SLWSVG系列高壓動態無功補償裝置
1.概述
SLWSVG系列高壓動態無功補償裝置是以IGBT為核心的無功補償系統，能夠快速連續的提供容性或感性無功功率，實現考核點恒定無功、恒定電壓和恒定功率因數等控制，保障電力系統穩定、高效、優質地運行。在配電網中，將中小容量的SLWSVG產品安裝在某些特殊負荷（如電弧爐）附近，可以顯著地改善負荷與公共電網連接點處的電能質量，例如提高功率因數、平衡三相電壓、抑制電壓閃變和電壓波動、治理諧波污染等。
2、產品特點
SLWSVG系列高壓動態無功補償裝置采用現代電力電子、自動化、微電子及網絡通訊等技術，采用的瞬時無功功率理論和基于同步坐標變換的功率解耦算法，以設定的無功性質及大小、功率因數、電網電壓等為控制目標運行，動態的跟蹤電網電能質量變化調節無功輸出，并能實現曲線設定運行，提升電網質量。
易操作、高性能、高可靠性的SLWSVG系列高壓動態無功補償裝置為滿足用戶對提高輸配電電網的功率因數、治理諧波、補償負序電流的迫切需求做出相應設計，具有以下特點：
◆功率單元采用一次性成型模具結構，通用性強，可以實現系列化產品的備品備件通用，功率單元一次端子和二次信號接口統一，方便后期的維護。
◆功率單元額安裝方式采用功率接插件，方便現場安裝、檢修、維護等工作，有效的提高效率。
◆薄膜電容的使用壽命達10年以上，電容器廠家提供經過TUV認證的證明，杜絕使用油浸式電容。
◆動態響應速度快，響應時間≤5ms。
◆總諧波電流失真（THD）≤3%。
◆多種運行模式極大的滿足用戶需求、運行模式有：恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數模式、恒考核點電壓模式、負載補償模式、目標值可實時更改。
◆實時跟蹤負荷變化，動態連續平滑補償無功功率，提高系統功率因數，實時治理諧波，補償負序電流，提高電網供電質量。
◆抑制電壓閃變，改善電壓質量，穩定系統電壓。
◆SLWSVG電路參數精心設計，發熱量小，效率高，運行成本低。
◆設備結構緊湊，占地面積小。
◆灰塵濾網方便維護，在不停機的情況下能夠安全，方便地清洗濾網。
◆主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈式串聯結構，每相由多個相同功率單元組成，整機輸出由PWM波形疊加而成的階梯波，逼近正弦，經輸出電抗濾波后正弦度良好。
◆SLWSVG采用冗余性設計和模塊化設計，滿足系統高可靠性的需求。
◆功率電路模塊化設計，維護簡單，互換性好。
◆保護功能齊全，具有過壓、過流、單元過熱、不均壓等保護，并能實現故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點，易維護，運行可靠性高。
◆與現場的信號交互完善，有以太網、485通訊接口、支持MODBUS-RTU、電力CDT規約、IEC104以及用戶自定義等通訊協議。
◆人機界面友好顯示，除具有實時數字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態監控、系統信息查詢、歷史故障查詢等功能外，還具有送電后系統自檢，一鍵開停機、分時控制、示波器（AD通道強制錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。
◆SLWSVG設計包含于FC配合使用額接口，實現定補和助補的有效結合，為用戶提供更經濟，更靈活的補償方案。
◆投切時無暫態沖擊，無合涌流，無電弧重燃，無需放電即可再投。
◆與系統連接時，不需要考慮交流系統相序、連接方便。
◆可并聯安裝，極易擴展容量，并機運行使用光纖通訊，通訊速度快，能夠完好的滿足實時補償的要求。
◆所有的部件要求經過環境測試，并出具報告。
◆控制板件也經過環境測試與EMC測試，并出具報告。
◆具有國家機構出具的實驗報告，并在有效期內。
◆產品具有國家煤炭行業機構出具的礦用電氣設備礦用合格證。
◆具有同類產品的多年生產制造經驗，并在煤炭、冶金、光伏等行業有豐富的應用經驗。
3.應用領域及用途
SLWSVG系列高壓動態無功補償裝置可廣泛應用于石油化工、電力系統、冶金、電氣化鐵路、城市建設等行業中，為各種異步電動機、變壓器、晶閘管變流器、感應爐、照明設備、電弧爐、電力機車、提升機、起重機、沖壓機、吊車、電梯、風力發電機、電梯、電焊機、電阻爐、石英熔煉爐等設備提供高質量、高可靠性的無功補償及濾波的解決方案。
SLWSVG系列高壓動態無功補償裝置可以增強電力傳輸能力、減少電能損耗、補償無功功率、治理諧波、抑制閃變、穩定電網電壓、平衡三相系統、改變系統的阻尼特性、提高系統的穩定性。
4.產品規格型號與外形尺寸
SLWSVG系列高壓動態無功補償裝置命名規則如下：
注：容量（Mvar）表示從感性無功到容性無功動態調節范圍內的額定調節容量。例如C2.0/10表示：直掛式10kV、容量為±2Mvar（感性）到-2000kvar（容量）范圍內對無功進行連續平滑調節。
4.1.室內型SLWSVG型號規格與尺寸
室內型SLWSVG系列電壓等級6kV成套裝置選型與外形尺寸如下：
圖3 室內型SLWSVG-C6.0/6外形圖 表2 SLWSVG戶內式10kV機型規格與尺寸
說明：（1）高度不含風機高度（約500mm）。
（2）容量（Mvar）表示從感性無功到容性無功動態調節范圍內的額定調節容量，例如C5.0/6表示：6kV、容量為±5Mvar裝置，即+5Mvar（感性）到-5Mvar（容性）范圍內對無功進行連續平滑調節。
（3）使用空心電抗的設備無電抗柜，需另外規劃擺放空間。
（4）以上尺寸僅供參考，公司保留對產生升級和改進的權利，若有產品尺寸更改恕不另行通知。
室內型SLWSVG系列電壓等級35kV成套裝置選型與外形尺寸如下：
圖5 室內型SLWSVG-C12.0/35外形圖
表2 SLWSVG戶內式10kV機型規格與尺寸
說明:（1）高度不含風機高度（約500mm）。
（2）容量（Mvar）表示從感性無功到容性無功動態調節范圍內的額定調節容量，例如C5.0/6表示：6kV、容量為±5Mvar裝置，即+5Mvar（感性）到-5Mvar（容性）范圍內對無功進行連續平滑調節。
（3）使用空心電抗的設備無電抗柜，需另外規劃擺放空間。
（4）以上尺寸僅供參考，公司保留對產生升級和改進的權利，若有產品尺寸更改恕不另行通知。
室內型SLWSVG系列電壓等級35kV成套裝置選型與外形尺寸如下：
表3 SLWSVG戶內式35kV機型規格與尺寸
說明：（1）高度不含風機高度（約500mm）。
（2）容量（Mvar）表示從感性無功到容性無功動態調節范圍內的額定調節容量，例如C8.0/35表示：35kV、容量為±8Mvar裝置，即+8Mvar（感性）到-8Mvar（容性）范圍內對無功進行連續平滑調節。
（3）35kV設備使用空心電抗的設備無電抗柜，需另外規劃擺放空間。
（4）對于35kV系列產品，三相可分為三排前后就近布置。
4.2 戶外型SLWSVG型號規格與尺寸
戶外型SLWSVG系列電壓等級6kV成套裝置選型與外形尺寸如下： 圖6 戶外型SLWSVG-C6.0/6-O外形圖
表4 SLWSVG戶外式6kV機型規格與尺寸
戶外型SLWSVG系列電壓等級10kV成套裝置選型與外形尺寸如下：
圖7 戶外型SLWSVG-C6.0/10-O外形圖
表5 SLWSVG戶外式10kV機型規格與尺寸
戶外型SLWSVG系列電壓等級35kV成套裝置選型與外形尺寸如下：
圖8 戶外型SLWSVG-C12.0/35-O外形圖
表6 SLWSVG戶外式35kV機型規格與尺寸 
SLWSVG戶外式實物圖 5.產品特性
5.1技術參數
◆額定容量：±1Mvar-±100Mvar;
◆額定電壓：6kV、10kV、27.5kV、35kV；
◆系統頻率：50Hz；
◆過載能力：大于120%；
◆響應時間：≤5ms；
◆有功損耗：≤0.8%；
◆總諧波電流失真（THDi）：≤3%；
◆控制電源：380VAC、220VAC或者220VDC；
◆無功調節方式：容性、感性自動連續平滑調節；
◆起調功率：5kvar；
◆補償電流分辨率：0.5A；
◆通訊接口：以太網、RS485和CAN等通訊接口，高速光纖通訊接口；
◆通訊協議：支持MODBUS-RTU、ProfiBUS、電力CDT91規約、IEC61850-103/104、CANOPEN協議、用戶自定義等通訊協議（可以在觸摸屏上自由設定）；
◆運行方式：恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數模式、恒考核點電壓模式、分時96點控制；
◆并聯方式：支持多機并聯組網運行、可分多母線綜合補償、支持最多4組FC綜合補償控制；
◆防護等級：室內型滿足IP40、戶外型滿足IP44。
5.2 保護功能
裝置采用了綜合保護策略，以提高裝置可靠性。
保護策略包括器件級保護、裝置級保護和系統級保護三級。
器件級保護的動作時限不超過10us，在發現器件過流、過壓或驅動信號異常時，能夠迅速實施保護。
系統級保護的動作時限為5-2000ms，當發現系統失壓、系統電壓過高、冷卻系統故障等異常工況時，便實施保護。
保護類型如下：
母線過壓、過流、速斷、直流過壓、電力電子元件損壞檢測保護、丟脈沖、觸發異常、過壓擊穿、功率單元超溫；
系統過載、系統短路、系統過壓、系統頻率異常保護。
遠端短路或單相接地保護，外部故障保護。
輸入接口、輸出接口控制和系統電源異常等保護功能。
5.3使用環境
◆貯存溫度：-30℃-+70℃
◆運行溫度：-10℃-+40℃
◆相對濕度：月平均值不大于90%（25%），無凝露
◆海拔高度：≤2000m（高于2000m需特殊說明）
◆海洋環境與強腐蝕性環境下需要定制
◆地震烈度：8度
6.現場接線圖
圖9 SLWSVG裝置與6kV-35kV電網的典型連接圖
圖10 SLWSVG裝置在應用現場的一次、二次接線示意圖
7. SLWSVG主要器件溝單
SLWSVG系列產品重要器件選用世界產品。保證了SVG產品性能的離可靠性。
8. SLWSVG系統結構
SLWSVG系列產品的主電路采用鏈式拓撲結構，模塊化的結構設計，星型及三角形的連接方式實現不同容量下的性價比，既保證用戶投資的有效性，又保障了電力系統穩定、高效、優質的運行。
SLWSVG系列產品控制柜與功率柜信兮通過光纖進行隔離控制，實現了高低壓的可靠限離。SLWSVG系列產品系統對結構上做出了極大的改進處理，使維護更方便。控制柜進行了嚴格的抗干擾處理，保障控制系統不受高壓主回路的影響。功率模塊(單元)的改善使得功率柜占地面積更小，極大節省了用戶設備空問，減少了投資。
SLWSVG系列產品主要分為三部分：控制柜、功率柜、電抗器柜。其中功率柜實現了極大的統一性，方便了產品容量的擴展及穩定性。各電壓等級的裝置由控制拒、功率柜及電抗器柜（或空心電抗）組成。其中35kV裝置采用了柜體及模塊的設計，不必使用安全圍欄即可保證操作者的安全；采用設計使得冷卻風機能夠直接安裝于柜頂，降低了安裝難度，使安裝與維護更加方便。各柜體中主要器件及作用如表8所示。 表8 SLWSVG系統結構
8.1控制柜
主回路部分由隔離開關QS1，接觸器KM1(或斷路器QF)，緩沖電阻R及狀態檢測器件等多個部分組成(如圖11所示）。
圖11 控制柜中主回路
隔離開關QS1是在系統維護時，為保證人身安全而隔離現場電網高壓的安全防護器件，隔離開關QS1的操作必須在確認上一級開關柜斷開情況下進行，不允許在高壓送達時操作。
SLWSVG系列產品的啟動方式設計為自判斷啟動，隔離開關QS1合上，系統電網通過緩沖電阻對功率模塊的電容進行充電。單元母線電壓達到穩定后，閉合接觸器KM1 (或斷路器QF)，旁路緩沖電阻，完成整機上主電過程。
控制部分由主控箱、PLC、觸摸屏、開關電源、繼電器、濾波器、空氣開關、自主開發的不間斷二次電源系統等部分組成。
主控箱與PLC、主控箱和人機界面之間使用串行通信，主控箱板路之間通訊連接實現系統的分層控制，實現期望控制目標、監控 SLWSVG運行狀態、與上位機的通訊等功能 。
(1)主控箱
主控箱系標準機箱，不但通過了嚴格的EMC (電磁兼容性）認證，而且通過了溫度循環及振動試驗的驗證，具有的可靠性。其內含有電源板、主控板、分相板、分信號板等線路板，實現插卡式互連，統一性高、穩定性好，更易維護。電源 板為主控箱內各板路提供多種類型的電源及接口，實現各板路間的 數據傳輸；主控板實現核心控制，協調各板路進行工作，并對外進 行通訊；分相板及分信號板實現對各單元梭塊的實時監控。主控箱側視圖參看圖12。
圖12 SLWSVG主控箱
主控箱中控制核心由高速32位數字信號處理器(DSP)、現場可編程門陣列(FPGA)協同運算來實現。精心設計的算法可以保證 SLWSVG達到的運行性能?？刂破鞑捎么笠幠＜呻娐泛捅砻婧附蛹夹g，利用自動化焊接設備進行焊接、針床測試進行檢驗，極 大消除了人工參與造成不穩定的影響，系統具有的可靠性。
（2）可編程邏輯控制器PLC
采用國際品牌西門子PLC (圖13)，實現柜體內開關信號的可靠邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號的協調，增強了系統的靈活性。
圖13可編程控制器
實時與主控部分、觸摸屏通訊，把裝置的運行狀態實時的傳給觸摸屏顯示，并能準確而迅速的實現觸換屏、柜門按鈕對裝置的控制。
（3）人性化操作作界面
柜門上安放緊急停止按鈕，方便用戶在緊急悄況下操作，選用國內品牌威綸觸接屏，廠家采用的儀器設備，運用標準化作業程序執行管制，與國際標準同步.通過國際認證公司303的9001-2000驗證，2005年獲得CE、UL、ROhs認證;
采用符合環保標準的無鉛器件和制造工藝，保證了其品質。
SLWSVGB采用的觸摸屏能夠提供友好的全中文監控和操作界面，采用的人機溝通技巧，實現設備啟停等操作的自由控制。
圖14 SLWSVG多功能人機界面
觸摸屏主要提供以下功能：
送電時對系統自檢過程的檢測；
對設備裝置的基本操作；
一鍵開停機功能；
分時控制功能；
示波器功能（不同通道、不同放大倍數的AD強制錄波）
故障錄波（故障瞬間電壓、電流波形記錄）
實時狀態和模擬量顯示（電壓、電流、溫度、功率、功率因數等）
運行歷史事件記錄和歷史曲線記錄査詢
鏈式裝置單元狀態監控
系統信息査詢、參數査詢和參數設置等
故障査詢和歷史故障查詢
8.2功能
功率柜主要由功率單元組成，構成了SLWSVG無功補償的主體。功率單元分三相安裝，每相單元個數相等，單元輸出波形疊加成整機輸出波形。每個功率單元都承受全部的輸出電流、1/N的相電壓、1/(3N)的輸出功率。單元模塊工作時會產生部分熱量，由柜頂或后柜門設計的風機強制散熱。功率柜單元排布如圖15所示。
圖15功率柜中單元的排布圖 圖16功率單元（棧塊}
功率單元（見圖16)內置多種電路板，單元控制部分除了采樣回路、保護回路和輸出驅動回路外，所有的邏輯和通訊處理均采用復雜可編程邏輯器件（CPLD)完成，智能化的設計使得硬件更簡單，軟件更炅活，抗力更強，可靠性史高，便于以后的功能改進和升級。功率模塊采用徳國英飛凌模塊。
直流電容精心選用品牌的薄膜電容，采用德國創世普PHD型耐高溫聚丙烯基膜，特殊的蒸鍍材料，既滿足高電壓、大電流沖擊又具有良好的自愈性，為產品可靠性提供了有力保障；增加了留邊的寬度，更好的保證了邊緣電氣絕緣距離，杜絕了局部放電現象；引出端子的設計具備防轉動和抗拉伸功能內部填充中溫導熱環氧樹脂（UL94V-0) ，無泄漏，不開裂。
每個功率單元均具有完善的保護功能（過流、過壓、過溫、驅動觸發異常、通訊異常等），各單元狀態均反饋到主控系統?？刂破髋c功率單元之間采用光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分可靠隔離，系統具有的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能。
功率單元結構上一致，模坱化的結構設計，使得功率單元可以任意互換，單元的外部接口只有兩個或四個輸出端子及兩個光纖插口，這使得維護和檢修更簡單。在單元已有冗余的悄況下其它功率單元發生故障，用戶可以簡單更換備用功率單元，為恢復生產贏得寶貴時間。
每個單元通過IGBT逆變橋實現SPWM控制,可得到如圖19所示的單元輸出波形。
圖17德國英飛凌模塊
圖18德國創世普PHD型耐高溫聚丙烯基膜電容
單元鏈接后三相之間進行星型或角型連接并通過電抗接入電網，通過對每個單元的PWM波形的疊加，可得到逼近正弦的階梯PWM波形。如圖20所示為10kV星型連接的單相波形。
圖19 單元輸出波形 圖20 單元輸出疊加后的波形圖
SLWSVG系列產品采用了的數字化標準載波移相技術，它的特點是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消，串聯后又經過輸出電抗器濾波，總輸出波形正弦度好， dv/dt小，諧波成分含置小，可臧少對電纜的絕緣損壞，在輸出側無需再增加輸出濾波器。
8.3電抗器柜或空心電抗
SLWSVG系列產品通過電抗器接入電網，電流波形正弦度更好。電抗器平波的同時，也抑制了SVG的諧波使其輸出的電流諧波符合國家標準。電抗器柜或者空心電抗的單獨設計提高了用戶的空間使用率，極大程度的緩解了空間對該設備的使用限制，一定程度上減少了用戶對設備間的投資，節省了開支。
圖21 電抗器柜或空芯電抗 
