1、单元串联链式结构 SVG 直流电容容量选择和接线方式理论仿真研究摘要:目前行业内 SVG 大多采用单元串联链式结构，主回路接线方式既有星型也有三角形，功率单元直流电容大多采用电解电容。由于电解电容工艺限制，承受纹波电流的能力有限，电容容量选择首先要满足电容承受纹波电流要求，一般是根据功率大小按照 5000UF-7000UF/100KW来设计。行业内也有公司选择使用薄膜电容，由于膜电容体积小、额定电压高、纹波电流耐受能力强，具有很好的发展前景。 关键词:SVG;单元串联；链式结构；直流电容； Abstract: at present, the industry within SVG is use
2、d mostly unit series chain structure, the main circuit wiring way both star also have triangle, dc power unit let is used mostly electrolytic capacitors. Because of electrolytic process limit, and inherit ripple current ability is limited, capacitance capacity to meet first choice capacitance bear r
3、ipple current requirements, general is according to the size of the power according to 5000 UF-7000 UF / 100 KW to design. Within the industry there are also firms that choose to use film capacitor, because film capacitance small volume, rated voltage, high ripple current tolerance ability, has the
4、very good prospects for development. Keywords: SVG; Unit series; The chain structure; Dc let; 中图分类号： TM53 文献标识码：A 文章编号： 0.引言 目前行业内 SVG 大多采用单元串联链式结构，主回路接线方式既有星型也有三角形，功率单元直流电容大多采用电解电容。而我公司 10KV电压等级小容量 SVG 采用星型连接方法，功率单元电容选择使用电解电容，容量选择遵照每安培额定电流 50UF-70UF。如果更大容量 SVG 选择电解电容，会造成功率单元电容太多、结构笨重、设计复杂、电流负载分配不平均
5、等问题。 现在业内有公司 SVG 功率单元直流电容用薄膜电容，由于膜电容体积小、额定电压高、纹波电流耐受能力强，具有很好的发展前景。采用膜电容作为功率单元直流电容，容量选择将不再受到电容纹波电流的耐受能力限制。但是膜电容的成本大大高于电解电容，如果按照等容量方式替换电解电容既没有必要，还会大大提高装置成本。 现在从 SVG 原理、接线方式、对系统的影响、装置成本等几个方面对电容容量选择做理论仿真研究。在 PSCAD 开发环境下建立仿真模型，本次仿真目的是 SVG 发出电流、直流电容容量、接线方式，并不涉及具体优化控制算法，因此控制采用开环发出无功电流的方式。 1. 星型连接方式 建立星型连接
6、SVG 主电路模型，每相 10 个单元串联一共 30 个，每个功率单元直流电容容量设定为 6000uF，采用 PWM 方式，开关管频率600Hz。仿真在增加 SVG 发出无功的同时来观察功率单元直流电容电压波动和发出电流谐波含量大小。 图 1 星型连接 SVG 主电路结构 逐渐增加 SVG 发出无功，从 0 MVar，2.5MVar，3.2MVar 三个无功大小分别分析，下图为 SVG 发出无功 3.2MVar 时的谐波含量和单元直流电压波动情况，上面是谐波含量，下面是单元直流电压波动情况： 图 2SVG 发 3.2M 无功时的谐波含量和单元直压波动 仿真结果表明： 1） SVG 发出无功很小
7、的时候电流谐波含量很小，单元直流电压波动基本稳定； 2） SVG 发出无功 2.5 M 左右，SVG 发出基波无功电流接近 150A（绿色波形） ，产生 20A 左右的 2 次谐波（紫色） ，单元直流电压在 1000V-1100V 范围内波动。此时电容容量比电流为 6000/150=40uF/A； 3） SVG 发出无功 3.2 M 左右，SVG 发出基波无功电流接近 170A（绿色波形） ，产生 100A 左右的 2 次谐波（紫色） ，单元直流电压在 900V-1100V 范围内波动。此时电容容量比电流为 6000/170=35uF/A。 2. 三角形连接方式 建立三角形连接 SVG 主电路
8、模型，每相 10 个单元串联一共 30 个，每个功率单元直流电容容量设定为 1000uF，采用 PWM 方式，开关管频率600Hz。仿真在增加 SVG 发出无功的同时来观察功率单元直流电容电压波动和发出电流谐波含量大小。 图 3 三角形连接 SVG 主电路结构 逐渐增加 SVG 发出无功，从 0 MVar，2MVar，5.1MVar 三个无功大小分别分析，下图为 SVG 发出无功 5.1MVar 时 SVG 角外电流 lan 和角内电流 iia 的谐波含量以及单元直压波动情况： 图 4 SVG 发 5.1MVar 无功时的谐波含量和单元直压波动 仿真结果表明： 1） SVG 启动稳定后，发出无
9、功很小的时候输出电流各次谐波含量也很小，单元直流电压波动基本稳定在 1700V 左右。 2） SVG 发出无功 2MVar 左右，SVG 发出角内电流 iia 基波分量接近70A（蓝色波形） ，产生 45A 左右的 3 次谐波（棕色） ，角外电流 Ian 基波分量接近 120A（蓝色波形） ，谐波含量很小。单元直流电压在 1600V-1850V 范围内波动。此时电容容量比电流为 1000/70=14uF/A。 3） SVG 发出无功 5.1MVar 左右，SVG 发出角内电流 iia 基波分量超过 160A（蓝色波形） ，产生 110A 左右的 3 次谐波（棕色） ，角外电流 Ian基波分量接
10、近 280A（蓝色波形） ，只有 5 次谐波 10A 左右（紫色波形） 。单元直流电压在 1450V-2100V 范围内波动。此时电容容量比电流为1000/160=6uF/A。 3. 结论 SVG 通过连接电抗器直接挂网，因此设计主回路参数必须考虑装置与电力系统之间的影响。根据以上仿真研究的结果，如果 SVG 采用星型连接方式，则功率单元电容容量最小每安培 50uF 以上。因为电容容量越小（小于 40uF/A） ，单元直流环节纹波电压越大，此纹波电压通过 PWM 逆变会使 SVG 装置输出较大含量的 2 次谐波。 如果 SVG 采用三角型连接方式，则功率单元电容容量可以大大减少。虽然单元直流环
11、节纹波电压比较大，但是由于三角型连接方式每相之间3 次谐波互相抵消，SVG 实际输入电力系统的谐波很小。 在实际 SVG 参数设计中，综合考虑技术和成本等因素，建议按容量细分：10kV/10MVar 以下容量的装置采用星型连接方式，每相串联 10-12个单元，每个单元采用电解电容，电容容量按照每额定安培 50uF-70uF选取，既满足 SVG 装置和电力系统需要，也满足电解电容纹波电流需要。10kV/10MVar 以上容量的装置采用三角型连接方式，每相串联 18-20 个单元，每个单元采用膜电容，电容容量按照每额定安培 10uF 左右选取，既满足系统技术性能需要也不会显著增加装置成本。 参考文献 1 沈斐，王娅岚 . 大容量 STATOM 主电路结构的分析和比较 . 电力系统自动化，2003，8 2 姜齐荣. 新型静止无功发生器建模及控制的研究 D . 北京：清华大学，1997. 3 庄文柳，张秀娟，刘文华. 静止无功发生器 SVG 原理及工程应用的若干问题. 华东电力，2009, 8.
