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FGSVG系列高压动态无功补偿装置

产品概述

  FGSVG系列高压动态无功补偿装置,以多片DSP+FPGA为控制核心,采用瞬时无功理论控制技术、FFT快速谐波计算技术、大功率IGBT驱动技术,以高可靠性、易操作、高性能为设计目标,能够快速连续地提供容性或感性无功功率,实现恒考核点无功功率、恒考核点电压和恒考核点功率因数,以及综合补偿等多种控制模式。FGSVG系列高压动态无功补偿装置,不仅可以自动补偿无功,还可以同时动态补偿谐波,保障电力系统稳定、高效、优质地运行。
      在输配电网中,新能源的大量接入,大容量的电力电子设备等非线性负荷和冲击负荷的广泛应用,带来了严重的电能质量问题,使用FGSVG高压动态无功补偿装置,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、克服三相不平衡、消除电压闪变和电压波动、抑止谐波污染等。
     FGSVG高压动态无功补偿装置,于2013年被发改委列为重大技术产业化项目;2014年荣获赛尔传媒 “十大电能质量品牌”奖项;2015年,35kV直挂式FGSVG装置被科技部列为火炬计划产业化示范项目,获科技部中小企业技术创新基金项目资助;2016年列 入国家《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》;2017年获山东省优秀节能成果奖; 2018年再次荣获“北极星杯”最受欢迎十大光伏电气配套品牌和“光能杯”CREC“年度光伏电站优质部件企业”大奖。2018年新风光百兆级高压水冷SVG成功通过中国电科院型式试验检测验收。

 

产品结构

       FGSVG高压动态无功补偿装置由控制柜、功率柜、电抗器组成。控制柜主要控制箱、二次控制逻辑电路,其中控制箱通过光纤连接到功率单元。在功率柜里有三相功率单元,根据电网电压等级不同,每相由若干个功率单元串联组成,最后通过电抗器接入电网。
        功率单元采用级联式H桥电路结构,功率单元串联,输出叠加成高压,通过电抗器接入电网;功率单元模块化设计,各单元可以互换。
        FGSVG控制系统采集电网电压、电流信号,采用瞬时无功控制理论,快速计算出各功率单元的电流指令,并通过光纤传给各功率单元。功率柜每相由若干个功率单元串联,采用载波移相技术,各单元输出电压叠加,形成多电平高压输出,通过电抗器连接到电网,输出可控的无功电流。

工作原理

        在交流电路中,电压和电流的相位有三种情况,当负载呈现纯电阻特性时,电压和电流相位相同;当负载呈现电感特性时,电压相位超前电流相位;当负载呈现电容特性时,电压相位滞后电流相位。FGSVG高压动态无功补偿装置基本原理就是将可控H桥电路通过电抗器并联到电网上,适当调节桥式电路输出电压的幅值和相位,或者直接控制其输出电流,使该电路吸收或者发出满足电网需求的无功电流,实现动态无功补偿的目的,如下表所示。
表1 SVG运行原理表

性能及特点

         FGSVG系列产品采用现代电力电子、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FGSVG系列产品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:
  ●  模块化设计,安装、维护简单,设定简便。
  ●  现场调试简便,具备PT、CT接线自动分析功能。
  ●  动态响应速度快,响应时间≤5ms。
  ●  输出电流谐波(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,运行模式和目标值可实时更改。
  ●  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。
  ●  FGSVG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。
  ●  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。
  ●  FGSVG采用冗余性设计和模块化设计,满足系统高可靠性的需求。
  ●  保护功能齐全,具有过压、欠压、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。
  ●  人机界面友好显示,对外通讯提供了RS485等接口,采用标准Modbus通讯协议。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,还具有上电系统自检、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。
  ●   FGSVG设计包含与FC配合使用的接口,实现定补和动补的有效结合,为用户提供更经济,更灵活的补偿方案。
  ●   投切时无暂态冲击,无合闸涌流,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。多台SVG并机运行,使用环形光纤通讯技术,通讯速度快,能够完好的满足实时补偿的要求。

其他技术特点

        低电压穿越技术  
        FGSVG高压动态无功补偿装置通过持续的技术创新,开发设计了全性能低电压穿越技术。无论三相短路故障、相间短路故障,还是低穿到90%或20%,FGSVG都可以提供额定的容性电流。对于不平衡低穿,新风光提出了双锁相环、双pq控制理论。
        2017年我公司高压动态无功补偿装置通过电力工业电气设备质量检验测试中心全面测试。并网点A相电压不变,B、C电压瞬间跌落至20%,维持2s ,然后2s上升至额定,1min内重复三次,测试数据如下图,测试结果符合要求。
        谐波补偿技术
        
在中频炉、电解铝等工矿企业,由于大功率、非线性负载的接入,导致低频次电流谐波注入电网,严重时影响其它设备的稳定运行。我公司SVG采用离散傅氏变换的快速算法、瞬时无功理论算法,开发出了具有谐波补偿功能的高压动态无功补偿装置。
        由于SVG载波频率较低(可提高运行效率),治理25次及以下频次的谐波,谐波频次越低补偿率越高。
        负序补偿技术
        
电力系统中存在大量的不平衡负荷及一些单相大容量负荷,例如电气化铁路。这些负荷产生的负序、无功电流造成大量的电能损失,威胁着电力系统的安全和经济运行。
        我公司生产的角型链式SVG,是一种理想的补偿治理方法,响应速度快,可进行无功、负序综合治理。通过对补偿电路的相量图进行几何分析,求解得到负序补偿所需要的相电流相量,进而根据瞬时无功功率理论,推导出dq/△变换矩阵,可得到角型链式SVG负序补偿所需的相电流指令信号。
        多机并联协调控制技术
        随着电力系统容量的不断增加,电力系统对无功补偿装置的容量需求也不断增加,由于目前受IGBT技术和用户分工期投运的制约,在现场会出现多台SVG设备并联在用一段母线运行,这就需要SVG设备能够并联运行,需要并联运行各SVG可以自动功率平衡。
        我公司发明了一种简单、高效的SVG并联运行环形光纤控制系统。并联运行的SVG控制器通过光纤连接成环,并联台数不受控制器光纤接口个数的限制。环内可以使用不同功率等级的SVG,并自动平衡无功功率输出,合理的利用各SVG出力。环内的任何一台SVG都可以设置为主机,从机故障不影响其它SVG设备运行。
        PT、CT接线自动分析技术
        在现场,SVG通过现场的PT和CT,采集系统电压和电流信号,PT接线直接影响SVG锁相、并网,CT接线直接影响SVG对考核点无功、功率因数的计算。
        我公司SVG具有PT、CT接线自动分析功能,使并网调试变得非常简单、高效。


        控制系统自检技术
        FGSVG系列高压动态无功补偿装置,控制系统采用多片DSP+FPGA技术,控制系统复杂。为了整机可靠运行,使用DSP对控制箱内线路板进行上电自检,假如控制箱内的线路板有问题,可以快速定位问题点,提高工作效率和产品智能化水平。
 
        串行光纤通信技术
        为了强电与弱电之间进行隔离,SVG控制器与各功率单元之间通过光纤连接。目前SVG控制器与功率单元之间的典型光纤连接方式是每个功率单元通过两根光纤连接到SVG控制器。
        我公司发明了一种串行光纤通信技术,并已经申请专利。SVG控制器与功率单元通过光纤连接成多个串行光纤通信回路,使SVG控制器的光纤接口数量和光纤的数量显著减少,提高生产效率并降低故障率。
        跟踪响应速度快
        FGSVG系列高压动态无功补偿装置,通过南京电科院、武高所等第三方测试单位的测试,响应时间小于5ms。
 
        接口丰富
        可选择本机控制、远控控制,具有RS485、以太网等接口,支持MODBUS、CDT91、IEC104等通讯协议。补偿模式,以及各种工作模式的目标值可通过上位机远程给定。

FGSVG系列产品的特点

FGSVG系列产品采用现代电力电子、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FGSVG系列产品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:
  ●  模块化设计,安装、调试、设定简便。
  ●  动态响应速度快,响应时间≤5ms。
  ●  输出电流谐波(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。
  ●  FGSVG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。
  ●  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。
  ●  FGSVG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、欠压、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。
  ●  人机界面友好显示,对外通讯提供了RS485等接口,采用标准Modbus通讯协议。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。
  ●   FGSVG设计包含与FC配合使用的接口,实现定补和动补的有效结合,为用户提供更经济,更灵活的补偿方案。
  ●   投切时无暂态冲击,无合闸涌流,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。

主要技术参数

额定工作电压:6kV,10kV,27.5kV,35kV;
  ●   额定容量:±1~±100Mvar;
  ●   输出无功范围:感性额定无功到容性额定无功范围内连续变化;
  ●   响应时间:≤5ms;
  ●   过载能力:1.2倍过载1min;
  ●   输出电压总谐波畸变率(并网前):≤5%;
  ●   输出电流总谐波畸变率THD:≤3%;
  ●   系统电压不平衡保护,整定范围:4%~10%;
  ●   效率:额定运行工况≥99.2%;
  ●   运行温度:-20℃~+40℃;
  ●   贮存温度:-40℃~+65℃;
  ●   人机界面:采用中文彩色触摸屏显示;
  ●   相对湿度:月平均值不大于90﹪(25℃),无凝露;
  ●   海拔高度:﹤1000m(高于1000m需定制);
  ●   地震烈度:≤8度。

应用领域及用途

FGSVG系列产品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、变频器、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。
  FGSVG系列产品可以增强电力传输能力、减小电能损耗、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。

FGSVG型号规格与尺寸

FGSVG系列产品的型号命名规则如图1所示:

  图1 产品的型号

  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最大调节容量。例如C2.0/10,表示:直挂式10kV、容量为±2Mvar的装置。能够在+2000kvar(感性)到-2000kvar(容性)范围内对无功进行连续平滑调节。
  FGSVG系列电压等级6kV成套装置选型与外形尺寸详见图2,表1


  图2 FGSVG-C6.0/6外形图
  表1 FGSVG系列电压等级6kV型号规格与尺寸

  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最大调节容量。例如C5.0/6,表示为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,公司保留对产品升级和改进的权利,若有产品尺寸更改恕不另行通知。
  FGSVG系列电压等级10kV成套装置选型与外形尺寸详见图3,表2。


  图3 FGSVG-C6.0/10外形图
  表2 FGSVG系列电压等级10kV型号规格与尺寸

  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最大调节容量。例如C5.0/10,表示为10kV、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,公司保留对产品升级和改进的权利,若有产品尺寸更改恕不另行通知。
  FGSVG系列电压等级35kV成套装置选型与外形尺寸详见图4 表3所示。


  图4 FGSVG-C6.0/10外形图
  表3 FGSVG系列电压等级35kV型号规格与尺寸

  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最大调节容量。例如C5.0/35,表示为35kV、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)35kV设备使用空心电抗无电抗柜,需另外规划摆放空间。
  (4)以上尺寸仅供参考,公司保留对产品升级和改进的权利,若有产品尺寸更改恕不另行通知。
  (5)对于35kV系列产品,三相可分为三排前后就近布置。

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