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

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 used 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 ripple 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 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

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