风电场无功补偿SVC SVG教材_三得普华

美国 （FERC/NERC） 英国
±0.95 ±0.95
无要求 100%动态（1秒）
南澳大利亚
±0.93
50%动态
加拿大（Ontario） +0.9~-0.95（低压） 自行设计
加拿大（Albert） +0.9~-0.95
பைடு நூலகம்
50%动态
风电场无功-电压调节的技术手段
• 改进风机性能，满足并网要求； • 加大接入点的短路容量，提供更坚强的网架； • 在风电场接入点采取技术措施； • 在集电母线采用动态无功补偿设备；
磁阀
MCR原理-关于噪声
• 现已投运设备，基本在70分贝左右 • 由于噪声主要来源于磁阀，因此与设备容
量大小关系不大，1600的设备与7500的设 备噪声基本没有变化。
• 通过技术上的降噪措施，新生产的MCR的噪 声水平在65-67分贝左右。
MCR原理-关于谐波
1、3次谐波角接可以消除。 2、5次谐波约为额定电流 的2.5%，7次谐波电流约 为1.5% 3、谐波电流不到TCR的50%。

企业荣誉
企业荣誉： 2011年底，公司以在过去三年中的年均收入增长率600%光荣 入选“德勤中国高科技、高成长50强”。
具体排名情况： 在清洁能源/新能源行业排
名第一名；
“德勤中国高科技、高成 长”第八名； 德勤亚太区高科技、高成 长第二十七名

➢ 降低运行损耗，与三电平相比，可节省20kW以上，年运行电费节省10万元 以上；
➢ 在系统受到扰动时，可以分相进行控制以便更好地提供电压支撑作用
➢ 省略了缓冲吸收电路，实现了模块化结构，维护工作量小；
➢ 采用冗余功率模块，提高了装置可靠性
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谐波控制特性更佳
链式SVG，用阶梯波逼近正弦，无谐波污染

服务风电
风电并网的无功补偿问题
感应式发电机无功消耗高 风机出力波动大引起电压波动 电压调节能力弱，不能在规定的范围内调节 电网扰动造成的电压变化可能造成风机解列 风力发电的有效利用率低，需要电网增加备 用容量 可调度性差

服务风电
MCR产品简介
MCR (Magnetically Controlled Reactor)：磁阀 控制电抗器
➢电容器元件基本无法实现连续调节，而电容与 电感则是无功调节的最基本元件，因此，为了实 现连续的无功调节，实现电感的连续调节是近50 年来一直的重要技术课题。 ➢MCR是一种通过改变铁心的磁通密度从而使得 感抗值可以实现连续调节的电抗器。MCR是所有 可实现连续调节的电抗器里，可靠性最高，谐波 最小，损耗最小，噪声最小。 ➢与其它采用大量电力电子元件来实现的电感调 节的技术比起来，MCR在可靠性、稳定性、造价 等方面具有无与伦比的优势。
在快速响应的MCR型SVC领域处于国际领先水平， 掌握着包括快速响应速度在内的多项世界领先的技术。

企业荣誉
企业荣誉： 2009年12月8日，公司光荣入榜“创业邦中国100强企业”。
同期上榜企业： 北京奇虎科技有限公司 （360安全卫士）， 开心网、 深圳市迅雷网络技术有 限公司 在新能源行业名列前茅。
风电场机的无功调节能力较弱，实际调试按照0.98

风电场的典型无功需求
690V
35kV
35kV
电力系统 220kV
50MW
箱式变损耗
5Mvar
集电线路损耗
2Mvar
升压变损耗
7Mvar
总无功损耗
14Mvar
国际上对风电场功率因数的要求
国家/地区
功率因数要求
动态无功要求
风电场动态无功补偿技术
使用先进技术，使风电接入更可靠
北京三得普华科技有限责任公司 2012年2月
企业简介
企业简介：
北京三得普华科技有限责任公司成立于2003年， 是一家专业从事柔性交流输配电设备的制造与销售的高 新技术企业。在MCR型SVC、低压动态无功补偿与滤波 装置、APF、STATCOM(SVG)、MCR型高压电机软启动 器等领域处于国内先进水平，是动态无功补偿装置的最 大供应厂家，市场占有率达到40%以上。
更快，10ms~20ms
损耗
一次投资（造 价）
工程配合
略大 低 户外，占地小
小 略高 部分户内，要求高
维护工作量
小
略大
寿命
20年
5~10年
电压特性
过电压抑制能力强
低电压特性好
服务风电
完善的风电场接入风场电压-无功综合控制系统
35 kV
电力系统 220kV
可调电抗器
并联电容器
SVG
主控系统

链式SVG和两电平SVG的比较优势
设备名称
两电平
链式
连接方式 主电路结构
35/1000V，变压器需要 特制
二电平/三电平逆变器
35kV/10kV,常规变压器 H桥串联链式结构
输出电压
500V/1000V
10kV
逆变器电流
大
ＩＧＢＴ工作 频率
高
损耗（发热量） 开关损耗大，发热量高
散热方式
水冷/热管散热，维护量 大

基于MCR的风电场动态无功补偿
成套装置由两部分构成：
• FC部分：串联电抗器的高压电容器补偿支 路，主要功能是提供固定容量的容性无 功，将电容补偿支路设计成固定的谐波滤 波支路，使其与SVG装置优势互补，整体 性能价格比达到最优。
• MCR部分：提供连续可调的感性无功，对 母线无功功率进行动态调节，实现成套装 置对母线无功-电压的动态调节。
谐波特性
MCR特性－谐波特性
实测谐波电流波形
MCR 与TCR的比较
优点
Product Size（外形尺寸） Electric Magnet Pollution（电磁污染） Cooling Facility（冷却系统） Installation Pattern（安装方式） Operation Maintenance（运行维护） Overload Capacity（过载能力） （寿命） Reliability（可靠性） Reaction Speed（响应速度） Active Power Loss（有功损耗） Noise（噪声） Weight（ 重量）
在集电母线处采用动态补偿的优点
• 能够满足风电场并网的无功-电压要求； • 对大型风电场来说，性价比较高； • 在风机和电网解列的情况下，仍然能够提供电压
支撑能力； • 35kV的设备设计、安装更灵活； • 对于风电场相对集中的区域，可以提供大范围内
的动态无功储备，提高系统安全性，降低调度要 求；
技术团队
技术团队： 研发设计人员50余名，全部具有电力、电子、自控或相近专业本 科以上学历，50%以上是工科硕士，其中成功担任过研发项目经理 的有11人。
研发技术团队
8%
41%
21%
30%
博士 硕士 本科 大专

成长脚步
成长脚步
✓2003年，公司在世界上首次实现10ms响应速度 的MCR型 SVC ✓2005年，世界上第一套快速响应MSVC投入工业运行 ✓2007年，国内首台用于风电场MSVC投运，从此开启中国风电 场的MSVC时代。 ✓2008年，公司成功引入青云创投旗下的中国环境基金的300 万美元投资 ✓2009年，公司业绩继续快速成长，在MSVC领域的市场份额达 到50%以上， ✓2010年，公司的高、低压SVG等产品相继进入市场，并获得 良好反应； 世界最大容量配网MCR在甘肃风电基地完成安装 和投运准备工作； ✓2011年，将建成国内最大规模动态无功补偿研发与生产基地
基于SVG的新能源接入方案
成套装置由两部分构成：
• SVG部分：成套装置实现动态补偿功能的 主体，可实现无功动态补偿、谐波动态跟 踪滤除。
• FC部分：串联电抗器的高压电容器补偿支 路，主要功能是提供固定容量的容性无 功，将电容补偿支路设计成固定的谐波滤 波支路，使其与SVG装置优势互补，整体 性能价格比达到最优。

企业使命
我们能够为客户提供：
✓风力发电接入电网全面解决方案 ✓太阳能发电接入电网全面解决方案 ✓医院、银行、电信等高端商业 用户 的高可靠、高质量全新智能配电解决 方案 ✓煤炭、电气化铁路、冶金、石化等重 工业用户的新型智能配电解决方案
世界领先的智能柔性配电设备与服务供应商
三电平SVG模式
➢相当于两个两电平电路的串联； ➢器件实际使用频率较 ➢增加了缓冲吸收电路，工艺要求 复杂，维护比较困难 ➢输出电压较低，一般为1000V；
链式SVG模式
+- U
+U
+U
+U
输出电压
+U
输出电压
3U 2U
U
0
0
-U
-U
-2U
➢ 多个逆变器电路串联实现
-3U
➢ 输出电压高，电流小；功率调节灵活；
MCR*
Small None
No Outdoor Simple
2.0x 20year
<15 0.5% - 0.8%
65-72 1.5x
TCR
Large Yes Yes Indoor Complicated 1.1x 5-10year
<15 0.5% - 0.8%
65 1.0x
不足 相当
公司发展新里程
– 目前器件耐压不能实现直接应用 – 变压器降压 – 器件串联
• IGBT直接串联或者H桥串联
• 运行可靠性问题
– IGBT等主要器件对环境的影响
两电平SVG模式
➢交流侧输出只有高电平和低电平； ➢通过脉冲宽度调制实现交流输出 ➢输出电压低，一般为500V，器件电流 大；不利于装置稳定运行； ➢器件实际使用频率高，谐波特性较差
✓采用新型全控型器件ＩＧＢＴ； ✓双向调节，既可以发出无功，又可以吸收无功； ✓快速跟踪负荷无功变化； ✓连续平滑调节，保持稳定的实时高功率因数 ✓具备有源滤波功能，有效抑制谐波； ✓抑制电压闪变，三相不平衡等电能质量问题 ✓特别适用于配电网络中非线性负荷的补偿，改善电能质 量，实现节能降耗目的

• 整个系统几乎都由铜铁组成，主回路没有任何 电子元器件。
• 没有机械开关频繁动作，可靠性高，寿命长。
MCR原理-关于损耗
• 除磁阀之外，其余所有铁心的工作状态同变压 器一样，不进入饱和区，损耗较低，磁阀部分 损耗较高，但占铁心重量的比重仅为2-5%。
• 由于电抗器只有一个绕组，因此，绕组损耗不 大于相同容量变压器。
Sound在MCR励磁控制技术方面的创新，使得几十年来一直没有解决的MCR的快速响 应问题，得以突破，在中低电压等级的MCR成套设备技术与制造领域，Sound处在国 际领先水平； 公司在江苏基地建立世界上最先进的110kV以下电压等级MCR制造与研发基地
SVG产品介绍
静止无功发生器SVG（Static Var Generator，也称为 STATCOM）
• MCR-磁阀控制电抗器与传统的饱和电抗器的概 念发生了根本的改变，总体损耗已经大大下 降，额定损耗约为总容量的0.6-1.8%，不高于 其他形式的动补。
• 有人觉得MCR损耗高，主要是不了解现在的原 理的改变，以及MCR型动补所有损耗都集中于 本体，而不象其他形式的动补，损耗分散于电 抗器、阀组、吸收电路、冷却系统等多个部 分，单独某一个部分损耗可能不高，但累计损 耗较高。
35kV 连接变压器
±10Mvar SVG 10Mvar FC

链式SVG原理
I
L
U
S U XL
I
SVG的逆变原理
SVG（STATCOM）技术
SVG应用的相关技术探讨
• 功率大小问题
– 主要应用器件是IGBT – IGBT单管功率不足以实现风电场的应用
• 电压接入问题
35kV -20~0Mvar 10Mvar 10Mvar
磁阀控制电抗器的原理
三得普华的贡献
MCR的快速励磁技术——20ms的速度革命
MSVC磁控电抗器本体和励磁
MCR原理-关于可靠性
• 可控硅只承受1%的电压，在35KV系统里只承 受不到400V电压，无需任何器件串联，控制电流 不大于设备额定电流，无需任何器件并联，因此 采用低压可控硅模块，系统简单、设计裕量大、 可靠性极高。
小，同容量下约1/10 低，约为三电平的１／
５ 开关损耗小，发热量低
简单风冷，维护量小
SVG和MCR的相关比较
35kV
35kV
连接变压器
±10Mvar SVG 10Mvar FC
-20~0Mvar
10Mvar 10Mvar
MCR和链式SVG的技术经济比较
设备名称
MCR
链式SVG
响应速度
快，20ms~30ms