SVG无功补偿设备选择和应用

猫二哥 2017-07-27

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静止无功发生器（SVG）和静止无功补偿器（SVC）同属于动态无功补偿设备，由于静止无功发生器（SVG）与静止无功补偿器（SVC）相比较有较大优点，SVG可以连续、快速的发出变化的无功，在近几年的风电场工程中静止无功发生器SVG动态无功补偿装置得到了广泛的应用。

目前在风电场变电站35kV侧应用的SVG拓扑结构大多是链式结构，SVG设备本体的电压等级主要有6kV、10kV和35kV，因此在接入35kV电压等级的链式SVG有两种实现方案：一种是降压式SVG，SVG本体电压等级为6kV或10kV，通过高阻抗的连接变压器接入35kV系统，另一种是直挂式SVG，SVG本体电压等级为35kV，通过连接电抗接入35kV系统。两种方案在风电场都有应用，以下针对两种方案做一个分析比较。

一、不同电压等级SVG接入系统的方案对比

1、形式组成对比

35kV降压式SVG 35kV直挂式SVG

图1 降压式SVG和直挂式SVG示意图

两种方式的SVG都是由功率阀组、启动部分、控制部组成，不同的是降压式SVG是通过高阻抗连接变压器与电力系统相连，直挂式SVG通过连接电抗与电力系统相连。降压式SVG启动部分在降压变低压侧，可与功率阀组并柜放在户内；直挂式SVG启动部分在高压侧，一般采用户外方式。

降压式和直挂式采用相同的功率模块，每个IGBT模块承受的电压等级相同，功率模块输出电压相同。根据拓扑结构及选型，降压式低压侧10kV设备每相串联12个功率模块，三相共36个模块；同样的功率模块，直挂式35kV设备则需串联42个功率模块，三相共126个模块，直挂所控制的模块数量多，控制难度大。

由于功率模块属于电力电子设备，由电力电子器件IGBT和触发控制电路组成，其中任何一个功率模块故障，都会导致SVG内部保护动作而造成整体跳闸。降压式SVG相当于用成熟稳定可靠的变压器代替了直挂型SVG设备90个功率模块，从而大大提高了产品可靠性。

2. 损耗对比

根据设备选型参数及厂家提供的数据，，计算同容量的降压式和直挂式SVG的损耗情况,同容量降压式和直挂式的SVG本体部分损耗相同，连接变压器比连接电抗损耗略大。因此，降压式比直挂式总损耗略大0.4%。降压型由于存在降压变压器，变压器的损耗所占的比重比较大，由于直挂SVG电流小，单个模块损耗降低，但由于模块数量增加，整体损耗和降压SVG相差不大。

3、占地面积对比

直挂式产品占地面积本体部分由三相分体式柜体组成，加上柜体间的维护空间，占地面积大，35kV柜体是带电的，为防止触电，需在设备外加装围栏，相对降压式产品占地面积大。但户外三相电抗器与连接变压器的占地面积相差不大。

4、安装运行对比

降压式产品由于模块少，柜体不带电，密封较好，光纤及二次走线在柜体内部，工程施工、安装简单；直挂式产品功率部分由于模块数量多为三相分立式柜体，电压等级高，绝缘耐压要求高，光纤、二次线布置麻烦，施工难度大。直挂型SVG的分体式柜体在沙尘、潮湿环境维护工作量大，极易造成柜体对地放电和模块损坏而造成设备故障。产品维护工作量主要来源于功率模块，由于降压式设备功率模块数量大大少于直挂式，因此维护工作小很多。

5 补偿容量对比

根据厂家提供的1700V系列IGBT选型，最大电流等级IGBT为1400A，可靠的工作范围在900A以下，在10kV电压等级可实现最大15M的补偿容量，若需要更大的补偿容量，需要通过IGBT并联来实现，在技术上、散热要求上都会面临更大的挑战，性价比不高，而同样的电流等级，35kV直挂式SVG容量是10kVSVG容量的3.5倍，，因此可实现更大的补偿容量。

二、风冷式SVG和水冷式SVG对比

	强迫风冷	强迫水冷
密闭性	无法密闭	可以完全密闭
环境适应性	凝露潮湿、盐雾、风沙、柳絮和暴雪等极端环境下，虽然放在室内但SVG室都预留有进风的百叶窗加过滤网，造成设备运行时环境恶化。	设备几乎不受凝露潮湿、盐雾、风沙、柳絮和暴雪等恶劣环境影响，工作稳定。
噪音	通常85dB以上（室内）。	70dB以下（室内）。
能耗及成本	高。10M/10kV空冷功耗8.6kW，按照每日平均运行14小时，一年运行时间360天计算，总共需要消耗的电能约4.3万度。以1元每度计算，每年10MSVG风冷设备的冷却系统需要4.3万元电费。15M/10kV空冷功耗14.3kW。其冷却系统能耗约增加33%，年费用消耗约5.7万元。	略低。10M/10kV水冷平均功耗4.5kW，按照每日平均运行14小时，一年运行时间360天计算，总共需要消耗的电能约2.2万度，以1元每度计算，每年10MSVG水冷设备的冷却系统需要2.2万元电费。15M/10kV水冷平均功耗6.5kW，其冷却系统能耗约增加20%，年费用消耗约2.6万元。
可靠性	低，潮湿、灰尘和盐雾等恶劣气氛极容易导致硬件电路故障和急速损坏。达坂城一期项目由于进风百叶窗由于负压影响搭接到柜体造成模块损坏，直接造成经济损失10万，间接损失全场发电停运三天。	密闭清洁环境，设计运行条件可以良好得以保证。目前公司内无运行的水冷设备
热容性	热容较小，过载能力差或者需要较大的设计余量	热容较大，断水1分钟内不会造成设备过温失效。
运行维护及成本	风冷设备需定期清理门上滤网的灰尘，以保证不因滤网堵塞导致进风和散热变差引起设备过热停机。在环境较好地区（灰尘较少的南方地区），需平均每半年清理一次灰尘，而若是环境恶劣灰尘较大地区（灰尘较多的北方地区），需1~2月清理一次滤网，甚至半年至一年即需更换滤网。风冷设备年平均维护成本基本在2~6万元。	通常维护周期长，基本可以无人值守。维护内容一般为查看水箱中水量是否足够，若水不够需加水，其他时间和内容无需考虑维护，基本可以无人值守。水冷设备年平均维护成本约1000元。
大功率可实现性	大功率12MVar以上实现难度较大，运行不可靠。	最大功率可以实现100MVar以上，运行安静、平稳、可靠。

三 35kV降压式与直挂式SVG对比如下：

性能	35kV降压式SVG	35kV直挂式SVG
运行损耗	1.4%	1.0%
运行经验	丰富	较少
可靠性	高	较差
占地面积	小	大
安装维护	工作量小	工作量大
环境要求	一般	高
补偿容量	一般小于15M	容易实现15M以上