ｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｈ桥级联型ＳＶＧ链节及其对冲试验的研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃａｓｃａｄｅｄ Ｈ—ｂｒｉｄｇｅ ＳＶＧ ｌｉｎｋ ａｎｄ ｈｅｄｇｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ 田安民 牟晓春’ 梁帅奇’陈兴旺 １．国电南瑞科技股份有限公司（江苏南京２１１ ００６） ２．国网河南省汝州市供电公司（河南汝州４６７ ５９９） 摘要：目前，静止无功发生器（ＳＶＧ）已广泛应用于风力发电、太阳能发电等清洁能源领域本文根据我公司自主研讳 １的 ±１０Ｍｖａｒ／１ＯｋＶ静止无功发生器，详细介绍了ＳＶＧ链节（Ｈ桥级联）及其对冲试验（即等价额定工况下运行试验的内容、过 程及其测试结果） 通过各链节的对冲试验及其测试结果，验证了各链节的功能和控制策略的效果，使得链节的设计符合国 家电网公司《链式静止同步补偿器》技术标；住的要求，从而确保±１ＯＭｖａｒ／１ＯｋＶ静止无功补偿器能够在工程现场正常运行 关键词：±１ＯＭｗｒ／１ＯｋＶ静止无功发生器（ＳＶＧ）；Ｈ桥级联；对冲试验 ＤｏＩ：１ ０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１ ００５．５５１ ７．２０１ ６．１ １．０１ ９ 田安民（１９８５一），男．硕士，研发工程师，研究方向：ＳＶＣ和ＳＶＧ技术方面的研究及其应用；牟晓春，男，硕士。研发工程 师，研究方向：ＳＶＣ和ＳＶＧ控制策略的研究及其应用；梁帅奇，男，硕士，高级工程师，研究方向：ｌＧＢＴ的驱动及ＩＧＢＴ 直接串联技术 引言 目前，Ｈ桥级联（链节）的拓扑结构在大容量静止无功发生 器（ＳＶＧ）上已得到了广泛的应用…，该结构的优点包括：１）采 用模块化结构，利于容量的扩展；２）采用冗余设计，提高系统 可靠性；３）成本低，可靠性高，低谐波和畸变小。 Ｈ桥级联型ＳＶＧ根据系统连接方式的不同，可分为三角 在等效额定工况下，将两个链节输出侧通过一个连接电 抗相连，其中一个链节的直流电容由外部可调直流电源供电， 另一个链节的直流电容不／；Ｄｇｔ－￣ｌＳ直流源，通过调节两个链节输 出电压的相位角来控制链节间交换的无功功率方向和大小，两 个链节间只交换无功功率，直流源提供的功率即为两个链节的 功耗 】。该试验方法称为对冲试验。 形连接和星形连接 。考虑到系统电压等级、系统容量、谐 波特性以及设计对ＳＶＧ性能和现场运行特点的要求，我公司 自主研制的±１ ０Ｍｖａ ｒ／１ ０ｋＶ ＳＶＧ装置采用星形连接方式。 ±１ ０Ｍｖａ ｒ／１ ＯｋＶ ＳＶＧ装置出厂前，必须验证各链节的各项 性能，对各链节进行对冲试验，即在等效额定工况下运行试 验，检验各链节的控制性能、保护功能、冷却方式和效果以 及电磁兼容等是否达到国家电网公司 链式静止同步补偿 器 技术标准 及用户设计的要求。 １ ＳＶＧ链节对冲试验的基本原理 囤１对冲试验的结构框嘲 ６ ５ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴ ＷＯＲＬＤ ２０ １ ６．１ ２ 责任编辑：王金旺 脉宽送给Ｓ１、￣［ＩＳ３、，Ｓ２、和Ｓ４、取反。 本系统采用开环控制方法，即通过 控制两个链节间调制信号的幅值和相角 差来完成所有验证的测试内容。 ２ ＳＶＧ链节的对冲试验 图２对冲试验平台 图３等效额定工况下的试验波形 ２．１链爷对冲试验的ｌｉ的 各链节在周期开通和关断过程 簟 ／，＼．／，＼．／，＼／ ＼ ／，＼／／＼／，＼／，＼． ． ／／＼／，＼／／＼／，＼／，＼／ 、—、 ，’、， － 、’，、 、－ 、， 、＿ ’ 、 ’，、 ， －， ，’＿ ’ ，—－，、 ， － 、－，’ 、－，、 、．一 、当中，检验其耐受电压和电流的极限强 度： ２验证各链节的控制板和驱动板等 Ｏ．Ｕ 板件在额定工况运行下抗干扰能力： 豳ｌ 雕 惦 ３｜｝艮据试验中对ＩＧＢＴ模块温度的 测量，验证链节中各功率元件的散热效 果以及风机选型的合理性，确保ＩＧＢＴ模 豳 豳 豳 越 ７ 惦∞． 圈豳豳 圈醑雕 图４主控装置录波波形 ¨舅 弧％ 块的安全可靠运行： ｒ４计算各链节的功耗大小。 ２．２对冲试验的要求 在试验过程当中，为了测试链节的 实际运行极限，必须保证通过链节的电 对冲试验时，使得一个链节发出额定无功功率，另一个 链节吸收额定无功功率。设定链节１为源，其参考的电压信号 为给定的正弦波，采用ＳＶＰＷＭ控制原理实现脉冲宽度的生 流、ＩＧＢＴ导通与关断Ｂ＇￣ＩＧＢＴＩ）９瞬时电流和直流电容上的瞬时 电压为ＳＶＧ实际运行时的最大值的１．Ｏ５倍。本系统的额定容量 为１ ０ＭＶａｒ，对应的电流为５７７．４Ａ：在测试时，进行系统长期 运行在１ ０．５ＭＶａ ｒ，即电流６０６Ａ。 成：链节２为被控制的单元，其参考电压信号为链节１给定信 号的Ｍ（调制比）倍，且滞后一个角度ｓ，通过主控装置下发控 制指令，实现Ｍ￥１３ ８的调节，从而控制链节间交换的无功功 率。 ２．３对冲试验的步骤 首先，通过可调直流电源将链节１的直流电容两端的直 流电压升至８４０Ｖ，然后主控装置设置为服务状态，同步触发 图１中电容Ｃ２两喘的电压Ｕ 分别为直流侧的电压和 两个链节，使各链节的电压和电流达到额定工况时的最大值； ｌ２嗵过控制相角８使通过链节的电流上升到最大值，试 交流侧电流，用于主控装置的控制算法中；链节输出侧两端电 压 、Ｕ 为试验测量观察。该对 中试验系统类似于孤岛运行 的电力系统，采用给定电压和频率的（Ｖ／ｆ）控制方法，其中ｖｓＤｆ 是主控装置的设定值。 验过载系数为１．１倍，保持触发角恒定不变，直到ＩＧＢＴ结温度 始终没有到闭锁脉冲的设定值即１ １ ０ｏｃ，并能可靠开通和关 断： 控制系统采用固定载波和调制波反相的方法 Ｊ，具体原理 如下：利用给定参考电压作为链节１的调制电压信号，其中Ｓ１ ￥１３Ｓ２采用直接给定的调制信号：将给定的参考电压反相作为 Ｓ３和Ｓ４的调制信号。与载波比较后，分别将正脉宽送给Ｓ１和 Ｓ３，￥２５［ＩＳ４分别取反。利用控制生成的调制信号作为链节２ ｃ３在额定工况下，测算每个链节的开关损耗，从而确定 ＳＶＧ功率单元的总损耗。测量供电直流电源总输出功率，测量 连接电抗上电压和电流，并计算其损耗，直流源总输出功率减 去电抗器损耗即为ＳＶＧ各链节的功耗； ４、测量链节各ＩＧＢＴ模块的温升，确保链节中各ＩＧＢＴ模块 的调制信号，其中，Ｓ３、￣［ＩＳ４、采用直接控制生成的调制信号， Ｓ １、￣Ｅ］Ｓ２、采用控制生成的反相信号。与载波比较后，分别将正 的温升在设计范围内，证明链节中的元件和材料在不同的稳态 ＷＷＷ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃｎ ２０１ ６．１２ ６６ 工业控制Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏｎｔｒｏ 表１链节对冲试验数据 ＩＧＢＴ模块耐受电流的能力、直流电容耐受直流电压的能力以 及过流、过压和过温保护能否正确动作。 链节达到额定工况运行下周期触发和熄灭试验 寸的示 波器波形和主控装置的录波波形分别如图３￣１：１图４所示。图３中 深色和浅色波形分别为链节交流输出坝９两端电压 、 勺波 形，ｍ为交流｛贝９电流珀勺波形，由于采用开环控制方法，故交 流侧电流会出现一定的波动，不过可以满足ＳＶＧ各链节在等效 额定工况下各项性能的验证要求 。 图４中分别为交流电流标幺值波形、链节１和链节２直流 电容电压的波形以及各链节ＩＧＢＴ模块的温度值。交流电流标 幺值最大可达到８８．９１，因此可知，交流电流有效值可达到 ８８．９１／Ｏ，１ ４５＝６１ ３．２Ａ，其中，Ｏ．１ ４５为标幺系数。此时系统 运行在１ Ｏ．５ＭＶａｒＢ９等效额定工况下，链节中１￣９１ＧＢＴ模块温度 最大为９５ Ｃ，链节直流电容电压分别为８５０Ｖ＃Ｅ１７４０Ｖ，均未超 过设定的保护门槛值，从而保证链节对冲试验可以长期可靠地 运行情况下都不超过过温保护Ｉ、］槛值，且冷却系统符合设计要 运行。 求，从而保证保障ＳＶＧ能够安全稳定运行。试验Ｂ１，－￣９参考温度 为室内温度㈨。 表１为±１ ０Ｍｖａｒ／１ ０ｋＶ ＳＶＧ装置各链节对冲试验的测试数 据，据表１所示，各链节在等效额定工况下运行正常，各项测 试项目达到试验要求，且均在保护门槛值范围内，验证了各链 ３对冲试验平台及结果 在±１ ０Ｍｖａ ｒ／１ ０ｋＶ ＳＶＧ装置出厂前，ＳＶＧＢ＂９各链节必须 经过对冲试验，验证链节在等效额定工况运行下的各项技术 指标和性能。ＳＶＧ装置所需的链节均在对冲试验平台进行各项 测试，并对试验结果进行整理和归档，对冲试验平台如图２所 示。其中，测试仪器包括一台四通道高带宽示波器、两个泰克 高压差分电压探头（型号为Ｐ５２１ ０Ａ）、一个罗氏线圈电流探头 （型号为ＣＷＴ１ ５Ｂ）和一个万用表。高压差分探头测量链节交流 输出侧电压 和 ，罗氏线圈电流探头测量交流侧电流。将 电流互感器测得的交流侧电流和链节２的直流电压上送至主控 装置，进￣２Ｖ／ｆ控制，调节两个链节间调制信号的幅值和相角 差，使试验条件达到等效额定工况运行，即交流侧电流为： 节的性能和技术标准 ］。 ４结语 本文详细介绍了我公司±１ ０Ｍｖａ ｒ／１ ＯｋＶ ＳＶＧ装置的链节 性能的验证方法，ＥＰ￣；ｍ试验，通过在等效额定工况运行试 验 ，检验链节的各项性能和技术指标是否满足国家电网公司 链式静止同步补偿器 技术标准及用户设计的要求。根据各 链节在对冲试验平台上的测试结果和波形分析，各链节在等效 额定工况下可以正常运行 从而为ＳＶＧ装置的正常运行提供坚 实的依据和保障。 参考文献： １【】刘钊风力藿电系统中链式ｓＴＡＴｃ。Ｍ关键技术【Ｄ】武汉华中科技大学 ，：喜： ４３ｖ ４３ Ｘｌ０ ：０．５７７４（ｋＡ）：５７７．４Ａ ２０１０．对；中试验还包括过电流、过电压和过温试验。链节输出 电流￣Ｉ：］ＩＧＢＴ模块温度的保护门槛值分别为１０００Ａ￣Ｒ１ １０。ｃ．直 流电压过压保护门槛值为１ ０５０Ｖ，欠压保护门槛值为６００Ｖ， 超过保护门槛值时，主控装置将发出链节ＩＧＢＴ－５１￣动脉冲的闭 锁信号，从而防止损坏链节的ＩＧＢＴ模块。同时，检验链节中 ６ ７ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴ ＷＯＲＬＤ ２０１ ６．１ ２
