淺談SVG型動態(tài)無功補償裝置

劉強 王慧超 張曉東

摘要：分析河鋼集團宣鋼二鋼軋廠高速線材作業(yè)區(qū)高壓室動態(tài)無功功率補償裝置原理，結(jié)合平時使用，檢修，維護經(jīng)驗，總結(jié)了常見電氣故障原因和處理故障的措施。

關鍵詞：動態(tài)無功補償裝置；補償裝置的結(jié)構(gòu)和電氣原理；故障處理

1 概述

SVG型動態(tài)無功補償裝置是以IGBT為核心的SVG系統(tǒng)，基于大功率換流器，以電壓型逆變器為核心，直流側(cè)采用直流電容為儲能元件以提供電壓支撐。在運行時相當于一個電壓、相位和幅值均可調(diào)的三相交流電源。能夠快速連續(xù)的提供容性或感性無功功率，實現(xiàn)適當?shù)碾妷汉蜔o功功率控制，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、優(yōu)質(zhì)地運行。

在配電網(wǎng)中，將中小容量的SVG安裝在高壓室或負荷附近，可以顯著改善負荷與公共電網(wǎng)連接點處的電能質(zhì)量，實現(xiàn)適當?shù)碾妷汉蜔o功功率控制，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、優(yōu)質(zhì)地運行。

2 動態(tài)無功補償裝置

2.1 裝置系統(tǒng)特點

1）動態(tài)響應速度快。具有快速輸出無功特性，因而對快速沖擊負荷具有很好的補償效果，對閃變有更好的抑制作用。

2）諧波性能好。可以對串聯(lián)的每個橋臂采用不同的驅(qū)動脈沖，使每個橋臂輸出電壓所含諧波大小和相位不同，使最終疊加的總輸出電壓諧波含量很小。

3）采用鏈式結(jié)構(gòu)。成倍提高總的電壓輸出和整個裝置的容量，減小輸出電壓諧波含量，便于擴展，可以分相進行控制以便更好地提供電壓支撐作用。

4）Boost變換器控制。能夠?qū)崿F(xiàn)電流的快速跟蹤，開關頻率恒定，有利于逆變器濾波器設計，借用系統(tǒng)周期性特點，采用重復學習控制策略消除靜態(tài)誤差。

5）冗余功率模塊。采用N+1或N+2冗余主電路拓補結(jié)構(gòu)，鏈接單元損壞后仍可繼續(xù)滿負荷運行，提高了裝置的可靠性。

6）均衡控制方法。采用基于單元調(diào)制波相位和單元直流電容電壓下垂特性的均衡控制方法，以達到調(diào)整相電壓大小和均衡各單元電容電壓的目的。

2.2 裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整套裝置主要由控制柜、功率柜、進線柜、電抗器或連接變壓器和分相控制柜組成

2.2.1 控制柜

1）主控制器。主控制器是控制系統(tǒng)的核心采用6U機箱，根據(jù)分布式或集成式應用，其上面的板卡數(shù)量會有所不同

2）觸摸屏。為用戶提供友好的人機界面，用于控制裝置運行、查詢運行信息、參數(shù)設置等操作。

3）操作面板。裝置除了通過觸摸屏操作外，還提供了操作旋鈕/按鈕及指示燈對裝置進行操作和顯示。

4）空氣開關。控制柜為引入的電源和采集的系統(tǒng)二次側(cè)電壓設有空開。

2.2.2 功率柜

功率柜分為A、B、C三相，柜內(nèi)主要由功率單元組成，單元之間通過銅排進行連接，并通過光纖與控制柜中的控制器通信

功率單元之間采用Y型連接的鏈式結(jié)構(gòu)，運行方式為N+1或N+2冗余模式。功率柜上、中、下三層分別為A、B、C三相。

每個單元內(nèi)部主要由單元驅(qū)動板、IGBT、直流電容、均壓電阻、無感電容，散熱器、溫度傳感器等組成，單元驅(qū)動板接收主控器發(fā)來的信號，經(jīng)過CPLD芯片處理后控制IGBT的開通與關斷，從而輸出電流以實時補償系統(tǒng)無功。單元驅(qū)動板還具有直流電壓檢測、單元溫度檢測、功率單元故障檢測及單元保護功能，并將單元狀態(tài)及時反饋給控制器。

直流電容采用薄膜或電解電容，能夠很好的為功率單元直流側(cè)提供直流電壓支撐，同時考慮到串聯(lián)功率單元電容器的均壓問題，采用均壓電阻實現(xiàn)串聯(lián)電容之間的電壓均衡。由于IGBT高頻率的截止和開通，為了限制電路電壓上升率過大，在IGBT的兩端并聯(lián)吸收電壓尖峰的無感電容，保證IGBT的安全運行。

2.2.3 電抗器

連接電抗器將裝置的輸出連接到系統(tǒng)側(cè)，用來和系統(tǒng)交換無功功率并起到濾波作用。

2.2.4 進線柜

進線柜包括隔離刀閘、充電電阻、高壓真空接觸器、避雷器、開關量控制器（分布式）等，用于SVG與系統(tǒng)的連接控制部分。

2.3 裝置系統(tǒng)基本原理

XHSVG的基本原理是將自換相橋式電路通過變壓器或者電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值或直接控制其交流側(cè)電流就可以使電路吸收或發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?/p>

1）恒無功輸出模式。此模式是根據(jù)無功控制的目標值進行無功補償，把裝置輸出的無功控制在一個恒定的值。

2）恒功率因數(shù)模式。此模式是根據(jù)功率因數(shù)的目標值進行無功補償，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功率因數(shù)

3 常見問題及解決辦法

當SVG出現(xiàn)故障時，請根據(jù)觸摸屏上的故障信息進行相應故障處理。

3.1 功率單元光纖通信故障

處理方法：檢查功率單元和控制器的光纖連接，查看是否有斷線、接線錯誤的情況。

3.2 功率單元直流欠壓故障

處理方法：裝置啟動過程中由于單元需要預充電，所以出現(xiàn)短時的單元欠壓報警屬于正常現(xiàn)象。若并網(wǎng)后出現(xiàn)單元欠壓故障，查看電網(wǎng)電壓是否過低，或功率單元的充電回路是否正常。

3.3 功率單元直流過壓故障

處理方法：檢查電網(wǎng)電壓是否過高，查看功率單元連接及驅(qū)動板有無異常。

3.4 功率單元過溫報警或故障

處理方法：檢查風機運行及風道密封情況，查看功率單元溫度傳感器是否正常。

3.5 IGBT短路或開路

處理方法：檢查IGBT門極板與驅(qū)動板的連接情況是否正常，查看IGBT連接和外觀有無明損壞和松動。

3.6 輸出過流

處理方法：檢查保護參數(shù)設置及電流傳感器是否正常。

4 結(jié)語

通過對SVG動態(tài)無功補償裝置的結(jié)構(gòu)和原理的分析，讓我們更進一步了解了該設備的結(jié)構(gòu)和電氣工作原理，為以后設備的維護，維修提供了理論依據(jù)。及時發(fā)現(xiàn)設備出現(xiàn)的故障，快速找出故障癥結(jié)，恢復設備快速投入使用。從而為正常的生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)，高效的電能。