TK-SVG说明书
1、当前电网面临的威胁
图1 几种动态电能质量波形示意图
随着现代电力电子设备等非线性负荷大量接入电网，使电网供电质量受到严重影响，如图1所示动态电能质量波形。其中，各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源，导致了一系列不良影响。
输电系统缺乏及时的无功调节，系统振荡容易扩大，降低输电系统的稳定性；
负荷中心缺乏快速的无功支撑，容易造成电压偏低甚至电压崩溃； 功率因数低，增加电网损耗，加大生产成本，降低生产率；
产生的无功冲击引起电网电压降低、波动及闪变，严重时导致传动装置及保护装置无法正常工作甚至停产；
产生大量谐波电流，导致电网电压畸变，以致：
保护及安全自动装置误动作；
电容器组谐波及谐波电流放大，使电容器过负荷或过电压甚至烧毁； 变压器损耗增加，引起变压器发热； 导致电力设备发热，电机力矩不稳甚至损坏； 加速电力设备绝缘老化，易击穿； 降低电弧炉生产效率，增加损耗； 干扰通讯信号；
导致电网三相不平衡，产生负序电流使电机转子发生振动。
2、DSTATCOM工作原理
DSTATCOM（Distributed Static Synchronous Compensator配电网静止同步补
偿装置）是目前最为先进的并联无功补偿装置，用以提高电网稳定性、增加输电能力、消除无功冲击、滤除谐波、平衡三相电网。通过调节逆变器交流侧输出电压相对系统电压的幅值和相位，迅速吸收或者发出所需要的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。其基于VSC的结构实现了无功补偿方式质的飞跃，不需采用大容量的电容、电感器件，而是通过可关断大功率电力电子器件（如IGBT）将直流侧电压转换成与电网同频率的输出电压，实现无功能量的变换, 补偿基波无功。此外在考虑谐波补偿时，DSTATCOM 相当于一个可控的谐波源，可根据系统状况，进行主动式跟踪补偿。
主要功能
※提高线路输电稳定性
※维持受电端电压，加强系统电压稳定性
※补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能降耗 ※抑制电压波动和闪变 ※抑制三相不平衡 工作原理
DSTATCOM相当于一个电压源逆变器，而负载是电网。当只考虑基波频率时，DSTATCOM可以等效地视为幅值和相位均可控的一个与电网同频率的交流电压源，并通过连接电抗器或变压器接入到电网。在理想情况下，DSTATCOM单相等效电路如图2所示。
图2 DSTATCOM工作原理
工作运行模式向量图如表1所示，表中UI为DSTATCOM装置逆变输出电压，US为系统母线电压。
表1 工作运行模式
运行模式 波形和相量图 说明 UI=US， 空载运行模式 IL=0，STATCOM不吸发无功。
UI>US，IL为超前的电流，其幅值可通过调节UI来连续控制，从而连续调 节STATCOM发出的无功。 容性运行模式 UI （1）SVC响应时间约40-60ms，而DSTATCOM响应时间一般不大于10ms。用于配电网时，闪变抑制效果要比SVC好2-3倍；用于输电网时，提高系统稳定性的效果也要远优于SVC； 图3 SVC、DSTATCOM电压-电流特性曲线 （2）如图3所示，SVC是阻抗型，输出无功电流随母线电压降低而线性降低；DSTATCOM为电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响。DSTATCOM的电流源特性也使DSTATCOM具备较强的短期过载能力，可用来进一步提高电力系统稳定性，而SVC不具备过载能力； （3）SVC中的TCR部分产生大量谐波，导致TCR必须与大容量滤波器同时使用；而DSTATCOM输出电压中谐波含量很低，通常不需要并联滤波器； （4）DSTATCOM的占地面积只有同容量SVC的1/3到1/2； （5）SVC对系统参数敏感，易发生谐波电压放大甚至谐振的现象；而DSTATCOM对系统参数不敏感，安全性与稳定性好； （6）DSTATCOM能在一定范围内提供有功功率，减少有功功率冲击；SVC只能提供无功功率； （7）DSTATCOM中电容、电感等元件采用了与SVC完全不同的技术和制作工艺，运行过程中电磁噪声显著降低； （8）DSTATCOM的运行损耗要比同容量SVC小2到3倍，运行成本低； （9）本公司提供的中高压（6kV、10KV、35kV）系列DSTATCOM同时具备谐波补偿功能，在动态无功补偿的同时，可对13次以下的谐波进行滤除。 4、DSTATCOM设计方案 选用链式结构，每相作为一个独立的链，由N个结构完全相同的链节单元串联而成，具有以下特性： （1） 增加链节数即可以提高装置容量； （2） 链式STATCOM可以独立分相控制，有利于解决系统的相间平衡问题，在系统受到扰动时，更好的提供电压支撑； （3） 降低可关断器件的开通频率，降低器件损耗； （4） 各链节结构一致，实现模块化设计，便于扩展装置容量； （5） 每相设有冗余链节，提高装置的可靠性； （6） 采用普通变压器或电抗器接入电网，避免多重化变压器的缺点； （7） 避免了因开关器件直接串并联使用产生的问题和限制； （8） 在交流系统平衡和不平衡的状态下，链式的谐波特性优于其它结构。 采用SPWM（正弦脉宽调制）或SHEPWM（特定消谐），通过高的开关频率或优化的IGBT开关角极大降低了谐波含量，有效利用直流侧电压、减小对电网的污染和装置自身损耗，并能做到短时有功及谐波补偿。如图4所示为试验样机单相无功电流及其谐波分析，谐波完全符合国标。 (a)SPWM逆变输出电压及谐波分析 (b) 补偿无功电流（容性）及谐波分析 图4 样机并网试验 此外，采用脉冲循环控制机制，直流侧电压波动在5%范围之内，省掉直流 侧电压平衡装置，降低成本，减小装置体积。 5、系统组成 我公司DSTATCOM由启动柜、逆变器柜、控制柜和站控4部分构成。DSTATCOM成套系统结构图及主回路连接关系如图5所示。 图5 DSTATCOM成套系统结构图 DSTATCOM三相逆变器一般△连接，便于实现分相补偿；三相逆变器之间也可以采用Y型连接来降低逆变器端间电压。 启动柜 启动柜结构简单，由接触器和电阻并联构成。启动柜仅在DSTATCOM投运前投入工作，DSTATCOM投运后启动柜内接触器闭合，启动柜被旁路。启动柜主要作用是限制DSTATCOM送电时每个链节上直流电容的充电电流，避免电流过大导致IGBT模块或直流电容损坏。 站控 站控将DSTATCOM所有运行信息进行打包封装和存储，为操作人员提供一个直观的界面。站控装置安装于DSTATCOM控制柜内。站控主要功能有： · 运行信息查询 · 控制操作 · 设置参数 · 历史信息存储及检索 · 提供对外数据转发接口 控制柜 控制柜由三种单元构成： · CU（Calculator Unit）运算单元 · PCM（Pulse Code Modem）触发单元 · VM（Value Monitor） 监控单元 每套DSTATCOM控制柜包含1台运算单元、3台触发单元和3台监控单元。控制柜各装置之间及与启动柜联络图如图6所示，图中实心连接为电气连接，空心连接为光纤连接。 图6 控制柜联络图 6、产品技术特点及应用领域 DSTATCOM设计过程中借鉴了国内外的先进技术，结合我公司的具体情况，并紧扣市场脉搏，提出产品设计思路。以下为我公司DSTATCOM产品的主要技术特点： 1）该装置为本公司自主研制的DSTATCOM，具有自主知识产权。 2）装置由控制系统、电压源变流器等组成，通过控制逆变移相角δ和调制比M，能连续改变直流电容电压及逆变输出电压，补偿范围宽，既能实现感性补偿又能实现容性补偿。 3）采用柜式结构，具有安装周期短、运输方便、调试周期短。 4）控制系统采用全数字化设计，采用DSP+FPGA+CPLD的硬件模式，能够并行处理大量数据、实时数字运算，运算结果精度高，DSTATCOM响应速度快。 5） 逆变装置采用强制风冷散热方式，该种散热方式效率高、体积紧凑，可以充分利用IGBT等元器件的容量。 6）控制系统和逆变器之间的采用光纤传输信号，彻底解决高低压隔离问题，避免电磁信号的干扰， DSTATCOM工作更加稳定可靠。 7）保护系统则采用了分级保护策略，将数字保护、逻辑硬件保护和继电保护融为一体，为装置的安全运行提供了有力的保障。 8）监控系统采用工业控制计算机，由多个处理单元组成，通过分层式的结 构组成方式实现对多个监控量的采集与监控。控制系统具有多重监控及保护功能，完成在系统各种异常情况下的可靠保护。 9）监控系统具有友好的人机界面，便于控制和查询故障类型和故障位置。 10）监控及保护系统通过通讯管理单元与上级自动化系统实现通讯，通讯管理单元主要完成规约转换的功能,这样可以实现远方监视和控制，实现无人值守。 DSTATCOM应用领域 （1）电力机车供电 电力机车运输方式在保护环境的同时对电网带来严重“污染”，因电力机车采用单相供电，造成供电网严重三相不平衡及低功率因数，并产生负序电流。 目前世界各国解决这一问题的唯一途径就是在铁路沿线适当位置安装动态补偿装置，通过动态补偿装置的分相快速补偿功能来平衡三相电网，并提高功率因数。DSTATCOM作为一种快速的动态补偿装置，能够实时的跟踪负荷变化并进行补偿，能够彻底解决电气化铁路的电能质量问题。 （2）远距离电力传输 全球电力输送目前正在趋向于高电压、大功率、长距离的方向发展，加装DSTATCOM可以明显提高电力系统输配电性能。实际应用时，可在电网的一处或多处适合的位置上安装DSTATCOM，以达到如下目的： · 稳定弱系统电压； · 减少传输损耗； · 增加传输能力，使现有电网发挥最大效率； · 提高瞬变稳态极限； · 增加小干扰下的阻尼； · 增强电压控制及稳定性； · 缓冲功率震荡。 （3）工矿企业 工矿企业中主要的电网污染源为提升机、焊机、轧机、电弧炉等非线性负荷，在产生冲击性无功的同时还会产生大量的谐波电流和负序电流，导致电压畸变、电压波动和闪变、三相电压不平衡、瞬态过电压等电能质量问题。 若要彻底解决以上电能质量问题，用户必须安装具有快速响应能力的动态无功补偿器，无功补偿装置的响应时间必须做到＜10ms。DSTATCOM能够完全满足这些工况的要求，能够实时对冲击性无功、负序电流、电压波动、三相电压不平衡进行补偿，而且还可以通过特定的算法来滤除电网中的谐波分量，防止谐波污染电网。 工矿企业加装DSTATCOM后，不仅能够对电能质量进行有效的治理，而且 能够带来巨大的经济效益。DSTATCOM投入运行后，能够显著提高系统的功率因数，大大降低输电线路和变压器损耗，能够使用电设备能够更可靠的工作；同时在不增加额外投资的情况下，还能够增加有功功率的输送，提高设备利用率和生产效率。 （4）风力发电 DSTATCOM应用于风电场后，能够起到以下作用： · 稳定节点电压 · 阻尼系统振荡 · 补偿主变无功损耗 · 改善系统潮流分布 7、产品技术参数 · 额定电压 · 额定容量 · 连接方式 · 单相串联级数 · 额定基波频率 · 过载能力 · 过压能力 · 调制方式 · 响应时间 · 安装结构 · 冷却方式 · 滤波功能 · 补偿方式 · 谐波电压及电流限值 · 环境条件 6KV/10kV/35KV 0~6MVar 3相Y型/△型 12 50Hz 1.15额定容量，持续30min 1.2额定电压 脉冲轮换PWM ≤5ms 柜式 强制风冷 可整定 分相补偿/三相共补 符合国标GB/T14549-93 能满国内一般环境，高原等特殊工况需定制 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容