浅谈SVG型动态无功补偿装置

刘强 王慧超 张晓东

摘要：分析河钢集团宣钢二钢轧厂高速线材作业区高压室动态无功功率补偿装置原理，结合平时使用，检修，维护经验，总结了常见电气故障原因和处理故障的措施。

关键词：动态无功补偿装置；补偿装置的结构和电气原理；故障处理

1 概述

SVG型动态无功補偿装置是以IGBT为核心的SVG系统，基于大功率换流器，以电压型逆变器为核心，直流侧采用直流电容为储能元件以提供电压支撑。在运行时相当于一个电压、相位和幅值均可调的三相交流电源。能够快速连续的提供容性或感性无功功率，实现适当的电压和无功功率控制，保障电力系统稳定、高效、优质地运行。

在配电网中，将中小容量的SVG安装在高压室或负荷附近，可以显著改善负荷与公共电网连接点处的电能质量，实现适当的电压和无功功率控制，保障电力系统稳定、高效、优质地运行。

2 动态无功补偿装置

2.1 装置系统特点

1）动态响应速度快。具有快速输出无功特性，因而对快速冲击负荷具有很好的补偿效果，对闪变有更好的抑制作用。

2）谐波性能好。可以对串联的每个桥臂采用不同的驱动脉冲，使每个桥臂输出电压所含谐波大小和相位不同，使最终叠加的总输出电压谐波含量很小。

3）采用链式结构。成倍提高总的电压输出和整个装置的容量，减小输出电压谐波含量，便于扩展，可以分相进行控制以便更好地提供电压支撑作用。

4）Boost变换器控制。能够实现电流的快速跟踪，开关频率恒定，有利于逆变器滤波器设计，借用系统周期性特点，采用重复学习控制策略消除静态误差。

5）冗余功率模块。采用N+1或N+2冗余主电路拓补结构，链接单元损坏后仍可继续满负荷运行，提高了装置的可靠性。

6）均衡控制方法。采用基于单元调制波相位和单元直流电容电压下垂特性的均衡控制方法，以达到调整相电压大小和均衡各单元电容电压的目的。

2.2 装置系统结构

整套装置主要由控制柜、功率柜、进线柜、电抗器或连接变压器和分相控制柜组成

2.2.1 控制柜

1）主控制器。主控制器是控制系统的核心采用6U机箱，根据分布式或集成式应用，其上面的板卡数量会有所不同

2）触摸屏。为用户提供友好的人机界面，用于控制装置运行、查询运行信息、参数设置等操作。

3）操作面板。装置除了通过触摸屏操作外，还提供了操作旋钮/按钮及指示灯对装置进行操作和显示。

4）空气开关。控制柜为引入的电源和采集的系统二次侧电压设有空开。

2.2.2 功率柜

功率柜分为A、B、C三相，柜内主要由功率单元组成，单元之间通过铜排进行连接，并通过光纤与控制柜中的控制器通信

功率單元之间采用Y型连接的链式结构，运行方式为N+1或N+2冗余模式。功率柜上、中、下三层分别为A、B、C三相。

每个单元内部主要由单元驱动板、IGBT、直流电容、均压电阻、无感电容，散热器、温度传感器等组成，单元驱动板接收主控器发来的信号，经过CPLD芯片处理后控制IGBT的开通与关断，从而输出电流以实时补偿系统无功。单元驱动板还具有直流电压检测、单元温度检测、功率单元故障检测及单元保护功能，并将单元状态及时反馈给控制器。

直流电容采用薄膜或电解电容，能够很好的为功率单元直流侧提供直流电压支撑，同时考虑到串联功率单元电容器的均压问题，采用均压电阻实现串联电容之间的电压均衡。由于IGBT高频率的截止和开通，为了限制电路电压上升率过大，在IGBT的两端并联吸收电压尖峰的无感电容，保证IGBT的安全运行。

2.2.3 电抗器

连接电抗器将装置的输出连接到系统侧，用来和系统交换无功功率并起到滤波作用。

2.2.4 进线柜

进线柜包括隔离刀闸、充电电阻、高压真空接触器、避雷器、开关量控制器（分布式）等，用于SVG与系统的连接控制部分。

2.3 装置系统基本原理

XHSVG的基本原理是将自换相桥式电路通过变压器或者电抗器并联在电网上，适当的调节桥式电路交流侧输出电压的幅值或直接控制其交流侧电流就可以使电路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。

1）恒无功输出模式。此模式是根据无功控制的目标值进行无功补偿，把装置输出的无功控制在一个恒定的值。

2）恒功率因数模式。此模式是根据功率因数的目标值进行无功补偿，调节系统的功率因数

3 常见问题及解决办法

当SVG出现故障时，请根据触摸屏上的故障信息进行相应故障处理。

3.1 功率单元光纤通信故障

处理方法：检查功率单元和控制器的光纤连接，查看是否有断线、接线错误的情况。

3.2 功率单元直流欠压故障

处理方法：装置启动过程中由于单元需要预充电，所以出现短时的单元欠压报警属于正常现象。若并网后出现单元欠压故障，查看电网电压是否过低，或功率单元的充电回路是否正常。

3.3 功率单元直流过压故障

处理方法：检查电网电压是否过高，查看功率单元连接及驱动板有无异常。

3.4 功率单元过温报警或故障

处理方法：检查风机运行及风道密封情况，查看功率单元温度传感器是否正常。

3.5 IGBT短路或开路

处理方法：检查IGBT门极板与驱动板的连接情况是否正常，查看IGBT连接和外观有无明损坏和松动。

3.6 输出过流

处理方法：检查保护参数设置及电流传感器是否正常。

4 结语

通过对SVG动态无功补偿装置的结构和原理的分析，让我们更进一步了解了该设备的结构和电气工作原理，为以后设备的维护，维修提供了理论依据。及时发现设备出现的故障，快速找出故障症结，恢复设备快速投入使用。从而为正常的生产提供优质，高效的电能。