XDVAR系列有源動態無功和諧波補償裝置

NewTypepowercompensationTechnology

（StaticVarGenerator）天津市先導倍爾電氣有限公司XDE2023/2/4MainContent無功補償的義意與用戶側電能質量問題1ComparisonSVCandSVG2SeriesofSVG3ApplicationofSVGinoverseasandinChina4清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所2電網電壓穩定與用戶側電能質量問題1清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所3無功的定義無功功率:電源能量與感性負載線圈中磁場能量或容性負載電容中的電場能量之間進行著可逆的能量交換而占有的電網容量叫無功，Q表示這種能量交換的幅度。無功功率的表達式：

Q=UIsinφ式中無功的單位為Var（乏），線電壓的單位為V（伏），視在電流I單位為A（安）。功率因數：在正弦電路中，功率因數是由電壓和電流之間的相角差決定的，這種情況下，功率因數常用COSφ表示。視在功率S=UI,有功功率P=UIcosφ

cosφ=P/S清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所4無功的分類1、感性無功：電流矢量滯后電壓矢量90度。如：電動機、變壓器線圈、晶閘管變流設備等。2、容性無功：電流矢量超前電壓矢量90度。如：電容器、電纜輸配電線路、電力電子超前控制設備等。3、基波無功：與電源頻率相等的無功。4、諧波無功：與電源頻率不相等的無功。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所5無功功率的影響增加設備的容量。無功功率的增加，會導致電流增大和視在功率的增加，從而使發電機、變壓器及其它電氣設備的容量和導線容量增加。設備及線路損耗增加。使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓產生劇烈波動，使供電質量嚴重降低。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所6諧波基本概念諧波的基本概念

頻率為1/T的分量為基波，頻率為大于1的整數倍基波（50Hz中國）頻率的分量稱為諧波。諧波次數為諧波頻率和基波頻率的整數比。電壓HRUn和電流HRIn電壓和電流總諧波畸變率清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所7諧波的危害諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波電流流過中線時會使線路過熱甚至發生火災。諧波影響各種電氣設備正常工作。諧波會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大。諧波會導致繼電保護和自動裝置誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確。諧波對通訊線路的干擾。

清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所8高次諧波三相六脈波整流電路有哪些諧波

—三相整流設備含有5、7、11、13等次（6n±1）的高次諧波，含量為基波的1/5，1/7，1/11，1/13…1/（6n±1）高次諧波含量為：

即清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所9高次諧波六相十二脈波整流電路有哪些諧波六相十二脈波整流電路含有：11、13、23、25…（12n±1）次高次諧波，高次諧波電流含量是：即清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所10各類多相整流器產生的諧波次數

由右表可見，增加變流器的相數可有效地消除低次諧波，整流相數越多，所產生的諧波分量越少。目前在軋鋼機和電冶金、電解整流電源工程中多數采用12相、24相整流技術，對特大容量的也采用36相、48相整流。交流電弧爐非對稱產生偶次諧波。整流相數注入電網的諧波次數65、7、11、13、17、19、23、25……1211、13、23、25、35……2423、25……3635、37……清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所11什么叫無功補償無功補償：

指根據電網中的無功類型，人為地補償容性無功或感性無功來抵消線路中的無功功率。是為了減小供配電線路中往復交換的無功功率，提高供配電線路的利用率。無功功率有那些影響：

無功功率不做功，但占用電網容量和導線截面積，造成線路壓降增大，使供配電設備過載，諧波無功使電網受到污染，甚至會引起電網振蕩顛覆。

清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所12無功補償的主要作用提高供用電系統及負載的功率因數，降低設備容量，減少功率損耗。穩定受電端及電網的電壓，提高供電質量。在電氣化鐵道等三相負載不平衡的場合，通過適當的無功補償可以平衡三相的有功及無功負載。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所13動態無功補償的功能1、對動態無功負荷的功率因數校正。2、改善電壓調整。3、提高電力系統的靜態和動態穩定性，阻尼功率振蕩。4、降低過電壓。5、減少電壓閃爍。6、阻尼次同步振蕩。7、減少電壓和電流的不平衡。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所14動補與靜補的主要區別及優點靜補投切速度慢，不適合負載變化頻繁的場合，容易產生欠補或者過補償，造成電網電壓波動，損壞用電設備；并且有觸點投切設備壽命短，噪聲大，維護量大，影響電容器使用壽命。動補可對任何負載情況進行實時快速補償，并有穩定電網電壓功能，提高電網質量，同時具備治理諧波的功能。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所15無功補償的方法同步發電機：調整勵磁電流，使其在超前功率因數下運行，輸出有功功率的同時輸出無功功率。同步電動機：與前者的區別主要在于發電機位于發電廠，而電動機位于用戶處。同步調相機：當同步電動機不帶負載而空載運行，專門向電網輸送無功功率時，稱為同步調相機。主要裝于樞紐變電所。并聯電容器：可提供超前的（容性）無功功率，多裝于降壓變電所，亦可就地補償。靜止無功補償裝置：具有調相機的功能，如SVG、SVC。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所16無功補償的三種主要形式MSC/MSR~機械投切式電容/電抗交流電抗器機械式開關交流電容器組SVC~StaticVarCompensator交流電抗器晶閘管閥控制和保護變壓器交流電容器組SVG~StaticVarGeneratorGTO/IGBT/IGCT閥控制與保護變壓器直流電容清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所17同步發電機發電機在額定狀態下運行時，可發出無功功率：發電機在非額定功率因數下運行時可能發出的無功功率發電機的P-Q極限1）當發電機低于額定功率因數運行時，能增加輸出的無功功率，但發電機的視在功率因取決于勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定（2）當發電機高于額定功率因數運行時，勵磁電流不再是限制條件，原動機的機械功率又成了限制條件。（3）發電機只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數（即運行點C）下運行時視在功率才能達到額定值，使其容量得到最充分的利用。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所18同步調相機同步調相機相當于空載運行的同步電動機。在過勵磁運行時，它向系統供給感性無功功率而起無功電源的作用，能提高系統電壓；在欠勵磁運行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的（50%～65%）)，它從系統吸取感性無功功率而起無功負荷作用，可降低系統電壓。它能根據裝設地點電壓的數值平滑改變輸出（或吸取）的無功功率，進行電壓調節。因而調節性能較好。缺點：同步調相機是旋轉機械，運行維護比較復雜；有功功率損耗較大，在滿負荷時約為額定容量的(1.5~5)%，容量越小，百分值越大；小容量的調相機每kVA容量的投資費用也較大。故同步調相機宜大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不裝設。同步調相機常安裝在樞紐變電所清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所19并聯電容器并聯電容器可按三角形和星形接法連接在母線上。它供給的無功功率QC值與所在節點電壓的平方成正比，即QC=V2/XC

。按安裝位置不同通常分為三種，集中補償、分組補償、就地補償。

缺點：電容器的無功功率調節性能比較差（自動投切）。優點：并聯電容器的裝設容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的投資費用較小，運行時功率損耗亦較小，維護也較方便。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所20靜止無功補償裝置（動補）傳統的無功功率動態補償裝置是同步調相機（SynchronousCondenser—SC）早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器（SaturatedReactor—SR）。靜止型無功補償裝置（StaticVarCompensator—SVC）。新型靜止無功補償裝置：靜止無功發生器（StaticVar

Genertor—SVG）或靜止補償器（StaticCompensator—STATCOM）清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所21靜止無功補償器（SVC）靜止補償器由靜電電容器與電抗器并聯組成。電容器可發出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結合起來，再配以適當的調節裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。(a)可控飽和電抗器型（SR）；(b)自飽和電抗器型；(c)可控硅控制電抗器型（SVC-TCR）；(d)可控硅控制電抗器（TCR）和可控硅投切電容器組合型（TSC）。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所22SVC原理（TCR）其單相基本結構是兩個并聯的晶閘管與一個電抗器串聯，而三相多采用三角形聯結。相當于電感負載的交流調壓電路。觸發角有效移相范圍90-180度，基波電流都是無功電流。增大觸發角就是減少電流中的基波分量，相當于增大等效感抗。其線電流的諧波含量為6K±1次諧波。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所23SVC（TCR+FC）靜態特性系統電壓(p.u.)TCRTSC0.4容性電流感性電流01.0清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所24SVC的技術特點（TCR+FC）自身產生較大諧波，需與無源濾波器配合使用；裝置占地面積大；效率低；響應速度慢（40ms-60ms）易產生諧振過電壓、損壞電容器；低壓時補償效果下降迅速，清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所25

WhatisSVG,compareSVCandSVG2清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所26Static“phaseadjuster”靜止“調相機”(STATCOM)LineLoadElectronic

GeneratorforReactive

Power清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所27ConsistofSVG SVGisconsistofchainstaticsynchronizingcompensationer+fixedcapacitor（STATCOM/DSTATCOM，又稱為SVG），accordingtodifferentvolumeofdevice,toproduceaseriesofSVGandhamoroniccompensationdevice按各自容量的不同可組合成各種補償范圍的有源動態無功和諧波補償裝置。ControllersystemCompensateloadControllerCompensatesystemsystem清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所28SVGPrinciple電氣原理（1）SVG’sbasicprincipleisbelow:的基本原理就是將自換相的橋式電路通過電抗器或直接并聯在電網上，適當的調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值，或直接控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。

清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所29SVGworkingprinciple工作原理將自換相橋式電路通過電抗并聯在電網上，適當的調節橋式電路交流輸出電壓的相位和幅值，或控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或發出無功電流，實現動態無功補償。NoloadrunningSystemI=0I=0清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所30STATCOMprinciple(Capacitive)ULIUSUCUUCUSUcUsULIfUC>US

,thenIiscapacitiveIt清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所31STATCOMprinciple(Inductive)工作原理（感性）ULIUSUCUUCUSUSUCULIfUC<US

,thenIisinductiveIt清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所32STATCOM/DSTATCOMMaincircuit主電路方案三電平變流器器件直接串聯諧波較大dv/dt大絕緣要求高多重化變流器變壓器占地大，成本高無冗余運行能力磁非線性導致過電壓和過電流絕緣由變壓器承擔變壓器隔離鏈式逆變器具有冗余運行能力各逆變單元可共用直流電容變壓器較復雜絕緣由變壓器承擔清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所33功率模塊原理圖輸出電壓+U-U0清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所34XDVARSVG－基于鏈式換流器無連接變壓器，減小了占地面積，降低了裝置成本，提高了裝置效率在系統受到擾動時，可以分相進行控制以便更好地提供電壓支撐作用采用冗余功率模塊，提高了裝置可靠性

避免了多重化逆變變壓器激磁回路中剩磁和飽和非線性導致的裝置過電壓和過電流可做成移動式裝置，便于靈活配置，提高裝置使用率U+-輸出電壓+U-U0U+U+U+3U2UU0-U-2U-3U輸出電壓清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所35SVG輸出波形使輸出電壓的基波幅值為控制目標值，并且使各單相橋輸出的基波電壓幅值相位完全相同，且對直流電壓峰值進行限制；使逆變器總輸出電壓中的低次諧波性能達到最優。

優化PWM控制策略各單相橋輸出電壓輸出相電壓實測相電壓清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所3610KV電氣原理圖清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所37瞬時無功的控制策略清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所38瞬時無功的控制策略

SVG可以對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，其由兩部分組成，即指令電流運算電路和補償電流發生電路（由電流跟蹤控制電路、驅動電路和主電路組成）。其中，指令運算電路的核心是檢測出補償對象電流中的諧波和無功等電流分量，因此有時也稱之為諧波和無功電流檢測電路。補償電流發生電路的作用是根據指令電流運算電路得出的補償電流的指令信號，產生實際的補償電流。主電路采用多重化的PWM電路。

SVG是基于瞬時無功功率的方法，在只檢測無功電流時，可以完全無延時地得出檢測結果。檢測諧波電流時，因檢測對象中諧波的構成和采用濾波器的不同，會有不同的延時，最多不超過一個電源周期。當需要補償負載所產生的諧波電流時，SVG檢測出補償對象負載電流的諧波分量，將其反極性后作為補償電流指令，由補償電流發生器產生的補償電流與負載電流中諧波分量大小相等、方向相反，互相抵消，使電源電流只含基波，不含諧波。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所39優異的諧波輸出特性傳統SVC裝置中令人頭疼的諧波問題，在SVG中則完全采用橋式變流電路的多重化技術，多電平技術或PWM技術進行處理，以消除次數較低的諧波，并使較高次數的諧波電流減小到可以接受的程度。所以SVG既可以輸出近似正弦波的無功電流（不含諧波，用于電網補償），也可以輸出設定次數的諧波電流（用于負荷諧波濾波），即SVG輸出電流是完全有源可控的，完全滿足用戶的需要；清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所40SVG電壓-電流特性系統電壓(p.u.)SVGTCRTSC0.4容性電流感性電流01.0當電網電壓下降，補償器的電壓-電流特性向下調整時，SVG可以調整其變流器交流側電壓的幅值和相位，以使其所能提供的最大無功電流維持不變，僅受其電力半導體器件的電流容量限制。其運行范圍是上下等寬的近似矩形的區域。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所41SVG的占地面積SVGSVC清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所42占地面積SVG占地是SVC的1/5~1/3資料來源：SIEMENS清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所43動態響應資料來源：ABBSVC：2～3周波，速度過快產生諧振。STATCOM：1～2周波，小于5毫秒清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所44SVG響應速度SVG的快速動態響應

(小于10ms)響應速度越快對閃變抑制效果越好SVC的響應速度大于10毫秒，如果再快，有可能與系統產生諧振。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所45典型SVC與典型SVG損耗的比較典型0－100Mvar

SSVC典型0－100MvarSVC清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所46典型SVC與典型SVG運行損耗的比較補償容量SVG補償組成SVC補償組成SVG的損耗(萬度/年)SVC的損耗(萬度/年)SVGFCTCRFC最小0.02%平均最大0.33%最小0.06%平均最大1.0%2M±2M0-2M+2M0.322.775.281.08.516.05M±5M0-5M+5M0.86.9313.22.521.340.08M±4M+4M-8M+8M1.2811.0821.124.034.064.010M±5M+5M-10M+10M1.6013.8526.45.042.580.016M±8M+8M-16M+16M2.5622.1642.248.058.0108.020M±10M+10M-20M+20M3.2027.7052.810.085.0160.024M±12M+12M-24M+24M3.8433.2463.3612.0102.0192.030M±15M+15M-30M+30M4.8041.5539.6015.0127.5240.040M±20M+20M-40M+40M6.4055.40105.620.0170.0320.050M±25M+25M-50M+50M8.0069.30131.225.0212.5400.0清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所47典型SVC與典型SVG運行損耗的比較為什么SVG比SVC節能?串聯電抗器容量不同,SVC串聯100%電抗，而SVG只串聯6%的電抗，而電抗器損耗大約為0.8%的損耗，占主導地位。FC部分，SVC的電容容量是SVG電容容量的一倍，所以，電容損耗比SVC的損耗小，電容損耗較小。SVC的可控硅的損耗與SVG的IGBT的損耗相當，可控硅的損耗比IGBT損耗小，但SVC部分的可控硅部分的容量是IGBT容量的一倍。而且在SVC的0無功時損耗最大，100%無功時損耗最小，SVG在50%無功時損耗最小，在100%無功時損耗最大，一般動態無功絕大部分時間工作在50%無功狀態。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所48-50M－+150MSVG與SVC性能比較比較內容100MVASTATCOM+50M固定電容器（-50—150）200MVATCR+150M濾波器（-50—150）無功控制能力連續，零無功時STATCOM投入-50Mvar連續，容性無功由濾波器提供，零無功時TCR投入-150Mvar無功補償響應速度響應速度快（5ms－10ms）響應速度慢（40ms～60ms）電壓對補償效果的影響輸出無功電流與系統電壓無關系統電壓下降時輸出無功電流成比例下降同等補償效果所需容量1.01.2－1.3占地面積小大(為STATCOM的4－5倍)損耗與輸出無功的關系零無功時STATCOM投入-50Mvar，損耗為50MX1%。假設STATCOM損耗為1％。零無功時TCR投入-150M，損耗大；損耗為150MX1%。假設TCR損耗為1％。價格比較約4200萬STATCOM：400元/kvar，電容器20元/kvar4050萬TCR：180元/kvar，濾波器30元/kvar清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所49

XDVAR系列SVG介紹3清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所50XDVAR裝置構成清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所51典型安裝示意圖清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所52±8Mvar/10kVSVG外觀圖清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所5310KV電氣原理圖清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所54XDVARSVG功能模塊化的電路結構SVG的核心是基于IGBT器件的鏈式逆變器。鏈式逆變器每相由多個功率模塊輸出串聯而成，功率模塊采用N+1或N+2冗余運行結構；模塊控制采用大規模FPGA芯片載波移相多電平空間矢量PWM控制策略，電路簡單，抗干擾能力強，可靠性高；采用自勵起動技術，使得裝置投入時沖擊電流小；模塊面板共4個電氣端子，4個光纖端子，接線簡單，還設有若干狀態及故障指示燈，方便維護及檢修；當某一個功率模塊故障時，控制器將檢測出并發出指令使故障的功率模塊輸出通過快速電子旁路電路短接，使裝置能繼續滿載運行，大大提高了裝置可靠性。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所55XDVARSVG功能控制采用基于三DSP及多FPGA的全數字化控制器MLCCON，具有高集成度，可靠性高；現場可設定控制方式：系統補償或負荷補償及負荷補償諧波次數；采用快速瞬時無功電流控制策略，可實現系統短路故障時的連續穩定運行；采用進口PLC實現多組固定電容器的綜合投切控制。控制器全封閉防塵設計，無需冷卻風扇，大大提高可靠性。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所56XDVARSVG功能監控與人機接口本地監控功能由DSP及進口PLC共同完成，采用觸摸屏中文/英文顯示界面，比嵌入式工控機界面硬件可靠性高，更適用于工業現場電磁環境；本地監控面板能進行各種控制操作和參數設置；顯示面板具有功率模塊直流電壓、功率模塊故障/旁路狀態、輸出電流、負荷電流、故障顯示及故障追憶等功能，可顯示輸出電流波形；遠方通信監控接口為RS232/RS485和CAN總線，備有計算機網絡監控的RJ45擴展口和通信轉換模塊，可以靈活支持Modbus、Profibus、TCP/IP和IEC61850等通信協議；可以通過遠方計算機進行實時狀態監控；具有GPRS遠程接口，裝置通過聯網裝置，將系統運行數據、狀態量和報警信息等，利用GPRS網絡發送到本公司后臺服務器，實現對現場的實時監控，以確定其安全情況和運行情況，大幅提高了系統運行的可靠性及可維護性。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所57XDVARSVG性能特點啟動沖擊小：SVG部分采用自勵方式起動，啟動快速且沖擊電流限制在很小的幅值；任意組合的連續補償范圍：SVG可以從額定感性工況到額定容性工況連續輸出無功，和固定電容器組合可構成任意范圍的連續補償；動態響應速度快 SVG具有10ms以內的快速輸出無功特性，因而對快速的沖擊負荷具有更好的補償效果；而傳統的SVC響應時間一般在40ms-60ms（太快可能引起電抗和電容器產生振蕩）。優異的諧波輸出特性 SVG既可以輸出近似正弦波的無功電流（不含諧波，用于電網補償），也可以輸出設定次數的諧波電流（用于負荷諧波濾波），即SVG輸出電流是完全有源可控的，完全滿足用戶的需要；而SVC產生大量不可控的諧波電流，又附帶大量不可控的無源濾波支路來實現自身產生的諧波電流的濾波。

清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所58XDVARSVG性能特點占地面積小 SVG以半導體功率器件構成的逆變器為核心，使用直流電容器儲能，無SVC中體積龐大的濾波支路和電抗器，安裝尺寸一般只有SVC的1/5-1/3，特別適合于對占地面積要求較高的場合。XDVAR系列SVG可做成移動式裝置。高效率 SVG采用新型低損耗IGBT功率器件，直接輸出電壓范圍1kV－35Kv,省去了連接變壓器，裝置效率可達99％以上；而由于損耗曲線特性優于SVC（SVC空載時損耗達到最大），SVG的等效運行損耗一般只有SVC的1/3-1/2，等效運行耗電量大大低于SVC。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所59XDVARSVG性能特點超強補償能力 SVG輸出電流不依賴于系統電壓，表現為恒流源特性，在系統電壓跌落到20％時仍可以輸出額定無功電流，具有更寬的運行范圍；而SVC輸出電流與系統電壓成正比下降，使得達到同等補償效果SVG容量可以比SVC容量小20％－30％。 通過對固定電容器組的綜合控制，可以更好的滿足系統和負荷的補償范圍要求。高可靠性

SVG采用N+1或N+2冗余主電路拓撲結構，一個（或兩個）鏈節單元損壞后仍可繼續滿負荷運行；SVC使用了大量電容器電抗器，當外部系統容量與補償裝置的容量可比時，SVC會產生不穩定性而發生振蕩，而SVG對外部系統運行條件和結構變化不敏感。SVG還避免了功率器件的直接串聯

清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所60出廠試驗等價額定工況試驗驗證鏈節在周期開通和關斷過程中，耐受電壓和電流的極限強度；檢驗鏈節控制板在額定工況運行下抗干擾能力；檢驗各元件水冷散熱效果；檢測鏈節控制電源消耗功率大小。

1等價過電流保護試驗驗證鏈節主要（一次）設備是否能夠耐受由過電流引起結溫升高后的電壓應力；檢驗過電流保護裝置在最大關斷電流出現時關斷IGCT的能力。2閥的電介質試驗閥對地：工頻交流耐壓試驗；局部放電的測量；雷電沖擊試驗。閥端：工頻交流耐壓試驗；操作沖擊試驗。3清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所61SVG實時數字仿真平臺可對實際工程的控制器進行閉環物理測試，加速現場投運試驗；可對鏈式SVG控制器進行系統電壓異常（突變、不平衡、頻率和相位擾動）情況下的實時仿真試驗，減少現場試驗的時間、成本和風險。鏈式SVG裝置控制器接入系統的鏈式SVG裝置實時仿真平臺清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所62SVG補償效果試驗條件：負荷電流由落后系統電壓0度切換到落后90度，DSTATCOM隨即發出1000A補償電流，動態響應時間15ms左右。補償不平衡負荷電流動態過程（～15ms）清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所63諧波補償測試電流諧波次數負荷電流含量系統電流含量512.5%2.0%710%1.0%115%0.5%135%1.5%有效濾除特定次諧波電流，不引起其它次諧波放大母線電壓系統電流負荷電流DSTATCOM補償電流頻譜分析清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所64主要技術指標逆變器類型鏈式換流器，采用IGBT器件裝置容量1MVA－100MVA并網點電壓等級45Hz-55Hz，6Kv/10Kv/27Kv/35kV并網點電壓允許波動范圍30％額定電壓到120％額定電壓啟動方式自勵啟動，啟動沖擊電流小控制電源45Hz-55Hz，380V±20%，內含免維護后備電源無功輸出范圍額定感性到額定容性無功，連續調節無功輸出特性電流源輸出，在系統電壓降低到20％仍輸出額定容性無功電流補償控制方式系統補償或負荷補償系統補償功能電壓調節、無功調節、暫穩控制、阻尼控制負荷補償功能功率因數補償、電壓閃變抑制、諧波補償、負荷不平衡補償清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所65主要技術指標無功輸出響應速度5ms－20ms綜合補償控制可控制多組補償電容器或電抗器的自動投切過載能力標準：允許10％連續過載，20％過載5秒，30％過載立即保護故障處理鏈式換流器采用N+1/N+2冗余運行，故障功率模塊自動旁路，裝置運行不受影響效率滿載時大于99%保護功能輸出過電流、系統短路、系統過壓、PT斷線、過溫、水冷故障、通信失敗等保護遠程監控數字方式：RS485、CAN、Modbus、Profibus、TCP/IP，GPRS6路可編程外部開關量輸入（DC24V）信號輸出4路可編程模擬量輸出（0－20mA）；6路可編程開出（DC24V/50mA）；人機界面中文液晶觸摸屏圖文人機界面清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所66

SVG國內外應用情況4清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所67我國STATCOM的研制94年電力部重點科技攻關項目±20MvarSTATCOM，清華與河南省電力局合作，99年投運，00年通過部級鑒定；當選00年全國高校十大科技成就之一，02年獲國家獎；2002年11月國家電網公司重點科技攻關項目：“上海電網黃渡分區±50MvarSTATCOM示范工程”通過立項評審。項目分為兩部分：

1）電力系統暫態電壓穩定的控制-±50MvarSTATCOM關 鍵技術問題的研究－2004年1月通過評審

2）西郊變電站±50MvarSTATCOM裝置的研制—2004.3－2006.3±50MvarSTATCOM裝置2006年2月28日并網運行，3月7日完成全部現場試驗，4月10日通過國家電網公司組織的驗收，認為核心技術達到國際領先水平。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所6850MSVG構成占地：20m×18m清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所69基于IGCT的50M鏈式換流器主電路50MSSVC是國際上首臺采用IGCT器件的MVA級鏈式SVG裝置清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所70外觀清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所71一相逆變器閥清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所72控制室屏柜清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所73驗收意見

±50MvarSTATCOM裝置研制過程中，創新性地解決了如下關鍵技術問題：（1）建立了鏈式STATCOM的標么值數學模型，提出了基于IGCT的鏈式STATCOM主電路及參數設計方法；（2）提出并實現了多目標150Hz優化PWM控制策略；（3）提出并實現了循環交換鏈節間PWM脈沖結合直流PWM制動的直流電壓平衡控制方法；（4）提出并實現了分布式鏈節冗余控制與保護策略；（5）提出并實現了自平衡精確反饋線性化動態無功控制方法，使裝置能在各種系統電壓工況下穩定運行；（6）提出并實現了鏈式STATCOM的基于DSP和FPGA的全數字化高速高精度控制系統；（7）提出并實現了大容量鏈節等價運行與保護試驗系統。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所74用于輸電系統的SVG部分統計研制者地點(MVA)時間1三菱電機、關西電力日本±201980年2西屋公司、EPRI美國±11986年3三菱電機、關西電力日本±801991年4東芝、日立、東京電力日本±50×21992年5東芝、Hokkaido電力日本±10×21993年6西屋公司、EPRI、田納西電力美國±1001996年7西門子丹麥±81997年8西屋、EPRI、美國電力美國±1601997年9清華大學、河南省電力公司中國±201999年10ALSTOM、英國國家電網（NGC）英國±751999年11三菱美國＋133/-412001年12三菱，圣迭戈天然氣和電力公司美國±1002002年13KEPRI、KEPCO韓國±802003年14ALSTOM，美國東北電力美國±1502003年15ABB，奧斯汀能源美國±100200416清華大學、許繼，上海電力公司中國±502006年清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所75在負荷補償中的應用三菱公司從1986年至2003年期間，安裝了近200臺SVG，容量在0.1到60Mvar之間；東芝公司投運多臺10M/20MSVG用于電弧爐的動態補償；ABB公司已推出系列的SVC-LIGHT（即SVG），用于系統及用戶補償；西屋公司為加拿大BC省阿達姆湖伐木場提供了一臺2MVAR的SVG，保證了該伐木場的正常工作；西門子公司為丹麥某風力發電場提供的兩臺4MVAR對于其風力發電設備的穩定運行起了重要作用；美國S&C’S公司的系列PUREWAVESVG，用于補償沖擊負載引起的電壓跌落和閃變。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所76美國±100MvarSTATCOM（1996）背景：Sullivan變電站，田納西州東北部，屬于TVA（TennesseeValleyAuthority）管轄由500kV輸電網和4條160kV線路供電，冬季負荷高峰期，該地區負荷可達900MW，其中55％由Sullivan變電站提供。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所77美國±100MvarSTATCOM（1996）1500kV母線輕載時電壓過高裝有80Mvar可投切電抗器，存在發熱問題，利用率不高2160kV母線重載時電壓過低變壓器抽頭動作頻繁，降低變壓器壽命,故障率1％，一半由抽頭引起,一次損失$1M3變電站與500kV網聯系較弱單臺1200MW變壓器冬季大負荷時，失去變壓器后160kV母線電壓跌落10％－15％4與鄰近的AEP系統間存在功率振蕩一條160kV線路與AEP系統相連AEP內的PMU測量到了功率振蕩現象輕載時STATCOM幫助調節500kV母線電壓，電抗器可完全切除。正常情況下160kV母線電壓由STATCOM調節，變壓器抽頭動作次數大大降低。250次/月減少為2～5次/月大負荷方式下，失去500kV/160kV變壓器后，STATCOM可快速動作，維持160kV母線電壓在合理范圍，等待附近變電站的固定電容全部投入。有助于研究STATCOM在抑制功率振蕩的能力。解決方案：±100MvarSTATCOM＋84MvarFC＝－100Mvar/+184Mvar清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所78美國±100MvarSTATCOM（1996）27m×15m新增變壓器：$20MSTATCOM：TVA$6M+EPRI$6M節省$14M清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所79丹麥±8MvarSTATCOM（1997）背景：RejsbyHede風電廠，40臺600kW風機，24MW1.異步發電機消耗的無功隨輸出有功的變化而變化，受風力影響較大，固定電容器很難勝任。2.與電網失去聯系形成孤島后，異步發電機處于自勵磁狀態，若并聯電容容量高于發電機電抗，引起機端過電壓。解決方案：±8MvarSTATCOM＋6MvarFC清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所80英國±75MvarSTATCOM（1999）背景：90年代中期，英國國家電網計劃在北方地區新建一座低成本燃氣電廠，分析表明這將增加流向南方的潮流，使得南方地區無功不足的問題凸現。在增加南方地區無功補償的整體計劃中，位于倫敦北部的EastClaydon變電站加裝225Mvar的無功是重要內容。英國已有12套移動式SVC投入運行，這次，出于節省用地和新技術應用的角度，國家電網選擇了基于STATCOM的動態無功系統。輸出 連續可調容量 0－+225Mvar接入電壓等級400kV(275kV)可移動性 6個月內可用率

98%英國國家電網對于動態無功系統的要求：清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所81英國±75MvarSTATCOM（1999）STATCOM±75MvarHarmonicFilter23MvarTSC127Mvar237MVA400kV15.1kVGTOCONVERTER清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所82英國±75MvarSTATCOM（1999）清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所83英國±75MvarSTATCOM（1999）清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所84英國±75MvarSTATCOM（1999）清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所85美國±150MvarSTATCOM（2003）地理位置：康涅狄格州西南部，諾沃克－斯坦福地區電網，東北電力公司（NortheastUtility），格林布魯克變電站電網特點：人口密集區，以居民用電和商業用電為主，最高負荷可達1200MW起因：2000年夏天，發生一起雙回輸電線路倒塔故障（Double－CircuitTower），致使該地區電壓跌落致30－40％（故障中），故障后經歷8－10秒才恢復至90％（大量空調負荷停轉或閉鎖）。雙回線路倒塔故障屬于東北電力協調委員會（NPCC）和新英格蘭電力區（NEPOOL）N－2導則之內的擾動。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所86美國±150MvarSTATCOM（2003）115->230kV剛進行一次改造（69->115kV），絕緣水平不夠；架空線路需重建，技術、經濟、時間上不可行。需要300Mva；正常運行時系統出現過電壓150MvarFC＋150MvarSTATCOM低電壓下能夠輸出額定容性無功（SVC不能）安裝占地少諧波性能優動態響應快暫態容量高噪聲分貝小磁場強度低固定電容線路改造FACTS清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所87美國±150MvarSTATCOM（2003）無STATCOM，線路故障導致電壓低于0.6有STATCOM，故障后電壓在2秒內恢復仿真結果清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所88美國±100MvarSTATCOM（2004）Holly電廠：美國德克薩斯州，奧斯汀電力公司，德州電力可靠性委員會（EROCT）容量：590MW，348Mvar。分4臺機組（以天然氣或石油為燃料），1958－1974陸續投運。設計壽命30－40年。擾民：電廠位于居民區附近－90年代中期，電力公司花費$5M用于建造隔音及絕熱設施。－1993、1994年發生兩起火災，火災引起附近居民的抗議。取締：－德州地區電力過剩，不遠處正在新建一座低成本電廠。－＃1、＃2機組在2004年之前，＃3、＃4機組在2007年之前退役。清華大學電機系柔性交流輸配電系統研究所89美國±100MvarSTATCOM（2004）RMR電廠：（ReliabilityMustRun）－穩定校核