带来不良的影响,同时也会对接在该公用电网中的其它用电设备带来一些不良的影响甚至危害。
随着由电力电子器件组成的整流装置的广泛应用和容量的不断增加,上述给公用电网和其它用电设备带来的不良影响(有人称之为电网污染或公害)日益显著。因此,在设计或构成一个整流系统时,必须考虑谐波治理及无功功率补偿的问题。
综上所述,整流设备对电网的不利影响主要表现在:
— 平均功率因数低
— 产生谐波电流
谐波电流在各个方面对设备都有一定的影响:
1)谐波对供电变压器的影响
谐波对供电变压器的影响主要是产生附加损耗,温升增加,出力下降,影响绝缘寿命。
2)谐波对旋转电机的影响
谐波对旋转电机的主要影响是产生附加损耗,其次产生机械振动,噪声和谐波过电压。
3)谐波对电缆及并联电容器的影响,当产生谐波放大时,并联电容器,将因过电流及过电压而损坏,严重时将危及整个供电系统的安全运行。
4)谐波对变流装置的影响
交流电压畸变可能引起不可逆变流设备控制角的时间间隔不等,并经过正反馈而放大系统的电压畸变,使变流器工作不稳定,而对逆变器则可能发生换流失败而无法工作,甚至损坏变流设备。
5)谐波对通信产生干扰,使电度计量产生误差。
6)谐波对继电保护自动装置和计算机等也将产生不良影响。
5.1.2 改进矿业系统变电站运行性能的措施
除了合理的进行规划设计外,有必要采取改进变电站运行性能的有效措施。降低各种负载对电网的影响,除了合理选择接入电网的地点和方式,增加接入点的短路容量外,改进矿业系统变电站的运行性能有两个基本的途径,其一是选用性能优良的各种无谐波高功率因数的高、低压变频器和配套电机等;其二是在现有的变电站的基础上,经过装设灵活的调节装置来改进系统的运行性能,如动态的无功调节装置(SVG)等。
5.1.3 加装SVG的必要性
无功问题和谐波问题都会给电网的运行或效率带来不良的影响,同时也会对接在该公用电网中的其它用电设备带来一些不良的影响甚至危害。
当消弧线圈调谐不当和系统对地电容处于串联谐振状态时会引起中性点电压过高,而且会对上述无功问题和谐波问题进一步放大(电容器的应用也可能导致谐波放大现象),从而引起三相对地电压严重不平衡,会对电气设备的安全运行造成极大的威胁。因此系统必须考虑加装快速的无功功率补偿装置,以滤除谐波,平衡无功的波动。
静止无功发生器(SVG)能够快速平滑调节无功补偿功率的大小,提供动态的电压支撑,改进系统的运行性能。
在系统发生短路故障情况下,SVG的动态无功调节能力能够加快故障切除后内部工况的恢复过程;在负载变化情况下,SVG能够使变电站的电压波动明显降低,对工艺设备及变电站安全运行和稳定电能质量均有很好的作用。
5.2 方案设计
将原有SVC改造成SVG主要需要考虑两方面的问题,一是经过补偿无功功率,提高功率因数,抑制电压波动;二是考虑滤波容量,因为SVC是依靠FC进行无源滤波,不需要占用容量,而SVG是有源滤波设备,需要留有相应的滤波容量。两方面的问题具体分析如下。
5.2.1 无功功率补偿容量
根据我公司 10月20日至21日对该母线的测试可知,当前已有补偿容量为12.4Mvar的SVC,已将平均功率因数补偿到0.97(如图5.1),满足用户要求;母线的最大无功冲击为2.33Mvar,而6kV母线的最小短路容量为118MVA,国家允许的电压波动为±2%,对应的无功波动量为±2.36Mvar,因此,无功波动也满足国家标准。因此就补偿无功功率而言,12.4Mvar的容量正好,无需增减。

图5.1 已有SVC补偿后母线的功率因数

图5.2 已有SVC补偿后母线的无功波动
5.2.2 谐波补偿容量
1. 谐波电流叠加原则
根据国家标准<电能质量 公共电网谐波>GB/T 14549－93,先计算每台电机的谐波发生量,然后对多个谐波源的同次谐波电流进行迭加计算。
同次谐波电流相位角确定时采用下式进行计算:
In=
式中:I1n为第一个谐波源的n次谐波电流
I2n为第二个谐波源的n次谐波电流
θn两个谐波源谐波电流之间的相位角
相位角θn不能确定时:
In=
表5-1 叠加系数Kn取值
N
3
5
7
11
13
>13
9
偶次
Kn
1.62
1.28
0.72
0.18
0.08
0

2. 负荷产生的谐波电流
依据我公司10月20日-22日对负荷的测试,综合测试结果及仿真计算结果,并根据谐波电流叠加原则得出6kV母线的谐波电流值为:
表5-2 6kV母线的谐波电流值
谐波次数
2
3
4
5
6
7
8
9
谐波值(A)
6.79
6.08
5.35
38.9
11.4
18.9
6.21
3.2
谐波次数
10
11
12
13
14
15
16
17
谐波值(A)
8.22
51.4
8.96
35.1
2.09
4.97
2.41
5.56
谐波次数
18
19
20
21
22
23
24
25
谐波值(A)
2.91
5.38
3.25
1.84
2.22
6.4
1.02
6.6
根据以上各次谐波电流值,计算出谐波电流总有效值为:
I==78.61A
3. 谐波补偿容量
根据上面计算出来的谐波电流总有效值,计算出补偿谐波电流所需要的容量为:
Q=UI=816.97kvar
5.2.3 补偿设备容量确定
根据以上计算,可知本项目所需要的总补偿容量为:
Q总=12400+816.97=13216.97kvar
根据以上计算,为了留有余量,最终确定补偿设备的容量为15000kvar。由于SVG本身不改变系统阻抗,因此在6kV母线Ⅱ段增加此套SVG后,能够与6kV母线Ⅰ段原有的SVC并联使用。
5.3 设备投运后达到的技术指标和性能考核
(1) 用户考核点(PCC点)6kV母线的功率因数值高于0.95。
(2) 单套SVG输出调节范围为-100%～100%(无级可调)
(3) 系统响应时间≤5ms。
(4) 设备具有一定的过载能力,SVG能承受1.15倍额定电流。
(5) 装置具备完善的控制、保护和报警措施。在装置故障时提供报警信号,严重故障时封锁SVG驱动脉冲,同时将装置退出运行。
(6) 成套装置采用强制风冷,技术先进、运行安全可靠,适应现场环境。
(7) 6kV母线电压的电压波动满足国家标准<电能质量、电压波动和闪变>GB/T12326－ 。
(8) 注入系统的谐波电流和6kV母线电压总谐波畸变率低于国家标准<电能质量、公用电网谐波>GB/T14549-93。允许的谐波电流畸变如下:
总谐波电压畸变
奇次谐波电压畸变
偶次谐波电压畸变
4.0%
3.2%
1.6%

第6章 SVG控制策略介绍
6.1 控制策略设计
SVG的控制目标主要是抑制暂态电压变化。暂态电压发生变化的可能原因包括发生故障和负荷大幅突增,特点是电压很快下降,很可能是单调下降,结果将是暂态电压失稳和引起低压释放负荷。为了维持暂态电压稳定并减少低压释放负荷,一方面要求SVG能够动态补偿较大的容量,另一方面要求SVG具有较快的响应速度。
基础技术研究阶段的仿真研究表明:
1)SVG能够快速支撑电压,减少低压释放负荷;
2)SVG能够提高暂态电压稳定性;
SVG的快速动态特性对减少释放负荷,支撑电压水平有显著的作用,装置的响应时间越短,作用效果就越好,装置响应时间为30ms时的效益比80ms时提高了58％。
SVG控制策略中主控制主要包括低电压控制及过电压控制,同时,在SVG控制策略中除了主控制外,加入辅助控制。辅助控制包括无功储备控制,过电压和低电压控制以及过流控制。
6.1.1 主控制策略
1. 电压控制
一般情况下SVG的输出无功根据系统电压的变化采用斜线控制,在电网暂态过程阶段迅速发出无功(响应速度<20ms),以维持电网的稳定。
在控制上,SVG与SVC的区别在于:在SVC中,由外闭环调节器输出的控制信号用作SVC等效电纳的参考值Bref,以此信号来控制SVC调节到所需的等效电纳;而在SVG中,外闭环调节器输出的控制信号则被视为补偿器应产生的无功电流(或无功功率)的参考值。正是在如何由无功电流(或无功功率)参考值调节SVG真正产生所需的无功电流(或无功功率)这个环节上,形成了SVG多种多样的具体控制方法,而这与传统SVC所采用的触发角移相控制原理是完全不同的。
当前SVG的控制主要从控制策略和外闭环反馈控制量和调节器的选取两方面考虑,但无论是哪一方面都要根据补偿器要实现的功能和应用的场合来决定。由于日负荷的变动和电网其它因素的影响,系统电压会发生一定的波动,SVG能够根据按系统无功电压要求,快速释放或吸收无功功率,提供动态的无功支撑,使得系统电压维持在一定范围内。为达到稳定电压的目的,一般采用PI控制器来保证电压控制的动态品质和稳态精度。

图6-1 SVG的U-I特性曲线
根据前面对SVG工作原理的分析,可得其电压—电流特性,如图6-1所示。能够看出,当电网电压下降,补偿器的电压—电流特性向下调整时,SVG能够调整其变流器交流侧电压的幅值和相位,以使其所能提供的最大无功电流ILmax和ICmax维持不变,仅受其电力半导体器件的电流容量限制。而对传统的SVC,由于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,因而随着电压的降低而减小。因此SVG的运行范围比传统的SVC大,SVC的运行范围是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。这是SVG优越于传统SVC的一大特点。
如图6-1,改变系统电压参考值时,能够使电压-电流特性上下移动,但和SVC相比,它的最大无功电流(容性和感性)保持不变(SVC受并联电抗器和并联电容器阻抗的限制,随着电压降低而减小)。
电压调节器的作用过程为:将测量得到的控制变量与参考值相比较,然后输入到控制器的传递函数,控制器根据SVG的U－I特性曲线得到所需无功电流值,然后经过对SVG的电流闭环控制,使得SVG发出(吸收)的电流等于给定无功电流值。这样SVG的工作状态将随系统情况的变化而进行变化,当电压高时,输出更多的感性无功(如A点),当电压比较低时,输出更多的容性无功(如B点),从而使系统电压稳定在一定范围之内。
SVG控制的线性范围是SVG端电压随SVG电流作线性变化的控制区域,其中电流或无功功率能够在整个容性到感性的区域内变化。
实际的无功补偿装置一般不设计成具有水平的电压-电流特性,而是设计成具有一定斜率的特性(如图6-1所示)。这样设计具有以下几个优点:
(1)达到几乎相同的控制目标能够大大减小SVG的额定无功功率
(2)防止SVG过于频繁达到无功功率限制值
(3)多个并联无功补偿器的无功输出功率容易分配
U-I特性曲线中的斜率即调差率被定义为在补偿器的线性控制区域内,电压幅值增量与电流幅值增量之比值,因此斜率KSL可由下式给出:

其中,ΔV——电压幅值增量(V);
ΔI——电流幅值增量(A)。
斜率的标幺值为:

其中,Vr和Ir——SVG电压和电流的额定值。
当ΔI =Ir时,

其中,Qr——SVG的额定无功功率。
因此,斜率还能够定义为当SVG输出最大无功功率时,引起的电压变化占额定电压的百分比,这个最大无功功率值是最大感性无功功率和最大容性无功功率中较大的一个,因为一般SVG的额定无功功率对应较大的那个无功功率值。一般斜率保持在1％～10％的范围内,典型值为3％～5％。一般,在U-I特性曲线中加入一个特定的斜率是必要的。
在实际应用中一般采用电流反馈来实现这个斜率,从而得到电压调节器的控制框图:

图6-2 电压调节器控制框图
2. 恒无功控制
恒无功控制是当控制器故障或其它非正常状态下,一种手动调节无功功率的手段。
此时SVG能够看成一个无功源,根据设定的无功值,由无功闭环控制使SVG达到恒无功输出。设定的无功值能在满足规定的范围内连续可调。此控制与电压控制不能同时存在,当两者进行切换时能够平滑过渡并不会引起瞬时无功冲击。由于SVG装置的响应速度快,因此各参量的计算均应采用基于瞬时值的方法,否则参量计算的延时易于导致控制器发生振荡,影响控制器的性能。因此恒无功控制时,无功计算采用瞬时无功功率的计算方法。瞬时无功功率理论中的概念,都是在瞬时值的基础上定义的,它不但适用于正弦波,也适用于非正弦波和任何过渡过程的情况。
设三相电路各相电压、电流的瞬时值分别为ea、eb 、ec 和ia 、ib 、ic ,把它们变换到三相正交的α-β坐标系。

其中

因此三相电路瞬时无功功率p(瞬时有功q)能够得到如下表示式:

恒无功控制经过瞬时无功理论计算出瞬时无功然后经过PI调节器的闭环控制,使得SVG发出的无功等于给定值。

图6-3 恒无功控制框图
6.1.2 辅助控制策略
1. 无功储备控制
为了提高系统的稳定性,SVG需要大量的无功功率储备。当系统发生扰动时,快速电压调节控制利用SVG的大部分可控无功功率将端电压维持在预先设定的值上。如果SVG继续维持这种状态,那么在下一个扰动到来时它就没有足够的无功容量来有效地响应这个扰动。而且SVG的响应速度很快(ms级),因此在系统出现故障时能迅速提供无功支撑,而且SVG能够在很低的电压下依然能够输出额定无功电流,这是一般设备所不具备的。为了充分发挥SVG响应迅速,输出无功能力强的优点,在电压在允许范围时能够将SVG一部分无功进行储备,当系统需要时迅速释放。
其作用过程为:当电压在一定的允许范围内波动并持续一段时间,认为系统达到一个稳定的状态,此时SVG开始慢慢进行无功储备(输出容性无功开始减小),随着SVG无功储备的开始,系统电压也会随着减小。只要系统电压一直维持在允许范围内,则SVG一直进行储备直到容性无功全部储备。当系统电压超出允许的范围,则SVG停止储备。当系统电压很低时,SVG迅速释放储备的无功,以支撑系统电压。由于无功储备的过程时间几十秒或数分钟,因此它不会影响主控制,只是作为主控制的一个辅助控制。
假设SVG初始的稳态运行点为l,即系统一负荷线与SVG的U-I特性曲线的交点。如果系统突然发生扰动,使SVG的母线电压降低了△VT,由于电压调节器的作用,SVG的运行点将迅速移动到2,点2是新的系统一负荷线与SVG的U-I特性曲线的交点。
如果上述的电压下降维持一定时间,无功储备功能将SVG的参考电压值降低△VSR。,从而使SVG的稳态工作点移动到3。这样,尽管SVG电压已经低于期望的参考值,但SVG的无功功率可控范围得到了恢复,从而依然具有抵御系统事故的能力。邻近的无功电源这时能够投入,以提升SVG的电压达到期望的值。
具体的无功储备过程如图6-4所示:

图6-4 SVG无功储备过程

2. 低电压及过电压控制
在系统严重低电压的瞬间(例如发生故障时),SVG中的控制逻辑将把SVG闭锁。如果在这样的情况下SVG继续工作,电压调整器将动作,那么SVG将产生极大的容性输出,这样就会在故障清除的瞬间产生极大的过电压。图6-5显示了低电压策略的模型框图。其中,Vmeas表示高压侧SVG母线电压标么值,UVmin和UVmax分别表示低电压的上限和下限。

图6-5 低电压策略
假设在发生三相故障时,当三相整流电压低于门槛电压Uvmin(一般是0.6pu),以下的动作将被禁止:
l 电压调整器失效;
l 电纳调整器被禁止。
当电压回升到第二个定值点UVmax(一般是0. 69pu,比第一定值点U高),经过一段预先设定的延时(大约30ms),钳制也被取消。再经过一段预先设定的延时(大约170ms),电纳调整器恢复工作。低电压策略一般设计主要保证在三相故障时能够有效工作,而不是在单相接地故障期间。这两种故障的差别经过选择门槛电压来完成。
如果电压高,控制系统将向系统发出感性无功功率,同时控制附近并联电容器组切除或并联电抗器组投入,使电压保持