无功补偿装置SVG
（1）产品概况
SVG(Static Var Generator)，即高压静止无功补偿装置，又称作静止同步补偿器，是由自换相的 电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。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，提高电能质量，避免设备接入电网后污染电网，保证设备正 常运行，已成为新能源场站、大型工矿企业等的基本需求，而SVG是解决此类需求的最佳方案之一。
SVG装置利用可关断大功率电力电子器件 IGBT作为开关器件，等效于在电网上并联一个可调 节的无功电流源，其输出的无功电流可快速跟踪负荷无功电流的变化，自动补偿系统所需的无功功 率。相对于传统的调相机、电容器＋电抗器、以晶闸管控制为主要代表的SVC等方式，SVG无功补偿 装置有着占地小、调节速度快、可主动跟踪补偿等巨大优势，可以有效的提高功率因数，抑制电压 波动、降低闪变，改善电压三相不平衡，也可对电网中的谐波进行有效抑制。
GSC系列SVG产品是我司采用业内最新技术为用户研发生产的动态无功补偿装置。装置主体为电力电子变流器领域成熟的链式结构，具有三相星接、三相角接、单相等不同的连接方式，每相由若干个紧凑化、智能化、统一化的功率单元串联构成。装置软硬件控制平台沿用我司的统一平台，已有过万套的成熟应用基础，功能强大、性能优越、控制策略先进完善；结合我司领先的交直流保护技术，是当前无功补偿领域最新技术的代表，是解决电能质量问题的最佳选择。
SVG产品采用成熟的链式变流器拓扑结构，控制系统数据处理能力强、运行速度快，且融入了快速综合补偿控制技术，具备稳定电网电压、改善功率因数、治理谐波、抑制电压波动与闪变等多种控制功能。该系列产品涵盖3.3kV、6.0kV、10kV、35kV等多个电压等级，可为客户提供全面、完善的电能质量治理方案，主要功能如下：
1）向电力系统快速、连续、动态的输出感性、容性无功；
2）维持线路、受电端电压稳定性，抑制电压波动和闪变；
3）补偿系统无功功率，提高功率因数，减少线损；
4）消除负序电流，抑制三相不平衡；
5）谐波动态补偿，改善电能质量；
6）根据客户情况，可实现混合式（SVG+FC）控制；
2）功能齐全，具有功率单元在线旁路、高低电压穿越等先进的控制保护策略，可保证装置长 期、稳定在线运行；
3）谐波含量低，同时具备 3 、5 、7 、11 、13 次谐波滤除功能；
4）实时通讯网络，可进行一主多从协调控制，适应各种现场需求；
5）监控系统界面友好，操作简便，方便用户使用和维护；
6）占地面积小，易安装，现场施工量小。
图1 SVG 典型应用现场图
在新能源发电侧，大容量风电、光伏等新能源电站分布于电网末端，电站侧的电压调节能力， 直接影响新能源电站的清洁能源送出能力；直流输电的应用对新能源送出端电压稳定、高低穿故障 穿越也提出了较高要求；在用电侧，异步电机、变压器等大型负载消耗大量无功功率，尤其是以电 弧炉、轧机为代表的大型冲击性工业负荷，在消耗大量无功的同时也造成了严重的电压波动、闪变、 谐波等问题，不仅影响自身产线的生产效率，还造成周边企业电气设备工作异常、保护误动、甚至 故障损坏。新能源发电、输电、变电及工业用电侧的电网稳定和电能质量治理成为中压电网必须解 决的重要问题。
SVG产品在上述应用研究的基础上，实现了电压波动抑制、闪变抑制、谐波治理、不平衡快速综合补偿等功能，是一种具备完善补偿功能的同步补偿装置。
该设备立足于风电、光伏等新能源电站的无功补偿、电网电压稳定、谐波治理，可快速动态调 节新能源场站侧电压，保证电网稳定安全，确保新能源电站获得最大的送出能力，更广泛的推广至 钢铁冶金行业，在电压稳定、电能质量治理等领域应用广泛。产品具体应用场景如下。
由于风电、光伏发电本身的不确定性，导致电站送出端电压波动较大，不满足网调要求，同时 也会存在功率因数不达标、闪变、谐波等问题，我司的GSC系列SVG将快速动态补偿技术应用于新能源电站，在治理上述电能质量问题的同时，开发了完善的高电压、低电压穿故障穿越、高低频穿越能力。在应对老场站改造方面，GSC系列SVG可通过FT3接口实现与其他厂家SVG的快速通讯能力，实现不同厂家无功补偿装置的协调运行，由此可见SVG不仅可以应用于新能源场站新建项目，也可以应用于老场站的改造项目。
目前新能源场站的集中化、大型化趋势，新能源集中升压送出容量增大，大型新能源送出升压站无功容量需求较高，GSC系列SVG可实现单台120MVar无功输出，同时配以自有协调控制系统，可实现20套无功补偿装置的协调运行能力，可以具备超大容量的无功输出能力。
大型工矿企业负载，尤其是电弧炉、精炼炉等负荷通常具有冲击性强、谐波大、不平衡严重的 特点，在对电网造成严重污染的同时，也严重降低了自身的生产效率、增加了生产成本。同时，供电部门对这些用电大户有着严格的电能质量指标要求。GSC系列SVG在提供快速无功补偿、功率因数 提高、稳定电压的基础上，同时具备谐波滤除、抑制电压闪变、不平衡治理等先进的补偿算法，提高了企业的生产效率，降低了生产成本；在完美的解决了工矿企业的电能质量问题同时给企业带来了巨大的经济效益。
电气化铁路负载具有谐波大、负载三相不平衡等特点，GSC系列SVG可根据需求实现谐波治理、三相不平衡补偿、功率因数提高等补偿措施，是电气化铁路及城市轨道交通供电系统电能质量保证的有力手段。
1）环境温度：工作环境温度：-25℃~+40℃, 贮存环境温度-40℃~+70℃, 在极限值下不施加 激励量，装置不出现不可逆的变化，温度恢复后，装置应能正常工作；
2）相对湿度：最湿月的月平均最大相对湿度为90％，同时该月的月平均最低温度为25℃且表面无凝露；
3）大气压力：80kPa～110kPa（海拔：≤2000m）；
4）使用场所不得有火灾、爆炸、腐蚀等危及装置安全的危险和超出本手册规定的振动、冲击和碰撞。
1）直流电源：220V 或 110V，允许偏差-20%～+15%，波纹系数不大于 5%；
3）交流电压：100V(100/3)，范围：（0～1.2）UN。
直流电源：直流电源回路不大于80W。
1）电网电压：3.3kV、6.0kV、10kV、35kV（其他电压等级需定制）；
2）最高允许运行电压：<130%（依据需求、设计确定）。
1）功率因数：>0.98（补偿容量范围内）；
2）谐波：满足电能质量公用电网谐波标准 GB/T 14549-93；
3）系统响应：<5ms；
4）可靠性及寿命：设计寿命20年，平均失效间隔 MTBF>75000小时。
1）控制方式：恒功率控制、恒电压控制、恒功率因数控制、无功电压综合控制、谐波补偿、负 载补偿、全补偿；
2）控制 CPU：采用最先进的数字信号处理器DSP，现场可编程逻辑器件FPGA；
3）附属功能：全数字控制，实时通讯网，自诊断功能，一主多从协调控制，超多连接静态动态 均压控制，轻量化、紧凑化功率单元设计，先进可靠的功率单元在线旁路功能，高低穿故 障穿越功能，3、5、7、11、13 次谐波滤除功能，完善的报警监控平台，适配 RT-LAB、RTDS 仿真接口，可独立配置的录波平台；
4）控制电源：AC380V / ADC220V / ADC110V（其他电源需定制）；
5）通讯方式：Modbus 、IEC61850 、IEC60044-8；
6）监控后台显示：考核点电压、考核点电流、装置输出电压、装置电流、负载电流、补偿电 流、考核点有功功率、考核点无功功率、装置有功功率、装置无功功率、电能质量图显示。
1）保护功能：DSP/FPGA 双重过流速断保护、过流I 段保护、过流 II 段保护、充电电阻保护、装置过载保护、电网电压过/欠压、电网电压不平衡、IGBT 驱动故障、PWM 脉冲异常、功率单元直流过压、功率单元直流硬过压、过温保护、通讯故障、功率单元取电电源故障保护；
2）系统结构：一体化设计、轻量化紧凑化模块设计、集装箱整体运输、模块化安装、即装即 用；
3）高压隔离：光纤信号传输（可选）；
4）功率半导体：IGBT（其他电力电子器件可选）；
5）冷却方式：风冷/水冷；
6）防护等级：IP20 / IP41（特殊需求需定制）。
2）通过电流：连续：不小于 5A；短时：不小于 30A(持续 200ms)；
3）最大断开容量：当 L/R=40ms 时，不小于 30W；
1）电气绝缘性能
2）机械性能
1)振动能承受 GB/T 11287—2000（IEC 60255-21-1）规定的 1 级振动响应和振动耐久试验；
2)冲击和碰撞能承受 GB/T 14537—1993（IEC 60255-21-2）规定的 1 级冲击响应和冲击耐受试验，以
及1级碰撞试验。
3）电磁兼容性能
4）安全性能
装置符合 GB/T 14598.27 的外壳防护等级不低于 IP20、安全类别为 I 类。
1) 交流电流回路：在 2 倍额定电流下连续工作，40 倍额定电流下允许 1s；
2) 交流电压回路：在 1.4 倍额定电压下连续工作，2 倍额定电压下允许 10s。
GSC系列SVG工作原理可以用下图所示的单相等效电路图与电流超前和滞后工作的相量图来说明。U.S 表示电网电压，U.i 等效SVG。SVG调节功率模组的输出电压U.i，进而调节电抗器上的电流，使SVG吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。如需对系统中的谐波进行处理，可同时使SVG发出特定的谐波电流来抵消负荷中的电流谐波，实现谐波补偿的目的。
GSC系列SVG详细的工作模式及其补偿特性如下表所示。
GSC系列SVG可根据实际需求选择星接、角接的连接方式。
GSC-35/40-YW是一种较为常用的星接水冷无功补偿装置，该装置采用相内功率单元串联技术，通过三星接的连接方式实现高压输出。下图为星接链式高压无功补偿器的拓扑结构图。
GSC-35/85-DW是一种较为常用的角接水冷无功补偿装置，该装置采用相内功率单元串联技术，通过角接的连接方式实现高压输出。下图为角接链式高压无功补偿器的拓扑结构图。
GSC系列SVG的功率单元均采用H式拓扑结构，技术可靠。这种拓扑结构，极大的提高了高压无功 补偿器的可靠性、灵活性和可维护性。下图为链式高压无功补偿器功率单元的拓扑结构图。
1）恒功率控制
用户可以在后台、AVC下发无功功率指令，SVG发出相应的感性或容性无功功率。
以装置侧无功功率为控制对象，进行PI闭环控制，将装置无功控制在目标值附近。以流出装置为正，装置功率为正时，表示吸收容性无功。
控制原理图如下：
2）恒电压控制
用户可以在后台、AVC下发恒电压控制目标值，SVG以系统电压为控制对象，进行PI闭环控制， 将系统电压控制在交流电压目标值附近，控制环节可以设置控制死区，死区定值可以根据用户需求 进行设置，推荐设置为200V。
控制原理图如下：
3）恒功率因数控制
以考核点交流电流为控制对象，进行PI闭环控制，将考核点功率因数控制在目标值附近。
4）无功电压综合控制
无功电压综合控制是指如果系统电压在限定范围内，则采用定功率控制；如果系统电压超出限定范围内，则采用定交流电压控制。
5）谐波补偿
谐波补偿时，GSC系列SVG可以根据其应用现场负载的特性，对特定次数的特征谐波进行分次补偿。若应用于补偿电弧炉负载等谐波较复杂的场合，SVG可以抵消系统中的谐波及间谐波电流，还可配合FC实现较大容量的谐波补偿，改善电能质量。
6）全补偿控制
全补偿方式兼顾了基波补偿和谐波补偿，即同时输出基波电流和谐波电流，在补偿无功、负序的同时，消除电网中的谐波。需要说明的是，如果用户需要在全补偿方式下运行SVG，建议配置足够的容量，否则可能会因装置容量的限制，影响补偿效果。
GSC系列SVG主体主要由控制柜、功率柜、启动回路、冷却系统组成，连接电抗和降压变压器根据现场实际情况配置。
设备一次系统配置如下：
GSC系列SVG控制柜包含主控制器、相控制器（根据项目需求配置）、人机交互界面、对外接口等，配置相关的继电器、空气开关等。
操作部分包括启动按钮、停机按钮、电源空开等。
主控制器基于我司成熟可靠的高压继电保护控制平台开发，该平台集成了CPU板、光纤板、电源板、通讯板、DI、DO、AI、AO，可完成交直流模拟量采集、控制算法计算、脉冲发送、数据存储、装置电量及非电量保护、就地及后台监控、协调运行等功能。采用全铝金属机箱保护，可靠性高、抗干扰性能强。该主控制器平台的安全性和稳定性已在高压继电保护装置中得到充分验证。
高集成度设计：集成CPU、FPGA和PLC功能于一体，主控制器机箱内部板卡间采用内部以太网通信，硬件的可靠性、灵活性和可扩展性得到显著提升。
强大的通信功能：提供两路高速电以太网接口和两路RS-485接口，对外可连接标准Modbus、IEC61850、IEC60870-5-103以及我司CSC-3000规约。
实时自检硬件平台：装置内部各模块采用智能化设计，增加了开入量、开出量、模拟量和电源的在线自检，实现了装置各模块的全面实时自检。
完善的保护功能：利用我司继保在保护控制方面的强大实力，为GSC系列SVG提供全面的过压、过流、过温、脉冲检测、装置过载、充点电阻过热等保护功能，确保装置、及设备一次回路安全运行。
大容量的故障录波：电力系统保护级别的录波功能，全过程记录故障信息，停电不丢失，装置也可配置独立的故障录波插件，实现装置自带在线录波功能。
功率柜主要由功率单元组成。功率单元采用模块化设计，所有功率单元的结构、控制软件和电 气参数均一致，以串联的形式组装在功率柜中，是GSC系列SVG用以实现功率变换的核心主电路。
功率单元主要由单元控制板、IGBT模块及其驱动保护电路、直流支撑电容等组成。功率单元接收来自主控机箱的控制信号，生成触发脉冲控制IGBT的开通与关断，产生预期的补偿电流。功率单元同时还具有故障检测、直流侧电压检测等功能。当发生IGBT过流、直流侧过压和功率单元超温等故障时，功率单元第一时间进行闭锁，实现对设备最直接的保护，并将故障信息反馈给主控系统。
单元控制板处理器采用大容量FPGA芯片，硬件设计简单，软件设计灵活，便于功能升级，而且不易受功率器件的干扰。功率单元内部开关电源直接从单元母线电压上取电，采用独有的宽电压输 入范围保证单元控制板的可靠供电。
每个功率单元通过光纤与与主控制器通讯，实现完全的高压、低压电气隔离，确保安全。直流 电容选用薄膜电力电容。考虑到串联功率单元电容器的均压问题，设计中采用功率电阻和开关串联的方式进行放电，不但可以实现均压，而且在输入开关断开后，可以给直流电容放电，避免人身伤害事故的发生。
模块化的结构设计，使得产品紧凑、重量轻，且通用性强，可以任意地互换。在功率模块发生故障时，用户只需要更换模块，使故障的处理简单化，为恢复生产赢得了宝贵的时间。模块的外部接 口只有2个电压输出端子和2个光纤端子，即使非专业人员也可以更换模块，不易发生错误，使得维 护和检修简单化。
功率单元可选配在线旁路功能，实现故障单元在线切除功能，可有效提高装置稳定运行能力。 电子旁路回路采用高可靠性IGBT 器件，动作迅速且可靠，保证了功率模块发生故障情况下，控制器 可以在1ms时间内将故障模块可靠旁路。
启动回路由出线开关、旁路开关、充电电阻、隔离刀闸和接地刀闸等几个部分组成。
GSC系列SVG的启动方式为自动启动。在主开关合闸后，系统电压通过充电电阻对功率单元的直 流电容进行充电。充电完成后，合上充电柜接触器，将充电电阻旁路，充电电阻根据项目需求安装于启动柜内，或是选用户外型充电电阻安装于户外绝缘子上。充电回路配置有充电过流保护功能，用于实现装置充电期间的电阻保护，避免装置连续多次启动及回路异常情况下充电电阻发生损坏。
在装置进行检修时，隔离刀闸和接地刀闸提供了安全保证。隔离刀闸可将装置与系统断开，提供明显的断开点，接地刀闸保证装置输入侧处于接地状态。
启动柜的操作说明详见启动柜面板及随设备的说明材料。
GSC系列SVG可根据需求选择配置风冷系统或是水冷系统，一般在环境温度较高、容量较大的装置设计中，推荐使用水冷散热系统，水冷散热系统采用内循环冷却液冷却系统，冷却液为纯水+乙二醇防冻液按照最低环境温度配置，以便于防止冻液在运行最低温度情况下发生冷冻现象。
