SVG市場前景分析

精選精選精選精選■I呂咅電奇電抗器事業(yè)部研發(fā)二部SVG技術(shù)及市場前景分析一、無功補償?shù)陌l(fā)展與背景隨著現(xiàn)代工業(yè)和電力電子的迅速發(fā)展，大量具有運行功率因數(shù)低、非線性、非對稱性和沖擊性等特點的工業(yè)用電設(shè)備和民用設(shè)備接入配電網(wǎng)中。由此造成了電網(wǎng)系統(tǒng)電壓波動，電壓三相不平衡，影響了其他用電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)和用電的經(jīng)濟性，使得電能質(zhì)量問題日益嚴重。在電力系統(tǒng)中，由于電感和電容的存在，系統(tǒng)中不僅存在著有功功率，而且還存在著無功功率。無功功率是在電源和儲能元件之間來回交換的變動功率，無功功率并不是無用功率，而是電能傳輸和轉(zhuǎn)換過程中建立電磁場和提供電網(wǎng)穩(wěn)定不可缺少的功率之一。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是感性的。而越來越多的大型工業(yè)設(shè)備對于電網(wǎng)來說也呈現(xiàn)出感性的負載特性。因此負載消耗的無功功率會導(dǎo)致送電端和受電端的電壓有一定的差值。這個電壓降落將會使電網(wǎng)的視在功率增大，對整個電網(wǎng)系統(tǒng)造成如下的負面影響：（1）電網(wǎng)總電流增加，從而使變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等容量增大，因而使初期投資費用增大。在傳送同樣有功功率的情況下，總電流的增大，使設(shè)備和線路的損耗增加。（2）電網(wǎng)的無功容量不足，會造成受電端的供電電壓過低，影響正常工業(yè)和生活用電；反之，如果無功容量過剩，會造成受電端供電電壓過高，如果供電電壓長期高于額定電壓的話，會縮短用電設(shè)備的使用壽命。i：：i：：電抗器事業(yè)部研發(fā)二部ii；ii；電抗器事業(yè)部研發(fā)二部精選精選精選精選降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)，造成大量的電能損耗。理想電網(wǎng)的功率因數(shù)為1,所有的功率都做了有用功，當(dāng)功率因數(shù)由1下降到0.7時，電能中的一半都做了無用功。對于電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升。為了保證轉(zhuǎn)子繞組的正常運行，不允許發(fā)電機達到預(yù)定的出力。此外原動機的效率是按照有功功率來衡量的，當(dāng)發(fā)電機發(fā)出的視在功率一定時，無功功率的增加，會導(dǎo)致原動機效率的相對降低。同一等級電壓的電網(wǎng)中，電壓高低直接反映本級電網(wǎng)中的無功平衡，是電能質(zhì)量的重要考核指標。為使負載在額定電壓下正常運轉(zhuǎn)，這個差值越小越好。合理的方法就是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率，這就是無功補償。這樣從整個系統(tǒng)外邊來看它們合起來消耗的無功功率為零。無功補償對于供電系統(tǒng)和負載運行都是十分重要的。無功補償?shù)闹饕饔煤鸵饬x有:(1)提高供用電系統(tǒng)及負載的功率因數(shù)，低壓就地?zé)o功補償后，功率因數(shù)可提高到0.9以上，對負荷穩(wěn)定的功率因數(shù)可接近0.95以上。從而可以降低設(shè)備容量，減少功率損耗。(2)穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)電壓，提高供電質(zhì)量，改善輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性，是高輸電能力。在電路中的電能損失與線路中傳輸?shù)挠泄β省o功功率以及線路本身的電阻和電抗成正比，補償以后對于線路來說無功功率減小了，因而電壓跌落就減小了，電能質(zhì)量就提高了。(3)在電氣化鐵道等三相不平衡的場合，采用分相補償?shù)姆椒?，通過適當(dāng)?shù)臒o功補償可以平衡三相的有功及負載。2、無功補償發(fā)展現(xiàn)狀在配電網(wǎng)中的無功補償設(shè)備從最早的電容器開始，歷經(jīng)了電容器、同步調(diào)相機、靜止無功補償器(StaticVarCompensator,SVC)，直到靜止無功發(fā)生器(SVG)幾個不同階段，如圖1.1所示：圖示無功補償裝置的發(fā)展(1)無功補償電容器的優(yōu)點是原理簡單，安裝、運行維護都很方便。但是，它只能補償感性無功，且不能連續(xù)調(diào)節(jié)，無法實現(xiàn)無級補償，電容只能全部投入或切除，只能補償固定的無功功率，即使通過投切組數(shù)來改變這個固定值，這種改變也是階梯型的，更重要的是它有負電壓效應(yīng),當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時，電容器上的補償電流相應(yīng)下降，使補償?shù)臒o功量急劇下降，系統(tǒng)電壓下降更大。在系統(tǒng)有諧波時，還可能發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波電流放大，甚至造成電容器的燒毀。(2)同步調(diào)相機(SynchronousCondenser，SC)是傳統(tǒng)的無功功率補償裝置，其無功輸出可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流而連續(xù)控制。當(dāng)同步調(diào)相機接入交流電網(wǎng)中后，在欠勵磁的情況下其行為類似于電抗器，從交流電網(wǎng)中吸收無功功率；而在過勵磁情況下，其作用類似于電容器，向交流電網(wǎng)注入無功功率。正常運行時，同步調(diào)相機的機端電壓等于系統(tǒng)電壓，勵磁電流為基準電流』匕時同步調(diào)相機處于浮空狀態(tài)，與系統(tǒng)沒有無功功率交換。自二三十年代以來的幾十年來，同步調(diào)相機在電力系統(tǒng)無功功率控制中一度發(fā)揮著主要作用。然而它的損耗和噪聲大，運行維護復(fù)雜以及響應(yīng)速度慢，所以很多情況下已經(jīng)無法適應(yīng)快速無功功率補償?shù)囊蟆?3)早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器(SaturatedReactor,SR)型的。這種補償器是由一個多相的諧波補償自飽和電抗器與一個可投切電容器并聯(lián)組成。飽和電抗器對無功功率進行控制，而電容器提供超前功率因數(shù)的偏置。簡單的鐵心飽和電抗器不能作為補償器來使用，因為它會導(dǎo)致電壓電流波形的嚴重畸變。飽和電抗器的諧波通過采用特殊設(shè)計的多路耦合式三——三型電抗器來最小化。1967年，英國GEC公司制成了世界上第一批飽和電抗器型無功補償裝置。此后，各國廠家紛紛推出各自的產(chǎn)品。飽和電抗器和同步調(diào)相機相比，具有靜止型的優(yōu)點，響應(yīng)速度快；但是由于其鐵心需要磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的ii!爲雄ii!爲雄電抗器事業(yè)部研發(fā)二部ii!爲雄ii!爲雄電抗器事業(yè)部研發(fā)二部i：：i：：電抗器事業(yè)部研發(fā)二部精選精選精選精選精選精選些特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)以補償負荷的不平衡，所以未能占據(jù)靜止無功補償裝置的主流。（4）電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，將使用晶閘管控制的靜止無功補償裝置（SVC）推上了電力系統(tǒng)無功功率控制的舞臺。SVC能夠自動跟蹤負荷的運行情況，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來快速連續(xù)調(diào)整并聯(lián)電抗器的大小,從而達到對無功功率的無級補償，對提高負荷的功率因數(shù)、穩(wěn)定和平衡系統(tǒng)電壓有著顯著的效果。靜止無功補償裝置（SVC）近年來獲得了很大發(fā)展，已被廣泛用于長距離輸電的分段補償，也大量應(yīng)用于負載無功補償。1977年美國GE公司首次在實際電力系統(tǒng)中運行了使用晶閘管控制的靜止無功補償裝置。1978年，西屋電氣公司在美國電力硏究院的支持下，制造了使用晶閘管控制的SVC，并投入實際運行。隨后，ABB，Siemens，Alstom和三菱公司相繼推出了相關(guān)產(chǎn)品，而且這些廠商的技術(shù)已經(jīng)很成熟了。經(jīng)過對國外SVC制造技術(shù)二十多年的硏究，國內(nèi)已有像中國電科院電力電子、西安整流器廠、鞍山榮信等公司具備SVC的供貨能力，但在技術(shù)水平上與國外大公司相比，仍有一定的差距，不過這種差距隨著我國自身技術(shù)的進步而逐漸減小。認識到科學(xué)技術(shù)在產(chǎn)品價值中的地位，我公司與2010年組建自己的硏發(fā)團隊，聯(lián)合西安電子科技大學(xué)共同開發(fā)自己的SVC，時至今日，我公司首套10kV、6Mvar的TCR+FC已通過出廠試驗。然而SVC和SVG相比，盡管SVC日趨成熟，但是較SVG的性能并不具備優(yōu)勢。隨著電力電子技術(shù)的進一步發(fā)展，20世紀80年代以來，靜止無功發(fā)生器（SVG）在電力系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。SVG是一種采用自換

相變流電路的靜止無功補償裝置。簡單的說，SVG的基本原理就是

將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋

式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，

就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。序號指標補償電容SCSRSVCSVG1控制氾圍容性感性和容性感性和容性感性和容性感性和容性2控制性質(zhì)級差連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)3響應(yīng)時間快慢快快快4電壓控制有限好好好好5輔助穩(wěn)定信號無有限無好好6分相控制有限有限有限好好7諧波產(chǎn)生無無很小大小8過電壓限制與過負荷能力無很好很好小小i：：i：：電抗器事業(yè)部研發(fā)二部i：：i：：電抗器事業(yè)部研發(fā)二部電抗器事業(yè)部研發(fā)二部電抗器事業(yè)部研發(fā)二部精選精選精選精選精選精選9旋轉(zhuǎn)慣性無有無無無10頻率偏移敏感無有無無無11損耗小較小，有旋轉(zhuǎn)損耗較小，隨著滯相電流的增大而增大較小，隨滯相電流的增大而增大小12投入系統(tǒng)快，有暫態(tài)過程慢快，有暫態(tài)過程快，有暫態(tài)過程快，有暫態(tài)過程13噪聲小大大小小14投資低高中中高15技術(shù)成熟度好好好好-般各種類型的無功補償裝置參數(shù)比較如上表所示。由表中可以看出SVG在無功補償?shù)男阅芊矫姹绕渌麩o功補償裝置都要好，但SVG的控制方法和控制系統(tǒng)要復(fù)雜得多。二SVG無功補償裝置的應(yīng)用場合凡是安裝有低壓變壓器地方及大型用電設(shè)備旁邊都應(yīng)該配備無功補償裝置（這是國家電力部門的規(guī)定），特別是那些功率因數(shù)較低的工礦、企業(yè)、居民區(qū)必須安裝。大型異步電機、變壓器、電焊機、沖床、車床群、空壓機、壓力機、吊車、冶煉、軋鋼、軋鋁、大型交換機、電灌設(shè)備、電氣機車等尤其需要。居民區(qū)除白熾燈照明外，空調(diào)、冷凍機等也都是無功功率不可忽視的耗用對象。農(nóng)村用電狀況比較惡劣，多數(shù)地區(qū)供電不足，電壓波動很大，功率因數(shù)尤其低，加裝補償設(shè)備是改善供電狀況、提咼電能利用率的有效措施。三、SVG無功發(fā)生器的優(yōu)勢1、補償方式：國內(nèi)的無功補償裝置基本上是采用電容器進行無功補償，補償后的功率因素一般在0.8-0.9左右。SVG采用的是電源模塊進行無功補償，補償后的功率因素一般在0.98以上，這是目前國際上最先進的電力技術(shù)；2、補償時間：國內(nèi)的無功補償裝置完成一次補償最快也要200毫秒的時間/SVG在5-20毫秒的時間就可以完成一次補償。無功補償需要在瞬時完成，如果補償?shù)臅r間過長會造成該要無功的時候沒有，不該要無功的時候反而來了的不良狀況；3有級無級：國內(nèi)的無功補償裝置基本上采用的是3—10級的有級補償，每增減一級就是幾十千法，不能實現(xiàn)精確的補償。SVG可以從0.1千法開始進行無級補償，完全實現(xiàn)了精確補償；4、諧波濾除：國內(nèi)的無功補償裝置因為采用的是電容式，電容本身會放大諧波，所以根本不能濾除諧波。SVG不產(chǎn)生諧波更不會放大諧波，并且可以濾除50%以上的諧波；5、使用壽命：國內(nèi)的無功補償裝置一般采用接觸器或可控硅控制，造成使用壽命較短，一般在三年左右，自身損耗大而且要經(jīng)常進行維護。SVG使用壽命在十年以上，自身損耗極小且基本上不要維護。為什么要使用無功補償裝置無功補償技術(shù)是一種很傳統(tǒng)的電力技術(shù)，它代表了一個國家電力水平的高低。無功補償通俗的講就是將低壓變壓器傳輸過來的無用功轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?。這樣：減少線路損耗50%以上。就全國講，戔路損耗約占據(jù)12%，其中主要是無功分量引起的損耗，若無功線損降低50%~60%，一年便可節(jié)電500億度左右，相當(dāng)于半個三峽工程的發(fā)電量。這種不消耗一次能源，更可增大發(fā)電量的工程是絕好的綠色工程。且投資極小，見效快。避免罰款。我國電力部及物價局“關(guān)于頒發(fā)《功率因數(shù)調(diào)整電費辦法》通知”中規(guī)定，功率因數(shù)0.94時，減少電費1.1%，功率因數(shù)0.6時增加電費15%……例如一個315KVA的變壓器，功率因數(shù)從0.6提高到0.94以上，年獎罰差3~4萬元。不額外投資，便實現(xiàn)擴容。進行無功補償后，便可提高用電承載率，變壓器可滿負荷運行。例如一臺315KVA的變壓器，功率因素COSe=0.6負荷的變壓器只能提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)189KW的有功功率，不能承受300KW左右的容量，需購買一臺500KVA的變壓器替換。將功率因數(shù)由0.6提高到0.98，相當(dāng)于擴大了63%,既有功由189KW提高到309KW可基本滿足需要的容量，更節(jié)省了一臺500KVA的變壓器，經(jīng)費約三四十萬元。改善電能質(zhì)量，延長了電器壽命，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。五、SVG簡述1、SVG基本原理i：：i：：電抗器事業(yè)部研發(fā)二部i：：i：：電抗器事業(yè)部研發(fā)二部■■■呂肓電詩H■■■呂肓電詩H匚RdELECTRIC電抗器事業(yè)部研發(fā)二部精選精選精選精選精選精選SVG的基本原理就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯(lián)到電網(wǎng)上適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位或者直接控制其交流側(cè)就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流,實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。典型的電壓型SVG的工作原理是：以二極管構(gòu)成的整流橋從交流系統(tǒng)中吸取少量有功功率,對直流側(cè)電容充電,保持電壓穩(wěn)定?？刂破鞲鶕?jù)電網(wǎng)無功變化情況，通過6個全控型開關(guān)器件構(gòu)成的三相逆變器向系統(tǒng)輸入感性或容性無功。通過調(diào)節(jié)6（6為SVG輸出電壓與U的夾角的大小）就可以控制SVG注入系統(tǒng)的無功功率。F圖為上海50Mvar、35kVSVG示范工程系統(tǒng)圖220kV屮岡22ULV.'110kV220kvpwtfGrid/valveHajjEysT&mVoltage'SyrudinMuzatioiiSutpal.Rtmc柚it'ADASystem體護操作曲/ft-oiecbot!&Rtmc柚it'ADASystem.堂St電潦nr?AC“也幻SupplyPwieiH；覽電旳帰丿D匚卩沖宅rSvppLyPsueL操作耶」Opw汕Bi&MtitLLii^FiXI

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SVG可動態(tài)快速連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出，最大限度滿足功率因數(shù)補償要求，任意時刻的功率因數(shù)達到0.98~1.0。和其他補償設(shè)備比較起來，其具備以下優(yōu)勢與特點:⑴補償性能強：動態(tài)快速連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出，最大限度滿足功率因數(shù)補償要求，任意時刻的功率因數(shù)接近1.0,而且同容量的SVG型補償效果比TCR型高1.2倍左右，設(shè)備投資效益高。⑵諧波特性好：和TCR相比，SVG不產(chǎn)生諧波電流，而且能有效濾除礦井提升機等產(chǎn)生的各次諧波電流彳艮好的滿足了煤礦無功補償與諧波治理的綜合需求。(3)占地面積小：由于自身沒有諧波，不需要濾波器組，占地面積大大減小。只有TCR型補償?shù)囊话胍陨?。運行損耗低，效率高，噪音低。可靠性高，維護量?。簼M足IGBT功率模塊N+1運行方式，一個模塊故障可旁路繼續(xù)運行，可靠性大大提高。模塊化設(shè)計，安裝、調(diào)試工作量小，基本免維護。3、SVG控制方法SVG的電流控制包括無功補償電流和有功電流的控制。無功補償電流控制用于產(chǎn)生所需的無功補償電流,有功電流控制用于補償有功損耗。SVG的控制器通常由內(nèi)環(huán)控制器和外環(huán)控制器兩部分組成，外環(huán)控制器主要通過一定的檢測方法產(chǎn)生補償電流的參考值內(nèi)環(huán)控制器的基本任務(wù)是產(chǎn)生一個同步的驅(qū)動信號從而在裝置的實際輸出電流和參考電流之間建立一種線性的關(guān)系。正是在從補償電流參考值調(diào)節(jié)SVG產(chǎn)生所需補償電流的具體控制方法上，可以分為間接控制和直接控制兩大類。電流間接控制。所謂間接控制，就是將SVG當(dāng)交流電壓源看待，通過對交流器輸出電壓基波的相位和幅值進行控制,來間接控制SVG的交流側(cè)電流，具體實施時有兩種方案可供選擇?？刂品譃閱?控制、電流直接控制。電流直接控制的基本思想是使用適當(dāng)?shù)腜WM策略對系統(tǒng)的瞬時無功電流進行處理然后使用該PWM脈沖信號去驅(qū)動變流器中可控電力電子器件的門極。從而控制變流器的輸出電流瞬時值與系統(tǒng)的瞬時無功電流在允許的偏差范圍內(nèi)。近年來，由于控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了許多較新的控制方法，如：智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和專家控制等相信以后這些控制方法將在SVG控制中產(chǎn)生巨大的作用。4、發(fā)展歷程日本關(guān)西電力公司與三菱電機公司共同硏制并于1980年1月投運了世界上首SVG的樣機，容量為20Mvar。1986年10月，由美國國家電力硏究院和西屋公司硏制的1Mvar的SVG裝置投入運行,這是世界上首臺采用大功率GTO作為逆變器元件的靜止補償器。隨后1991年和1994年，日本和美國又相繼硏制出80Mvar和100MvarSVG。1995年,清華大學(xué)和河南電力局共同硏制出了我國第一臺SVG,容量為100kvar,開辟了我國硏制補償設(shè)備的先河。2000年,清華大學(xué)和河南電力局又成功硏制出一臺20Mvar的SVG并投入電網(wǎng)運行。5、發(fā)展方向目前，國內(nèi)外硏制的SVG裝置大都是基于GTO器件的二電平壓型逆變器。雖然GTO耐壓高、容量大但需要專門的緩沖電路，且損耗大。鑒于上述原因，將新技術(shù)、新材料用于SVG以改善其性能的硏究一直沒有中斷過，并且已經(jīng)取得初步進展，這為SVG未來的發(fā)展指明了方向。新的電力電子器件在SVG中的應(yīng)用。目前在IGBT基礎(chǔ)上發(fā)展而成的新一代大功率器件，即電子注入增強門極晶體管(IEGT)已進入實用階段oIEGT具有導(dǎo)通壓降低、工作頻率高、電壓型門極驅(qū)動、安全工作區(qū)寬、易于串聯(lián)使用等優(yōu)點。這些良好的性能使之很適用與SVG等大容量、工作頻率高的電力電子裝置。有理由相信，在未來的柔性交流輸電系統(tǒng)中,它會得到廣泛的應(yīng)用。新技術(shù)新材料在SVG中的應(yīng)用。電流型逆變器CSI應(yīng)用范圍相對于電壓型逆變器VSI小得多，對其硏究工作也相對較少。隨著高溫超導(dǎo)技