CN108828360A - 一种大容量svg的出厂满载测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大容量SVG的出厂满载测试方法。本发明方法包括：将成套SVG三相输出端口中的两相短接，再与另一相分别连接到额定线电压对应电网中的两相；控制短接两相支路中的电流一为容性一为感性进行相间功率对冲，控制第三相的输出电压等于并网点端口线电压与被短接两相额定相电压的矢量差；由此对短接两相进行额定电压和额定电流下的满载功率考核。本发明可在SVG对外输出容量远小于其额定容量的条件下进行SVG在额定电压和额定电流下的分相考核测试，且不需要额外增加陪测设备，便于在有限的厂区供电容量下实现对大容量SVG的出厂满载测试，该方法对应测试平台的结构简单、造价低，是一种高效、经济的SVG测试方法。

Description

一种大容量SVG的出厂满载测试方法

技术领域

本发明涉及电网技术领域，具体涉及到一种SVG测试方法。

背景技术

随着新能源发电及特高压输电技术的快速发展，电力系统对动态无功补偿设备的需求日趋迫切。在具有快速提供动态无功补偿能力的各类无功设备中，静态同步发生器(Static Var Generator,SVG)因具有动态响应速度快、并网谐波小而受到广泛关注。

SVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地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。

在单相电路中，与基波无功功率有关的能量是在电源和负载之间来回往返的。但是在平衡的三相电路中，不论负载的功率因数如何，三相瞬时功率的和是一定的，在任何时刻都是等于三相总的有功功率。因此总的来看，在三相电路的电源和负载之间没有无功能量的来回往返，各相的无功能量是在三相之间来回往返的。所以，如果能用某种方法将三相各部分总的统一起来处理，则因为总的来看三相电路电源和负载间没有无功能量的传递，在总的负载侧就无需设置无功储能元件。三相桥式变流电路实际上就具有这种将三相总的统一处理的特点。因此，理论上讲，SVG的桥式变流电路的直流侧可以不设储能元件。实际上，考虑到变流电路吸收的电流并不只含基波，其谐波的存在也多少会造成总体看来有少许无功能量在电源和SVG之间往返。所以，为了维持桥式变流电路的正常工作，其直流侧仍需要一定大小的电感或电容作为储能元件，但所需储能元件的容量远比SVG所能提供的无功能量要小。而对传统的SVC装置，其所需储能元件的容量至少要等于其所提供无功功率的容量。因此，SVG中储能元件的体积和成本比同容量的SVC中大大减小。

为了保证SVG设备到达客户现场时能一次投运成功与稳定运行，通常要求在SVG出厂试验中尽量多地完成相关测试项目，特别是SVG在额定电压、额定电流的试验项目，因为充分的试验项目能够提高设备的可靠性与稳定性。但目前SVG设备单机容量越来越大，甚至可高达数十兆乏甚至上百兆乏，常常远远超过SVG企业的厂区供电容量(一般不超过数兆伏安)。若想在出厂前进行大容量SVG在额定电压、额定电流下的整机性能测试，对试验系统和电网容量要求都很高，另外对SVG生产企业也是一个非常庞大的资金投入。

目前，SVG出厂测试一般是对SVG各部件进行分项测试，比如测试功率模块单体的换流链对冲试验、测试装置电压控制能力的整机空载试验、测试控制保护系统的半实物仿真测试等，受条件所限常常不进行同时达到额定电压和额定电流的整机满载试验。仅有少量SVG会在出厂前用对冲试验平台进行带载对冲试验，利用电容器或电抗器组或其他SVG作为陪测无功设备，让被测SVG和陪测无功设备两者中一个发感性无功而另一个发容性无功，两套设备输出无功互补抵消，使得对外输出总无功近似为零，避免厂区供电网络容量超限。但这种方法需在厂区配置与被测SVG容量相当的陪测无功设备，当SVG容量较小时，因陪测设备容量较小或厂内常有其他项目的SVG产品可用作陪测无功装置，尚易于实现；但若当SVG容量达百兆乏时，由于此类SVG项目数目本身就较少，可能数年才会生产一套装置，难以再找到一台陪测SVG来进行功率对冲，若单独为此装置建设前述对冲试验平台，则试验平台造价太高、且利用率也非常有限。

因此，迫切需要一种经济、高效的可适用于大容量SVG的满载测试方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于大容量SVG的出厂满载测试方法，不需要额外配置陪测无功装置，就可在有限的厂区供电容量下实现SVG在额定电压和额定电流下的满载整机考核。

为了解决前述问题，本发明所提出的技术方案为：一种大容量SVG的出厂满载测试方法，将SVG装置三相输出端口中的两相短接并连接到额定电压对应网络中的某相，将另一相连接到额定电压网络中的对应相。控制前述短接两相中的支路电流一个为容性而另一个为感性来进行相间无功功率对冲，且电流幅值等于额定电流；调节另一相中变流器的输出电压直至前述短接两相端电压的幅值等于额定相电压。然后三相交换并重复前述步骤。

优选地，前述方法中，SVG三相电压阀组采用分相独立控制，其中被短接两相为恒电流输出模式，阀组输出电压根据电流指令闭环调节；第三相为恒电压输出模式，阀组输出电压等于端口线电压与被短接两相额定相电压的矢量差。

前述方法的原理是：采用前述测试方法后，SVG中被短接两相构成了电流环路，可实现相间无功功率对冲，所在相支路同时承受了额定幅值的相电压和额定幅值的电流，而且被短接相和非短接相之间承受了额定线电压，实现了SVG各相在额定电压和额定电流下的分相满功率考核。另外，装置对外输出电流因相间抵消而近似为零，从而可在有限的厂区供电容量下进行。

本发明具有以下有益效果：

1、测试方法对应的试验平台仅需要一套被测SVG设备、额定电压接入网络及端口连接线，不需要额外的陪测SVG或其他陪测无功补偿设备，硬件平台结构简单、造价低、占地面积小、易于实现。

2、测试全面，除了可测试SVG一次设备的耐压通流能力外，还顺带测试了换流链的电流控制和电压控制性能。

3、测试时仅有两相换流链流过额定电流，SVG总损耗约为装置额定损耗的2/3，有利于减小测试时的厂区供电负荷。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明所提大容量SVG出厂满载测试方法的对应电气接线原理图；

图2为图1的等效简化电路模型；

图3为本发明所述测试方法实施方式1对应的电压电流矢量图；

图4为本发明所述测试方法实施方式2对应的电压电流矢量图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施方式1

本实施例首先公开一种大容量SVG的满载测试方法，包括：将SVG其中两相进行短接后与第三相串联在并网点的两相线中，然后对SVG进行分相独立控制。将短接的两相分别配置为恒电流输出模式，且一个为容性、一个为感性以实现短接两相之间的功率对冲且对外无电流输出，并在短接两相之间的内部回路加载对应SVG满载额定电流；与此同时，将第三相配置为恒电压输出模式，且该第三相输出电压等于并网点端口线电压与被短接两相额定相电压的矢量差。

为便于本领域技术人员充分理解本实施例上述构架构及方法，进一步详述如下：

参照图1，对包括换流阀组、滤波电抗、软启动电路及进线开关柜等的成套SVG，在其三相输出端口，将A相和B相短接后连接到厂内与SVG额定电压对应高压供电网络(简称为额定电压网络)的A相上，同时将待测SVG的C相输出端口连接到额定电压网络的C相。前述额定电压网络，当SVG额定电压等于厂区供电电网电压时，可直接采用厂区供电电网；当SVG额定电压不等于厂区供电电压时，可利用厂区供电电网经变压器升压或降压后获得。

图1所示接线方式等效于：SVG内部A相和B相支路并联后再与C相支路串联，然后连接到电网AC两相间的额定线电压之间。由于A相和B相支路并联，这两条支路间可构成环流通路而不对外输出电流；同时由于A相支路和C相支路串联后的总电压恒等于电网线电压，故通过调控C相电压就可间接地调控A相支路的电压等于额定相电压。由于大容量SVG一般都是基于IGBT等全控型开关器件的电压源变流器，故其各相功率阀组的输出电压可在幅值不越限的范围内自由调控。

因SVG直流稳压有多种调控方式，对于各相功率单元的直流母线电压由外部额外电路稳压而不是由各相电流中有功分量调控的SVG而言，可将SVG控制方式改为分相独立调控模式。具体调控包括：

①、C相功率阀组为恒电压输出模式，其输出电压相序与AC线电压相反，且幅值等于SVG额定线电压与额定相电压之差。

②、A相和B相功率阀组为恒电流输出模式，A相电流为滞后于AC线电压90°的感性电流而B相超前于AC线电压90°的容性电流，且A相和B相电流的幅值都等于额定电流。

因SVG各相电压电流同时符合前述①②两要求，因符合②可知：

因符合①可知：

因该电压的幅值没有超过SVG每相绕组的额定相电压，SVG可以实际输出。根据(1)，AB两相电流相互抵消，故对外输出端口电流i_A和i_C都等于零：

再结合图2所示的等效电路图可知，C相支路电压等于阀组输出电压：

A相支路电压(也即B相支路电压)可表示为：

其对应的电压电流矢量图如图3所示，其中，U_pN为SVG各相的额定相电压，U_lN为并网点的线电压。结合式(5)和(1)可知，A相支路电压和电流的幅值都等于其额定值，且电压与电流的方向相互垂直即该相输出为纯无功，单就A相而言，这些参数特征都与SVG额定满载运行时的A相特性相同。同理可知，B相的参数特征也与SVG额定满载运行时的B相特性相同；且A相与C相间的电压为线电压，B相与C相间的电压也为线电压，即SVG的AC相间和BC相间都承受了额定线电压。因此SVG的这两相阀组都实现了该相阀组同时达到额定电压和额定电流的满载功率测试。

在完成前述AB两相的测试后，再进行三相交换以测试C相，比如将图1中SVG输出端口中的BC两相短接后连接到电网C相，将SVG端口A相连接到电网A。同时将SVG控制方式改为分相独立调控模式：①其中A相功率阀组为恒电压输出模式，其输出电压相序与CA线电压相反，且幅值等于SVG额定线电压与额定相电压之差；②其中B相和C相功率阀组为恒电流输出模式，B相电流为滞后于CA线电压90°的感性电流而C相超前于CA线电压90°的容性电流，且B相和C相电流的幅值都等于额定电流。同理推导可知，此时BC两相支路电压和电流的幅值都等于其额定值，因此SVG的这两相阀组都实现了该相阀组同时达到额定电压和额定电流的满载功率测试。

经上述两次操作后，即SVG三相阀组都进行过阀组电压电流分别达到额定值的分相满载功率测试。必要时，本实施例还可在对短接两相所对应三种组合的交换的过程中，进一步将短接两相中的容性与感性进行交换，不做赘述。

实施方式2

对各相功率单元直流母线电压由电流中有功分量调控的典型SVG而言，其测试时硬件接线方式同实施方式1，只是电压电流控制方式不同。这是由于SVG功率阀组在运行过程中会因开关过程损耗、器件导通压降等因素而不可避免的产生有功消耗，如果再按照图3的电压电流矢量关系进行调控，因并网端口电流恒等于零，所以SVG各相阀组都不从电网吸收有功功率，而AB两相阀组因自身有功损耗必然难以无法维持直流电压稳定。

此时SVG各相阀组的电压电流可按如下方式控制：①C相功率阀组为恒电压输出模式，其输出电压的幅值等于额定相电压，且相位滞后于AC线电压约150°，如此则根据电压矢量关系可知，AB两相支路电压的幅值等于额定相电压且相序滞后于AC线电压30°；②A相和B相功率阀组为恒电流输出模式，且各相电流都包括有功和无功分量(相对于A相端口电压而言)，其中A相电流中包括三种分量：一是幅值等于额定电流且滞后于AC线电压120℃的无功分量；二是幅值较小且滞后于AC线电压120℃的无功分量，该分量的幅值按照对C相功率模块直流电压稳定进行闭环调控；三是根据A相功率模块直流电压闭环调控的有功电流(滞后于AC线电压30℃)。B相电流包括两种分量：一是与A相分离中第一部分幅值相同且方向相反的无功分量；二是根据B相功率模块直流电压闭环调控的有功电流(滞后于AC线电压30℃)。

在前述控制模式下，SVG各相电压电流的矢量图如图4所示，此时A相电流中的第一部分和B相电流中的第二部分仍然是相互抵消即功率对冲，从而实现额定电流考核。A相电流中的第三部分和B相电流中的第二部分用来补偿阀组开关及回路电阻带来的有功损耗，从而维持A相和B相换流链中的直流电压稳定，因SVG的回路有功损耗远小于其无功输出值，故该电流会远小于SVG额定电流。A相电流中的第二部分因为与A相支路电压垂直，所以不会影响A相稳态直流电压，但是通过该分量的调节可使得并网A相电流的方向与C相输出电压基本垂直，从而使得C相阀组中的电流主要为无功分量，同时调节该分量的大小可使得C相电流中含有一定的与C相电压同相或反向的有功分量，从而稳定C相直流电压稳定。在前述控制方式下，C相电压的幅值约等于额定相电压，也没有超过SVG阀组的电压输出范围从而可实现。

在完成前述AB两相的考核后，再进行三相交换以考核C相。经上述两次操作后，即SVG三相阀组都进行过阀组电压电流分别达到额定值的分相满功率考核。

与现有SVG对冲测试方法相比，本发明具有以下优点：

1、测试平台简单。该测试方法对应的试验平台仅需要一套被测SVG、额定电压接入网络及端口连接线，不需要额外的陪测SVG或其他陪测无功补偿设备，硬件平台结构简单、造价低、占地面积小、易于实现。

2、测试全面。除了可测试SVG一次设备在额定电压电流下的耐压通流能力外，还顺带测试了换流链的电流控制和电压控制性能。

3、适应性强。除了可直接适用于电网电压等于SVG额定线电压的厂区供电网络外，还可适用于厂区供电电压为其他数值的情况，此时仅需要稍微修改非短接相的输出电压值，使其为电网电压与SVG额定相电压之差从而使得短接两相的电压保持为SVG额定相电压。正是这种特性，使得该方法相对于直接用SVG两相换流链进行对冲试验的测试方法，能够适用于不同的电网电压。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种大容量SVG的出厂满载测试方法，其特征在于，将成套SVG三相输出端口中的两相短接，再与另一相分别连接到额定线电压对应电网中的两相；控制短接两相支路中的电流一为容性一为感性进行相间功率对冲，控制第三相的输出电压等于并网点端口线电压与被短接两相额定相电压的矢量差；由此对短接两相进行额定电压和额定电流下的功率考核。

2.根据权利要求1所述的大容量SVG的出厂满载测试方法，其特征在于：SVG三相电压阀组采用分相独立控制，其中被短接两相为恒电流输出模式，阀组输出电压根据电流指令闭环调节；未短接相为恒电压输出模式，阀组输出电压等于端口线电压与被短接两相额定相电压的矢量差。