三、高压大功率静止无功发生器SVG
作为无功补偿领域的另一重要分支,SVG是当前世界上最先进也是最复杂的补偿技术产品,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、降低谐波和减少占地面积等多方面具有更加优越的性能。由于区域电网的容量越来越大,这就要求补偿装置的容量也相应增大。在几百MVA级的无功补偿系统中,常用的方案是将SVG与SVC相结合,充分发挥SVG的快速特性和SVC的稳态性能,使系统在补偿特性、造价、可靠性等方面达到最优。
1,SVG (STATC OM)原理
SVG是当今无功补偿领域最新技术的代表。SVG并联于电网中,相当于一个可变的无功电流源,其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化,自动补偿系统所需无功功率。由于SVG的响应速度极快,所以又称为静止同步补偿器(Static Synonous Compensator, 简称STATCOM)。
SVG的基本原理(见图2)是利用可关断大功率电力电子器件(如IGBT)组成自换相桥式电路,经过电抗器并联在电网上,适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位,或者直接控制其交流侧电流,就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的。
2,SVG的功能
目前最理想的方案就是采用SVG,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。
⑴ 提高线路输电稳定性
在长距离输电线路上安装SVG装置,不但可以在正常运行状态下补偿线路的无功损耗,抬高线路电压,提高有效输电容量,而且可以在系统故障情况下提供及时的无功调节,阻尼系统振荡,提高输电系统稳定性。
⑵ 维持受电端电压,加强系统电压稳定性
对于负荷中心而言,由于负载容量大,又没有大型的无功电源支撑,因此容易造成电网电压偏低甚至发生电压崩溃的稳定事故。而SVG具有快速的无功功率调节能力,可以维持负荷侧电压,提高负荷侧供电系统的电压稳定性。
⑶ 补偿系统无功功率,提高功率因数,降低线损,节能降耗
电力系统中的大量负荷,如异步电动机、电弧炉、轧机以及大容量的整流设备等,在运行中需要大量的无功;同时,输配电网络中的变压器、线路阻抗等也会产生一定的无功,导致系统功率因数降低。
对电力系统而言,负荷的低功率因数会增加供电线路的能量损耗和电压降落,降低了电压质量。同时,无功也会导致发电、输电、供电设备的利用率降低;对于电力用户而言,低功率因数会增加电费支出,加大生产成本。
⑷ 抑制电压波动和闪变
电压波动和闪变主要是负荷的急剧变化引起的。负荷的急剧变化会导致负荷电流产生对应的剧烈波动,剧烈波动的电流使系统电压损耗快速变化,从而引起受电端电网电压闪变。引起电压闪变的典型负荷有电弧炉、轧钢机、电力机车等。
SVG能够快速地提供变化的无功电流,以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。
目前,抑制电压波动和闪变的最佳方案是采用SVG。
⑸ 抑制三相不平衡
配电网中存在着大量的三相不平衡负载,典型的如电力机车牵引负荷和交流电弧炉等。同时,线路、变压器等输配电设备三相阻抗的不平衡也会导致电压不平衡问题的产生。
SVG能够快速地补偿由于负载不平衡所产生的负序电流,始终保证流入电网的三相电流平衡,大大提高供用电的电能质量。
⑹ 面向电网应用多种补偿功能
抑制系统振荡,提高电网稳定性,为电网安全保驾护航。
由于区域电网的容量越来越大,这就要求补偿装置的容量也相应增大。在几百MVA级的无功补偿系统中,常用的方案是将SVG与SVC相结合,充分发挥SVG的快速特性和SVC的稳态性能,使系统在补偿特性、造价、可靠性等方面达到最优。
3,SVG-优势
SVG是目前最为先进的无功补偿技术,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,而是通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:
⑴ 响应速度更快
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可以胜任对冲击性负荷的补偿。
⑵ 电压闪变抑制能力更强
SVC对电压闪变的抑制最大可达2:1,SVG对电压闪变的抑制可以达到5:1,甚至更高。SVC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,增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力。
⑶ 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,所以比SVC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。
⑷ 补偿功能多样化
SVG不仅具有快速补偿系统无功功率的目的,还能够根据用户实际需要,对负荷谐波电流、负序电流等电能质量问题进行综合补偿。
⑸ 谐波含量极低
SVG采用了PWM技术、三电平技术和多重化技术,不仅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。
⑹ 占地面积小
由于无需高压大容量的电容器和电抗器做储能元件,SVG的占地面积通常只有相同容量SVC的50%。