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静止无功发生器的功能及市场需求分析

时间:2017-04-18  作者:本站  浏览次数:162

  1 引言

  由于电力电子技术的快速发展,大型工业场所中出现了大量非线性负载和不平衡负荷(如LED灯、UPS、变频器等)以及新的发电方式与储能方式的推广使用(其中有大量的整流与逆变器),这都导致了大量谐波的产生;并且这些大型工业场所中,普遍都有吊车设备、电梯、电焊机、搅拌机等快速变化的负荷。在这些有大量谐波产生,并且负荷变化迅速的场所,传统的电容型无功补偿装置已经很难满足无功补偿的需求,此时就需要采用静止无功发生器来进行无功补偿。

  2 静止无功发生器产品介绍

  静止无功发生器(Static Var Generator,下简称SVG)是一种采用全控型电力电子器件组成的桥式变流器来进行无功补偿的装置。它将电力电子技术、计算机技术和现代控制系统应用于电力系统,通过对装置输出电流相位的控制,从感性到容性整个范围进行连续的无功调节,快速补偿系统对无功功率的需求。SVG能动态的补偿无功电流,从而减小线路损耗,增大线路的有功输送能力。

  其基本原理是将三相桥式电路通过电抗器并联在电网上,适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流,就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的。工作原理以及补偿模式如下图所示。

  图2-1 静止无功发生器SVG工作原理图

  图2-2 静止无功发生器SVG输出电流补偿模式

  3 静止无功发生器的功能

  3.1 SVG产品功能

  线路状态采集:LCD液晶屏显示,检测SVG所在的需补偿线路的电压、电流值及其波形、功率因数、谐波含量等重要电能质量参数。

  动态补偿无功功率:线性输出,无功功率全容性-全感性输出,补偿无死角,补偿后系统功率因数≥0.99并且响应时间<5ms。

  不平衡治理:具备三相不平衡治理及稳压功能,提高0.4kv配电安全性。

  3.2 SVG产品技术参数

  工作温度:-10℃~+45℃;

  存储温度:-25℃~+60℃;

  海拔高度:≤1000m,1000m以上按GB/T 3859.2降容使用;

  相对湿度:5%-95%,无凝露;

  补偿方式:额定感性无功到额定容性无功连续无级可调;

  补偿效果:功率因数可达0.99;

  响应时间:5ms;

  过载保护:自动限制到额定电流输出;

  有功损耗:<4%额定功率模块;

  工作模式:自动或手动;

  通讯接口:RS 485、以太网;

  扩展能力:同型号直接并机,数量不少于10台;

  噪 音:≤65Db;

  电网电压:400V,允许波动±20%;

  电网频率:50Hz±2%

  重 量:50kg

  防护等级:IP20

  3.3 SVG产品外观

  图3-1 SVG整柜外观示意图

  图3-2 SVG模块外观示意图

  3.4 产品优势

  SVG除了适用环境更广之外,在常规配电环境中使用时,也具有极其优良的性能。具体参考表3-1。

  表3-1 静止无功发生器(SVG)与传统无功柜(SVC)性能比较

  4 市场需求

  4.1 SVG的重要性

  凡是安装有低压变压器的地方以及大型的用电设备旁边都应该配备无功补偿设备(国家电力部门的规定),特别是那些功率因数较低的工矿、企业、居民区必须安装。大型异步电机、变压器、电焊机、冲床、车床群、空压机、压力机、吊车、冶炼、轧钢、轧铝、大型交换机、灌电设备、电气机车等尤其需要。居民区除白炽灯照明外,空调、冷冻机等也是无功功率不可忽视的耗用对象。农村用电情况比较恶劣,多数地区供电不足,电压波动很大,功率因数尤其低,加装无功补偿设备是改善供电状况、提高电能利用率的有效措施。

  所以无功功率补偿是刚性需求,而在以下行业的使用环境下,SVG的无极补偿以及实时性优势尤为明显,其重要性得以体现:

  1)冶金行业:主要是存在于生产流水线上的轧机;

  2)石油行业:主要是频繁快速启动的绞车用电动机、抽油机用的提升机、转盘等;

  3)轨道交通:大量使用电缆长距离传输、以及因需求特性存在严重的三相不平衡状态;

  4)汽车制造业:大量使用电焊机或激光焊接机,在焊接的短时间隔后紧随着是空载运行。

  在这些使用环境中,负载对于无功功率的需求都是时间短、频率高的,若使用传统电容补偿柜,由于其电容器组有固定容量无法做到无死角补偿且电容器组投入和切除速度慢等原因,往往无法满足实际使用需求,此时就需要SVG来治理,因为其应用可克服LC补偿器等传统的无功补偿器响应速度慢、补偿效果不能精确控制、容易与电网发生并联谐振和投切震荡等缺点。

  除负载无功波动频繁的环境之外,还有一些SVG更加有优势的较恶劣使用环境,比如:

  1、THDu较高导致SVC不能正常投入,甚至烧毁机器;

  2、负载三相不平衡,SVC无法有效补偿及调节;

  3、光伏末端并网系统,可能出现有功功率为0的情况,SVC控制器无法判别方向,导致SVC无法正常投入使用……

  以上工况传统补偿不能适用或者效果很差,而SVG完全可以克服这种工况,SVG的适用性更强,可以适用各种复杂恶劣的工况,是目前最佳的无功补偿产品。

  4.2 SVG的市场前景

  无功补偿在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用,降低供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率,改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置,可以做到最大限度的减少电网的损耗,使电网质量提高。反之,如选择或使用不当,可能造成供电系统,电压波动,谐波增大等诸多因素。

  对于国内低压无功补偿市场,主要和电网公司正在推进的低电压治理密切相关。加强低压配网无功补偿的优化配置,保持无功平衡,对于保证电能质量、降低电网损耗具有重要的作用和意义,符合国家电网公司“十二五”无功发展规划纲要的要求。伴随电网公司在低压网内市场的投入加大,从2015年到2020年低电压治理市场会呈现快速增长的趋势,预计到2020年低电压治理市场规模会从2014年的2亿元增加到82亿元。按照无功补偿占据低电压治理20%的市场份额计算,预计到2020年网内低压无功补偿市场规模会达到16.4亿元。目前市场上无功补偿仍旧以SVC的应用为主,随着技术的发展,SVG因其性能优于SVC,成本近年来也在不断下降,已具备一定的价格竞争力,将成为低压无功补偿市场的重要发展方向。

  图3-1 2010-2020年中国网内低压无功补偿市场预测

  5.结束语

  静止无功发生器(SVG)是电能质量系列产品中的一种。在治理性能方面,它集电能监测、设备保护、通讯功能于一体,具有强大的治理能力,可完美应对各种无功补偿需求,一则加强了电网的输配电能力,二则避免了用户因功率因数不足而被罚款,为用户带来了极大的经济效益;在销售市场方面,随着国民经济水平的发展和国内低压无功补偿市场不断扩大,ANSVG的市场需求量正在以极快的速度增长;在客户体验方面,由于其采用了高集成度的模块设计,后期维护扩容变得更加轻松、便利,人性化的智能人机界面和上位机通讯功能也使设备监控变得更轻松。由此可见,选用静止无功发生器产品对电网设施和用户来说都极大益处,实现了双方的共赢。

  [1] 安科瑞电能质量监测与治理选型手册。2015.08版

  [2] 安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版

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