HDSVG系列高压动态无功补偿装置

发布时间：2018-01-22 00:00浏览次数： 来源于：

1.概述
    HDSVG系列高压动态无功补偿装置是以IGBT为核心的无功补偿系统，能够快速连续的提供容性或感性无功功率，实现考核点恒定无功、恒定电压和恒定功率因数等控制，保障电力系统稳定、高效、优质地运行。在配电网中，将中小容量的HDSVG产品安装在某些特殊负荷（如电弧炉）附近，可以显著地改善负荷与公共电网连接点处的电能质量，例如提高功率因数、平衡三相电压、抑制电压闪变和电压波动、治理谐波污染等。
2、产品特点
HDSVG系列高压动态无功补偿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，以设定的无功性质及大小、功率因数、电网电压等为控制目标运行，动态的跟踪电网电能质量变化调节无功输出，并能实现曲线设定运行，提升电网质量。
易操作、高性能、高可靠性的HDSVG系列高压动态无功补偿装置为满足用户对提高输配电电网的功率因数、治理谐波、补偿负序电流的迫切需求做出相应设计，具有以下特点：
◆功率单元采用一次性成型模具结构，通用性强，可以实现系列化产品的备品备件通用，功率单元一次端子和二次信号接口统一，方便后期的维护。
◆功率单元额安装方式采用功率接插件，方便现场安装、检修、维护等工作，有效的提高效率。
◆薄膜电容的使用寿命达10年以上，电容器厂家提供经过TUV认证的证明，杜绝使用油浸式电容。
◆动态响应速度快，响应时间≤5ms。
◆总谐波电流失真（THD）≤3%。
◆多种运行模式极大的满足用户需求、运行模式有：恒装置无功功率模式、恒考核点无功功率模式、恒考核点功率因数模式、恒考核点电压模式、负载补偿模式、目标值可实时更改。
◆实时跟踪负荷变化，动态连续平滑补偿无功功率，提高系统功率因数，实时治理谐波，补偿负序电流，提高电网供电质量。
◆抑制电压闪变，改善电压质量，稳定系统电压。
◆HDSVG电路参数精心设计，发热量小，效率高，运行成本低。
◆设备结构紧凑，占地面积小。
◆灰尘滤网方便维护，在不停机的情况下能够安全，方便地清洗滤网。
◆主电路采用IGBT组成的H桥功率单元链式串联结构，每相由多个相同功率单元组成，整机输出由PWM波形叠加而成的阶梯波，逼近正弦，经输出电抗滤波后正弦度良好。
◆HDSVG采用冗余性设计和模块化设计，满足系统高可靠性的需求。

◆功率电路模块化设计，维护简单，互换性好。
◆保护功能齐全，具有过压、过流、单元过热、不均压等保护，并能实现故障瞬间的波形录制，便于确定故障点，易维护，运行可靠性高。
◆与现场的信号交互完善，有以太网、485通讯接口、支持MODBUS-RTU、电力CDT规约、IEC104以及用户自定义等通讯协议。
◆人机界面友好显示，除具有实时数字量及模拟量的显示、运行历史事件记录、历史曲线记录查询、单元状态监控、系统信息查询、历史故障查询等功能外，还具有送电后系统自检，一键开停机、分时控制、示波器（AD通道强制录波）、故障瞬间电压/电流波形记录等特色功能。
◆HDSVG设计包含于FC配合使用额接口，实现定补和助补的有效结合，为用户提供更经济，更灵活的补偿方案。
◆投切时无暂态冲击，无合涌流，无电弧重燃，无需放电即可再投。
◆与系统连接时，不需要考虑交流系统相序、连接方便。
◆可并联安装，极易扩展容量，并机运行使用光纤通讯，通讯速度快，能够完好的满足实时补偿的要求。
◆所有的部件要求经过环境测试，并出具报告。
◆控制板件也经过环境测试与EMC测试，并出具报告。
◆具有国家权威机构出具的实验报告，并在有效期内。
◆产品具有国家煤炭行业权威机构出具的矿用电气设备矿用合格证。
◆具有同类产品的多年生产制造经验，并在煤炭、冶金、光伏等行业有丰富的应用经验。
3.应用领域及用途
HDSVG系列高压动态无功补偿装置可广泛应用于石油化工、电力系统、冶金、电气化铁路、城市建设等行业中，为各种异步电动机、变压器、晶闸管变流器、感应炉、照明设备、电弧炉、电力机车、提升机、起重机、冲压机、吊车、电梯、风力发电机、电梯、电焊机、电阻炉、石英熔炼炉等设备提供高质量、高可靠性的无功补偿及滤波的解决方案。
HDSVG系列高压动态无功补偿装置可以增强电力传输能力、减少电能损耗、补偿无功功率、治理谐波、抑制闪变、稳定电网电压、平衡三相系统、改变系统的阻尼特性、提高系统的稳定性。
4.产品规格型号与外形尺寸
HDSVG系列高压动态无功补偿装置命名规则如下：



注：容量（Mvar）表示从感性无功到容性无功动态调节范围内的额定调节容量。例如C2.0/10表示：直挂式10kV、容量为±2Mvar（感性）到-2000kvar（容量）范围内对无功进行连续平滑调节。
4.1.室内型HDSVG型号规格与尺寸
室内型HDSVG系列电压等级6kV成套装置选型与外形尺寸如下：




图3 室内型HDSVG-C6.0/6外形图




表1 HDSVG户内式6kV机型规格与尺寸
说明：（1）高度不含风机高度（约500mm）。
      （2）容量（Mvar）表示从感性无功到容性无功动态调节范围内的额定调节容量，例如C5.0/6表示：6kV、容量为±5Mvar装置，即+5Mvar（感性）到-5Mvar（容性）范围内对无功进行连续平滑调节。
      （3）使用空心电抗的设备无电抗柜，需另外规划摆放空间。
      （4）以上尺寸仅供参考，公司保留对产生升级和改进的权利，若有产品尺寸更改恕不另行通知。
    室内型HDSVG系列电压等级10kV成套装置选型与外形尺寸如下：




图4 室内型HDSVG-C6.0/10外形图





表2 HDSVG户内式10kV机型规格与尺寸
    说明：（1）高度不含风机高度（约500mm）。
          （2）容量（Mvar）表示从感性无功到容性无功动态调节范围内的额定调节容量，例如C5.0/6表示：6kV、容量为±5Mvar装置，即+5Mvar（感性）到-5Mvar（容性）范围内对无功进行连续平滑调节。
          （3）使用空心电抗的设备无电抗柜，需另外规划摆放空间。
          （4）以上尺寸仅供参考，公司保留对产生升级和改进的权利，若有产品尺寸更改恕不另行通知。
    室内型HDSVG系列电压等级35kV成套装置选型与外形尺寸如下：


图5 室内型HDSVG-C12.0/35外形图









表3 HDSVG户内式35kV机型规格与尺寸
    说明：（1）高度不含风机高度（约500mm）。
          （2）容量（Mvar）表示从感性无功到容性无功动态调节范围内的额定调节容量，例如C8.0/35表示：35kV、容量为±8Mvar装置，即+8Mvar（感性）到-8Mvar（容性）范围内对无功进行连续平滑调节。
          （3）35kV设备使用空心电抗的设备无电抗柜，需另外规划摆放空间。
          （4）对于35kV系列产品，三相可分为三排前后就近布置。
4.2 户外型HDSVG型号规格与尺寸
户外型HDSVG系列电压等级6kV成套装置选型与外形尺寸如下：




图6  户外型HDSVG-C6.0/6-O外形图



表4 HDSVG户外式6kV机型规格与尺寸
户外型HDSVG系列电压等级10kV成套装置选型与外形尺寸如下：



图7  户外型HDSVG-C6.0/10-O外形图





表5 HDSVG户外式10kV机型规格与尺寸
户外型HDSVG系列电压等级35kV成套装置选型与外形尺寸如下：



图8  户外型HDSVG-C12.0/35-O外形图







表6 HDSVG户外式35kV机型规格与尺寸

3.产品特性
5.1技术参数
◆额定容量：±1Mvar-±100Mvar;
◆额定电压：6kV、10kV、27.5kV、35kV；
◆系统频率：50Hz；
◆过载能力：大于120%；
◆响应时间：≤5ms；
◆有功损耗：≤0.8%；
◆总谐波电流失真（THDi）：≤3%；
◆控制电源：380VAC、220VAC或者220VDC；
◆无功调节方式：容性、感性自动连续平滑调节；
◆起调功率：5kvar；
◆补偿电流分辨率：0.5A；
◆通讯接口：以太网、RS485和CAN等通讯接口，高速光纤通讯接口；

◆通讯协议：支持MODBUS-RTU、ProfiBUS、电力CDT91规约、IEC61850-103/104、CANOPEN协议、用户自定义等通讯协议（可以在触摸屏上自由设定）；
◆运行方式：恒装置无功功率模式、恒考核点无功功率模式、恒考核点功率因数模式、恒考核点电压模式、分时96点控制；
◆并联方式：支持多机并联组网运行、可分多母线综合补偿、支持最多4组FC综合补偿控制；
◆防护等级：室内型满足IP40、户外型满足IP44。
5.2 保护功能
装置采用了综合保护策略，以提高装置可靠性。
保护策略包括器件级保护、装置级保护和系统级保护三级。
器件级保护的动作时限不超过10us，在发现器件过流、过压或驱动信号异常时，能够迅速实施保护。
系统级保护的动作时限为5-2000ms，当发现系统失压、系统电压过高、冷却系统故障等异常工况时，便实施保护。
保护类型如下：
母线过压、过流、速断、直流过压、电力电子元件损坏检测保护、丢脉冲、触发异常、过压击穿、功率单元超温；
系统过载、系统短路、系统过压、系统频率异常保护。
远端短路或单相接地保护，外部故障保护。
输入接口、输出接口控制和系统电源异常等保护功能。
5.3使用环境
◆贮存温度：-30℃-+70℃
◆运行温度：-10℃-+40℃
◆相对湿度：月平均值不大于90%（25%），无凝露
◆海拔高度：≤2000m（高于2000m需特殊说明）
◆海洋环境与强腐蚀性环境下需要定制
◆地震烈度：8度
6.现场接线图



图9 HDSVG装置与6kV-35kV电网的典型连接图



图10 HDSVG装置在应用现场的一次、二次接线示意图
7. HDSVG主要器件溝单
HDSVG系列产品重要器件选用世界名牌产品。保证了SVG产品性能的离可靠性。



表7  重要器件清单
8. HDSVG系统结构
    HDSVG系列产品的主电路采用链式拓扑结构，模块化的结构设计，星型及三角形的连接方式实现不同容量下的最大性价比，既保证用户投资的有效性，又保障了电力系统稳定、高效、优质的运行。
    HDSVG系列产品控制柜与功率柜信兮通过光纤进行隔离控制，实现了高低压的可靠限离。HDSVG系列产品系统对结构上做出了极大的改进处理，使维护更方便。控制柜进行了严格的抗干扰处理，保障控制系统不受高压主回路的影响。功率模块(单元)的改善使得功率柜占地面积更小，极大节省了用户设备空问，减少了投资。
HDSVG系列产品主要分为三部分：控制柜、功率柜、电抗器柜。其中功率柜实现了极大的统一性，方便了产品容量的扩展及稳定性。各电压等级的装置由控制拒、功率柜及电抗器柜（或空心电抗）组成。其中35kV装置采用了柜体及模块的独特设计，不必使用安全围栏即可保证操作者的安全；采用最新设计使得冷却风机能够直接安装于柜顶，降低了安装难度，使安装与维护更加方便。各柜体中主要器件及作用如表8所示。



表8 HDSVG系统结构
8.1控制柜
主回路部分由隔离开关QS1，接触器KM1(或断路器QF)，缓冲电阻R及状态检测器件等多个部分组成(如图11所示）。



图11 控制柜中主回路
    隔离开关QS1是在系统维护时，为保证人身安全而隔离现场电网高压的安全防护器件，隔离开关QS1的操作必须在确认上一级开关柜断开情况下进行，不允许在高压送达时操作。
    HDSVG系列产品的启动方式设计为自判断启动，隔离开关QS1合上，系统电网通过缓冲电阻对功率模块的电容进行充电。单元母线电压达到稳定后，闭合接触器KM1 (或断路器QF)，旁路缓冲电阻，完成整机上主电过程。
    控制部分由主控箱、PLC、触摸屏、开关电源、继电器、滤波器、空气开关、自主开发的不间断二次电源系统等部分组成。
主控箱与PLC、主控箱和人机界面之间使用串行通信，主控箱板路之间通讯连接实现系统的分层控制，实现期望控制目标、监控 HDSVG运行状态、与上位机的通讯等功能 。
(1)主控箱  
    主控箱系标准机箱，不但通过了严格的EMC (电磁兼容性）认证，而且通过了温度循环及振动试验的验证，具有极高的可靠性。其内含有电源板、主控板、分相板、分信号板等线路板，实现插卡式互连，统一性高、稳定性好，更易维护。电源 板为主控箱内各板路提供多种类型的电源及接口，实现各板路间的 数据传输；主控板实现核心控制，协调各板路进行工作，并对外进 行通讯；分相板及分信号板实现对各单元梭块的实时监控。主控箱侧视图参看图12。



图12  HDSVG主控箱
    主控箱中控制核心由高速32位数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)协同运算来实现。精心设计的算法可以保证 HDSVG达到最优的运行性能。控制器采用大规模集成电路和表面焊接技术，利用自动化焊接设备进行焊接、针床测试进行检验，极 大消除了人工参与造成不稳定的影响，系统具有极高的可靠性。
（2）可编程逻辑控制器PLC
    采用国际知名品牌西门子PLC (图13)，实现柜体内开关信号的可靠逻辑处理，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。



图13可编程控制器
    实时与主控部分、触摸屏通讯，把装置的运行状态实时的传给触摸屏显示，并能准确而迅速的实现触换屏、柜门按钮对装置的控制。
（3）人性化操作作界面
    柜门上安放紧急停止按钮，方便用户在紧急悄况下操作，选用国内知名品牌威纶触接屏，厂家采用世界先进的仪器设备，运用标准化作业程序执行管制，与国际标准同步.通过国际知名认证公司303的9001-2000验证，2005年获得CE、UL、ROhs认证;
    率先采用符合先进环保标准的无铅器件和制造工艺，保证了其金牌品质。
    HDSVGB采用的触摸屏能够提供友好的全中文监控和操作界面，采用先进的人机沟通技巧，实现设备启停等操作的自由控制。



图14 HDSVG多功能人机界面
 
触摸屏主要提供以下功能：
送电时对系统自检过程的检测；
对设备装置的基本操作；

一键开停机功能；
分时控制功能；
示波器功能（不同通道、不同放大倍数的AD强制录波）
故障录波（故障瞬间电压、电流波形记录）
实时状态和模拟量显示（电压、电流、温度、功率、功率因数等）
运行历史事件记录和历史曲线记录査询
链式装置单元状态监控
系统信息査询、参数査询和参数设置等
故障査询和历史故障查询
8.2功能
    功率柜主要由功率单元组成，构成了HDSVG无功补偿的主体。功率单元分三相安装，每相单元个数相等，单元输出波形叠加成整机输出波形。每个功率单元都承受全部的输出电流、1/N的相电压、1/(3N)的输出功率。单元模块工作时会产生部分热量，由柜顶或后柜门设计的风机强制散热。功率柜单元排布如图15所示。



图15功率柜中单元的排布图                        图16功率单元（栈块}
    功率单元（见图16)内置多种电路板，单元控制部分除了采样回路、保护回路和输出驱动回路外，所有的逻辑和通讯处理均采用复杂可编程逻辑器件（CPLD)完成，智能化的设计使得硬件更简单，软件更炅活，抗干扰能力更强，可靠性史高，便于以后的功能改进和升级。功率模块采用徳国英飞凌模块。
直流电容精心选用知名品牌的薄膜电容，采用德国创世普PHD型耐高温聚丙烯基膜，特殊的蒸镀材料，既满足高电压、大电流冲击又具有良好的自愈性，为产品可靠性提供了有力保障；增加了留边的宽度，更好的保证了边缘电气绝缘距离，杜绝了局部放电现象；引出端子的设计具备防转动和抗拉伸功能内部填充中温导热环氧树脂（UL94V-0) ，无泄漏，不开裂。
    每个功率单元均具有完善的保护功能（过流、过压、过温、驱动触发异常、通讯异常等），各单元状态均反馈到主控系统。控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，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。
功率单元结构上完全一致，模坱化的结构设计，使得功率单元可以任意互换，单元的外部接口只有

两个或四个输出端子及两个光纤插口，这使得维护和检修更简单。在单元已有冗余的悄况下其它功率单元发生故障，用户可以简单更换备用功率单元，为恢复生产贏得宝贵时间。
    每个单元通过IGBT逆变桥实现SPWM控制,可得到如图19所示的单元输出波形。



图17德国英飞凌模块



图18德国创世普PHD型耐高温聚丙烯基膜电容
单元链接后三相之间进行星型或角型连接并通过电抗接入电网，通过对每个单元的PWM波形的叠加，可得到逼近正弦的阶梯PWM波形。如图20所示为10kV星型连接的单相波形。



图19 单元输出波形                    图20 单元输出叠加后的波形图
HDSVG系列产品采用了先进的数字化标准载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相叠加、谐波彼此相抵消，串联后又经过输出电抗器滤波，总输出波形正弦度好， dv/dt小，谐波成分含置小，可臧少对电缆的绝缘损坏，在输出侧无需再增加输出滤波器。
8.3电抗器柜或空心电抗
HDSVG系列产品通过电抗器接入电网，电流波形正弦度更好。电抗器平波的同时，也抑制了SVG的谐波使其输出的电流谐波符合国家标准。电抗器柜或者空心电抗的单独设计提高了用户的空间使用率，极大程度的缓解了空间对该设备的使用限制，一定程度上减少了用户对设备间的投资，节省了开支。




图21 电抗器柜或空芯电抗

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