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SVC技术及其应用1、电力电子技术简介2、SVC技术简介3、南瑞继保SVC技术方案4、南瑞继保SVC典型应用电力电子技术是将电力电子器件以一定的结构组织起来，通过控制实现：系统电力输送能力和稳定性的提高、电能质量控制、电能变换的一种技术;即采用电力电子开关器件构成电力变换回路，串联或并联在电力系统中，通过对其控制，实现对输电线路输送功率调整、潮流控制、改善电能质量、改变电能频率和幅值，以满足发电、输电、配电、用电等的多方面应用需求。电力电子技术简介(1)按作用分类；•提高电力系统输送能力和稳定性；•改善电能质量；•进行电能变换和控制；(2)按应用场合分类；•输电领域；•发电领域；•配电/用电领域；电力电子技术应用分类A:输电领域：a)高压直流输电b)轻型直流输电c)可控串补（TCSC）d)可控高抗（CSR）e)静止无功补偿器（SVC）f)静止无功发生器（SVG/STATCOM）g)UPFC、TCPAR、TCPST等h)故障限流器（FCL）i)融冰系统（辅助系统）电力电子技术应用范围（1）B:发电领域（常规发电、新能源发电）a)励磁系统（同步发电机）b)风电双馈变流器（双馈风力发电）c)风电直驱变流器（直驱风力发电）d)太阳能光伏并网逆变器（太阳能光伏发电）e)通用大功率逆变器（通用逆变器、备用逆变电源）f)SFC静止变频装置（抽水蓄能机组、燃机机组）电力电子技术应用范围（2）C1:用电领域——电能质量控制a)SVC（静止无功补偿）b)SVG（静止无功发生器）c)APF(电力有源滤波器)d)DVR(动态电压恢复器)C2:用电领域——变频调速、节能、变频启动a)高压变频器（高压电动机调速、启动、节能）b)SFC静止变频装置（大容量电动机启动）c)电力机车传动（铁路传动）d)高压软启动器（大容量电动机启动）电力电子技术应用范围（3）a)高压直流输电b)轻型直流输电c)静止无功补偿系统（SVC）d)静止无功发生器（SVG/STATCOM）e)可控高抗（CSR）f)可控串补（TCSC）g)电力有源滤波器（APF）h)动态电压恢复器（DVR）i)UPFC、TCPAR、TCPST等j)其他，等等电网的电力电子应用1、电力电子技术简介2、SVC技术简介3、南瑞继保SVC技术方案4、南瑞继保SVC典型应用电网中的电力负荷情况102030405060701020406080100MVARt(秒)T=9.8秒Q热轧机无功功率变化情况示意图SVC技术应用背景SVC技术应用背景电网和电能质量现状电网无功需要调节，从而控制潮流减少网损、控制输电线路的过电压；大负荷中心动态无功支持不足，电网电压稳定问题严重；系统提供的电能质量已经不能满足敏感性负荷特殊要求。厂矿企业生产时无功电压波动严重，产生的谐波电流流入电网，一方面污染电网，另一方面降低本身的生产质量，增大损耗。风电场接入电网时,造成电网电压波动;牵引变电站经常处于不对称运行,产生大量谐波和负序电流;常用的无功补偿措施z适当调节发电机励磁，以调节机组运行功率因数。z在交流系统适当地点（或直流输电弱系统侧）装设同步调相机。z使用带抽头或有载开关的变压器，通过调节电网某些点的电压来调节潮流。z采用串联补偿电容器来改变线路阻抗，提高电网极限传输能力并增强系统的稳定性。z用开关投切并联电抗器或电容器，以满足系统随时变化的无功功率需求量，达到调相调压的目的。缺点：响应速度慢、调节性能差、运行维护和管理不便、长年运行损耗过大、自动监控跟踪性能差以及对整个电网的技术性能和经济效益都偏低等等。SVC技术应用背景性能优良的SVC系统是动态无功支撑的有力工具特点:z连续调节输出无功;z响应迅速;z损耗小作用:z快速动态稳定系统电压;z减少电压不平衡度;z增加电网传输能力;z减少无功波动SVC技术应用背景SVC技术应用背景国内外SVC现状在国外，SVC装置从20世纪70年代末就开始应用，最近20年，FC+TCR型的SVC逐步成为主流型式。从技术上看，新型的SVC装置大多采用TCR+FC的型式，且主要以大功率晶闸管串联技术、光电触发技术、密闭纯水冷却技术、高电位自取能技术、电网接入技术、智能控制技术、电磁兼容技术等为技术主流。目前，SVC产品已经在世界各地获得广泛应用，取得了良好的效果。国外生产研制SVC的公司有：ABB、SIEMENS、AREVA等。而国内公司主要有：南瑞继保、西电科技、中电普瑞、鞍山荣信、辽宁立德等。SVC可以被看成是一个动态的无功源。根据接入电网的需求，它可以向电网提供无功（容性），也可以吸收电网多余的无功（感性）。把电容器组（通常是滤波器组）接入电网，就可以向电网提供无功。当电网并不需要太多的无功时，这些多余的容性无功，就由一个并联的空心电抗器来吸收。现在常用的SVC装置，主要由FC（固定电容器组或者滤波器组）和TCR（晶闸管控制电抗器）构成。FC部分主要负责向系统提供容性无功功率，并同时滤除流入系统的谐波电流。而TCR则根据系统或者负荷的变化情况，提供一定的感性无功功率，以满足对目标控制的需求。SVC工作原理SVC基本原理图SVC工作原理SVC的工作原理图SVC工作原理不同触发角度下的TCR电流波形空心电抗器的电流是由一个可控硅阀组来控制的。借助于对可控硅触发相角的调整，就可以改变流过空心电抗器的电流（基波有效值），从而保证SVC在电网接入点的无功量正好能将该点电压稳定在规定范围内（电网补偿）。或者，使该点的总无功量等于零（对负荷补偿来说），相当于功率因数等于1。SVC工作原理TCR开通TCR关断TCR阀组电压以及电流随触发角变化的波形SVC工作原理1、电力电子技术简介2、SVC技术简介3、南瑞继保SVC技术方案4、南瑞继保SVC典型应用SVC技术方案总体方案如下：系统设计：根据接入点系统需求，确定主要设备参数，采用BPA、PSCAD、MATLAB等仿真软件进行系统分析确认。最后，由RTDS系统、动模系统、高压试验系统检验；阀组的结构：采用立式阀组结构；阀组触发方式：采用光电触发；阀组取能方式：高电位耦合型开关自取能；阀组冷却方式：单金属直接水冷散热器，密闭纯水冷却；控制保护设备：基于UAPC平台高速并行分层、分布式控制保护系统；SVC系统后台：功能全面的后台操作、显示和处理系统。UL1YSVC技术方案系统设计和研究：确定出SVC系统的主要部件技术规范，全套SVC系统组成包括：降压变压器断路器相控电抗器晶闸管阀组水冷却系统滤波器组控制保护设备NR1113DSPDSPNR1106NR1103NR1521NR1502NR1209BAVCUHTMLAN-IEC6185025-200usI/OSVC技术方案SVC控制保护系统硬件平台SVC系统的控制保护，采用公司统一的UAPC平台，该平台采用嵌入式结构，核心部分无操作系统，是高性能分散、分布式高速并行系统，拥有友好的人机界面，方便进行功能扩展，支持远程维护。高性能的控制保护系统确保PCS-9580的SVC系统具有领先的整体性能、控制精度、响应时间和可靠性指标。IOLANGPSSVC技术方案SVC控制保护系统硬件平台基于UAPC平台的SVC控制保护系统是包括多DSP的控制单元、分布式DSPI/O单元以及管理CPU板的高速并行处理系统，采用具有专利技术的通讯协议即一种实时多路复用同步高速传输串行总线协议（HTM）,使得SVC中断响应非常快速，结合瞬时无功功率检测算法，可以使得SVC控制系统在100μs内同时完成采样、锁相、调节计算、送出控制角度到脉冲发生单元，控制角度经过VCU转换为光信号上送到TCU,经TCU单元转化为电信号，触发可控硅导通。由于控制系统的快速性，加上可控硅本身固有的特性，使得实测控制系统开环响应时间小于6ms。SVC技术方案SVC控制保护系统软件方案程序设计选用公司具有自主知识产权的可视化编程工具-ACCEL，可视化编程应用图形复用性高，可移植性好，便于用户运行维护。SVC系统所有调节控制方面的功能均由软件程序实现、功能软件可靠性高、标准化程度高、辅助功能丰富、逻辑设计灵活、接口简单。因为采用特殊的瞬时无功计算和线性化处理方法，保证了控制器具有更快的响应时间。OWS后台监控功能系统配置；板卡配置等通讯管理；对时管理等。TFR:暂态故障录波模拟量采集；数字量输入输出同步电压采样PLL锁相、过零检测TCR电流计算监视TDCC控制CPG脉冲发生器开环控制闭环控制电纳控制TCR电流限制控制分相无功控制谐波在线计算各点的PQ计算FPGACPG程序功能总体配置框图管理单元主要实现的功能调节单元主要实现的功能CPtoVCUVCU监视PCIF冗余系统切换逻辑SOL300VCU接口SOL_320控制连锁CNT接收I/O信号：PCIA操作逻辑CNT系统自检：MSUP冗余系统交换数据DCNT逻辑单元主要实现的功能DSPI/O单元实现的功能SVC技术方案SVC控制保护系统软件方案为了满足不同用户的需求，利用SVC控制保护系统的丰富资源，程序集成了包括电压控制方式、无功功率控制方式、功率因数控制方式、电压、无功综合控制方式、TCR直流电流控制方式、负序控制方式以及手动电纳调节方式等功能，同时针对各种控制方式，还有开环、闭环方式或开环+闭环的控制方式，以实现开环抑制电压闪变，闭环保证控制精度的综合效果。SVC技术方案控制保护系统后台借助SVC控制保护系统的丰富资源，实现了SVC信息集成，方便用户运行维护。完善的故障录波功能，不仅精确记录系统运行状况，还能方便进行事故分析。集成设计的谐波监视系统等功能，更可以直观显示SVC投运前后的滤波补偿效果等。可控硅阀组立式阀组结构悬浮式硅堆压装技术隐形TCU安装设计密闭纯水冷却级并联水路设计专利水冷散热器水道引导式阻尼电阻高性能主水管优良的分水管高强度绝缘拉杆免放气阀设计良好的散热效果，确保阀组的整体损耗降低。SVC技术方案SVC技术方案冷却系统水水、水风冷却方式旁通水路设计防树脂溢出技术SVC技术方案先进的光电触发方式针对独立器件的光电触发免去编解码功能的直接光电触发技术紧凑可靠的光缆接头高压长寿玻璃纤维光缆使用红外波段的光信号6U的VCU板卡，同时集成16路光发送和16路光接收SVC技术方案可控硅控制单元TCU高电位耦合式开关自取能大功率器件独立于印制板电路损耗发热直接由水冷散热器顺带完成整个电路板全屏蔽安装带有非BOD电压转折保护带有反向恢复期电压保护选用25V低电压触发策略与早期的TE板相比，损耗减少超过50%，进一步降低阀组整体损耗。SVC技术方案滤波器优化的滤波器设计，可以保证在大量滤除谐波并提供基频无功的同时，其动态的有功损耗达到最小。有功损耗可以做到所提供无功容量的5‰以下。关键技术z多目标、多任务SVC综合控制及保护技术z可控硅阀组的光电触发系统及相关技术z高压大容量可控硅阀组的冷却技术z高压大容量可控硅阀组的电气结构设计技术关键技术及主要特点主要特点z优化的系统设计在设计SVC系统时，需要根据电网电压、系统稳定性、有功分配、无功平衡、限制谐波等因素对补偿装置的容量、型式、调节方式进行研究。利用公司的动模系统、RTDS、EMTDC、BPA等仿真、模拟平台（特别是自主研发的机电暂态仿真程序，可以方便建立更切实际的SVC模型，准确模拟SVC控制装置的特性)，使SVC系统的设计具有如下特点：z可以保证控制目标准确实现；z系统过电压预测准确，绝缘配合合理；z主要设备技术参数和规范可以优化；z阀组电压、电流储备系数选择准确；z系统主要部件保护定值设定更切实际。关键技术及主要特点主要特点TCR阀组部分z在国内首次采用紧凑型立式阀组，占地少、维护方便；z先进的非编、解码光电触发技术，触发更快速、损耗小；z非BOD（BreakOverDiode）可控硅过电压转折保护，体积小、定值准确；z专利技术的水冷系统9自主设计散热器，低热阻，低电阻率；9采用并联水路设计的纯水