鞍山纳恒电力电子有限公司SVG控制系统说明书.pdf

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1、 SVG控制系统用户手册 SVG 控制系统用户手册 版权所有(C) 鞍山纳恒电力电子有限公司，20102015，保留所有权利 Copyright Reserved (C) ANSHAN NAHENG POWER ELECTRONIC CO.,LTD 鞍山纳恒电力电子有限公司 （版本 2010.10） SVG控制系统用户手册 目 录 1. SVG 工作原理工作原理 . 1 2. SVG 控制系统组成控制系统组成 . 2 3. 控制柜控制柜 3 3.1 控制柜组成 3 3.2 微机监控单元 4 3.3 开关面板 5 3.4 PLC . 5 3.5 主控单元 6 3.5 通讯单元 . 11 4. 电

2、源柜电源柜 12 5. 功率单元功率单元 12 5.1 工作原理 12 5.2 驱动板 14 5.3 控制板 14 6. SVG 监控系统监控系统 . 14 SVG 控制系统用户手册 1 1. SVG 工作原理 SVG（Static Var Generator）称为“静止无功发生器” ，是一种并联型无功补偿装置， 它基于瞬时无功功率的概念和补偿原理，采用全控型开关器件，辅之以小容量储能元件 所构成。SVG 不需要大容量的电抗器、电容器等储能元件，大大缩小了装置的体积和成 本；调节速度快，运行范围宽，通过不同的控制，可以实现负荷的连续调节；采用 PWM 控制或多重化的结构，可使其输出电流接近正弦

3、波，从而不需附加额外的滤波器。 由于 SVG 的这些优越性能，能满足用户供电系统的电能质量综合治理要求，可以 达到如下效果： 降低母线电压损失，提高电网电压水平； 补偿无功功率，提高功率因数； 补偿谐波电流，降低谐波电流对电网的污染； 补偿负序电流，降低负序电流对电网的污染。 SVG 结构示意图如下图所示： 27.5kV/510V 负载 S1S3 S2S4 DC(+) DC(-)SVG功率单元 isiL ic 电网 图1 SVG 结构示意图 上图中，is、iL和 ic分别为电网电流、负载电流和 SVG 补偿电流，三者有如下关系： csL iii (1) 其中，负载电流 iL又可以分解为有功电流

4、 ip、无功电流 iq以及谐波电流 ih等电流分 量，即 SVG 控制系统用户手册 2 hqpL iiii (2) 从式(1)与(2)可以看出， 只要能实时检测出负载电流 iL中的各电流分量， 并控制 SVG 功率单元输出相应的补偿电流，则可以实现无功电流补偿、谐波电流补偿以及综合补偿 等功能： qc ii ：SVG 实现无功电流补偿功能，此时电网电流 hps iii； hc ii ：SVG 实现谐波电流补偿功能，此时电网电流 qps iii； hqc iii：SVG 实现综合补偿功能，此时电网电流 ps ii 。 2. SVG 控制系统组成 SVG 控制系统由控制柜、电源柜和功率单元三部分组

5、成： 控制柜采集现场的电压、电流信号，计算处理后发出驱动信号来控制功率单元 的运行，同时监测功率单元运行状况。 电源柜由隔离变压器、交流稳压电源、UPS 和 AC/DC 组成，为系统提供稳定、 可靠的交、直流电源。 功率单元由 IGBT、驱动板、控制板、电力电容、阻容吸收电路和热管散热器等 组成，与电抗器串连后，通过变压器与电网相连，通过驱动信号控制 IGBT 的开通与关 断；电网电压和功率单元交流侧电压在电抗器两端作用，从而产生预期的补偿电流。 其基本结构框图示意如下： 控 制 柜 功率单元 驱动脉冲光纤 Udc反馈光纤 保护信号光纤 通讯信号光纤 Us Is、IL、Ic 控制信号 远方信号

6、 电源柜 AC220V DC5V DC 15V DC24V DC110V AC220V 图2 SVG 控制系统基本组成框图 此外，为便于用户随时查看 SVG 设备运行状况，在设备侧嵌入式一体化工控机和 用户监控室侧 PC 机上分别安装了相应的 SVG 监控软件， 通过该软件可实时、 详细的了 解到设备运行参数以及各部分性能状况。下文将就上述控制柜、电源柜、功率单元以及 SVG 控制系统用户手册 3 SVG 监控软件作详细介绍。 SVG 系统整体外观实物图如下所示： 图3 SVG 系统整体外观实物图 3. 控制柜 3.1 控制柜组成 控制柜主要由微机监控单元、开关面板、PLC、主控单元及通讯单元

7、等组成，控制 柜内部功能框图如下： 主控单元 电压/电流 PLC 输入/输出 监控单元 通讯单元 功率单元 图4 控制柜内部功能框图 微机监控单元主要是对 SVG 系统状态进行监控，显示，方便了解系统工作情况；开 关面板主要是在本地实现对系统的操作；PLC 则实现对系统的自动控制，保护，通过以 SVG 控制系统用户手册 4 太网通讯实现远程操作，通讯给触摸屏显示系统状态；主控单元则是 SVG 系统的核心， 实现了电网电压、电流等参数的采样、运算，控制 SVG 单元进行补偿；通讯单元主要 起到信息中转作用，将功率单元的运行状况传送至监控单元，同时将初始化及故障复位 信号传送至功率单元。 控制柜外

8、观实物图如下所示： 图5 控制外观实物图 3.2 微机监控单元 微机监控单元采用嵌入式一体化工控机，坚固、可靠、可扩展，带有不锈钢机箱和 高强度铝质面板，密封良好，能够适应恶劣、多尘的工业环境。监控单元安装了设备监 控软件 MCGS，可实现人性化的人机操作。 微机监控单与 PLC 通过 MPI（Multi Point Interface）进行数据交换，获得系统信息； 与通讯板通过 RS485 采集数据，获得单元状态信息；然后把这些系统信息处理并显示。 通讯示意图如下： SVG 控制系统用户手册 5 监控单元 PLC 通讯单元 MPI 485 输入/输出 图6 工控机通讯示意图 3.3 开关面板

9、 开关面板外观示意图如图 5 所示，按照功能依次介绍如下： 最右侧上下两个按钮为系统启动、停止按钮，绿色为启动按钮、红色为停止按 钮，两按钮均采用点动方式操作。按下“启动按钮” ，系统进入工作状态；按下“停止 按钮” ，系统退出工作状态。 “手动分闸”按钮为急停按钮，当设备发生紧急事故时按下该按钮可迅速切分 断路器，分断高压。 “手动/自动”转换开关可以选择工作模式：转换开关在“手动”侧时，系统工 作模式由面板上“无功”/“谐波”/“负序”/“综合”按钮进行手动选择；转换开关在 “自动”侧时，系统自动选择在“无功”工作模式。 工作模式选择按钮： “无功”系统工作在无功补偿模式； “谐波”系统

10、工作在谐波补偿模式； “负序”系统工作在负序补偿模式； “综合”系统工作在 “无功+谐波”补偿模式。 无功手动分闸手动/自动启动 停止谐波负序综合 图7 开关面板外观示意图 3.4 PLC PLC 控制部分主要是控制整个系统的运行，可靠的人机操作，对 SVG 控制系统实 现保护功能，还可以通过以太网通讯对系统进行远程控制。该部分采用西门子的 S7-300 系列 PLC，PLC 采用模块化设计，由 CPU 模块，DI 模块，DO 模块，AI 模块，AO 模 块，通讯模块组成。 SVG 控制系统用户手册 6 PLC 控制部分是 SVG 自动化控制的核心，各种外围接口，以及触点信号均由此处 理。主要

11、控制信号如下： 开关面板输入信号以及相应的控制输出：该部分实现 SVG 系统的本地控制。 功率单元交/直流接触器控制信号以及相应辅助节点：通过控制交流接触器，实 现对 SVG 单元的控制与保护；通过控制直流接触器，实现直流母排并联，并能实现对 单元的过流保护。 保护回路控制信号以及辅助信号：系统运行时输出断路器允许合闸信号，并在 SVG 系统故障时，手动/自动实现 SVG 分闸。 变压器保护信号：监控变压器状态，在变压器故障时，报警并停止 SVG 运行。 远程通讯信号：通过以太网进行远程通讯与控制，实现系统远程操作。 备用输入输出：PLC 通过编程对各种信号进行处理，并进行相应操作，再加上 多

12、种的连锁保护，最终实现系统的稳定、可靠运行。 3.5 主控单元 3.5.1 主控单元结构与工作原理 主控单元是整个 SVG 控制系统的核心，实现了电网电压、电流等参数的采样、运 算，最后发出 IGBT 驱动控制信号，通过光纤传送给功率单元。主控单元包括以下板卡： 表1 主控单元插卡箱板卡列表 名称 三角波发生板 DSP 控制板 PWM 发生板 数量（块） 1 3 3 主控单元的主要输入输出信号包括： 光纤输入信号： 功率单元保护反馈信号 FLT 功率单元直流侧电容电压反馈信号 Udc 光纤输出信号： 功率单元 IGBT 驱动脉冲信号 Q1、Q2 电网电压同步信号 电网电流、负载电流及功率单元输

13、出电流 工作模式选择信号 主控单元插卡箱的外形尺寸和安装方式为： 外形尺寸：483mm266mm309mm； 安装方式：八个8 的安装孔，用 M6 膨胀螺栓固定； 主控单元插卡箱内部各板卡安装顺序，从左到右依次为：PWM 发生板 1、DSP 控 SVG 控制系统用户手册 7 制板 1、PWM 发生板 2、DSP 控制板 2、PWM 发生板 3、DSP 控制板 3、三角波发生板。 主控单元插卡箱外观实物图如下所示： 图8 主控单元插卡箱外观实物图 3.5.2 PWM 发生板 PWM 发生板的外观实物图如下所示： 图9 PWM 发生板外观实物图 SVG 控制系统用户手册 8 PWM 发生板的 PC

14、B 版图如下所示： 图10 PWM 发生板 PCB 版图 （1）工作原理 PWM 发生板主要功能有两点： 根据 DSP 控制板送来的指令电流信号与功率单元反馈电流信号，使用三角波比 较方法生成功率单元 IGBT 驱动信号； 故障保护功能：当发生过流、过压、过热等故障时，封锁驱动信号。 （2）主要技术参数 开关量输入信号：2 路 模拟输入信号：10 路 光纤输入信号：2 路 光纤输出信号：8 路 供电方式：DC24V、DC15V 及 DC5V 供电 （3）外形尺寸及安装方式 外形尺寸：340mm234mm 安装方式：插卡式安装 SVG 控制系统用户手册 9 3.5.3 DSP 控制板 DSP 控

15、制板外观实物图如下所示： 图11 DSP 控制板外观实物图 DSP 控制板 PCB 版图如下所示： 图12 DSP 控制板 PCB 版图 SVG 控制系统用户手册 10 （1）工作原理 DSP 控制板根据电网电压同步信号、电网电流、负载电流、功率单元直流电压以及 工作模式选择信号，完成电流检测以及直流电压控制功能，最后将指令电流通过 DAC 转换成模拟信号输出。 （2）主要技术参数 开关量输入信号：7 路 模拟输入信号：12 路 模拟输出信号：4 路 光纤输入信号：4 路 供电方式：DC15V 及 DC5V 供电 （3）外形尺寸及安装方式 外形尺寸：340mm234mm 安装方式：插卡式安装

16、3.5.4 三角波发生板 三角波发生板外观实物图如下所示： 图13 三角波发生板外观实物图 SVG 控制系统用户手册 11 三角波发生板 PCB 版图如下所示： 图14 三角波发生板 PCB 版图 （1）工作原理 三角波发生板主要生成 6 路移相三角波载波信号，其中每路移相 30，以供 PWM 发生板使用。 （2）主要技术参数 模拟输出信号：6 路 供电方式：DC15V 及 DC5V 供电 （3）外形尺寸及安装方式 外形尺寸：340mm234mm 安装方式：插卡式安装 3.5 通讯单元 通讯单元以通讯方式将工控机设定的初始化及故障复位信号传给各功率单元， 并把 各功率单元的运行状况信息反馈回工

17、控机。 （1）工作原理 通讯单元与功率单元之间采用串行光纤通讯， 进行信息传送； 与工控机之间采用 485 通讯方式进行信息传送。 SVG 控制系统用户手册 12 （2）主要技术参数 主要通讯数据如下： 功率单元直流侧电容电压 功率单元工作状态及故障信号 功率单元初始户及故障复位信号 （3） 外形尺寸及安装方式 外形尺寸：120mm196mm 安装方式：螺母固定式安装 4. 电源柜 脉冲柜由隔离变压器、交流稳压电源、UPS 以及 AC/DC 组成，如图 6 所示。 隔离 变压器 UPSAC/DC AC220V DC24V DC 15V DC5V 交流 稳压电源 AC220V AC/DCDC11

18、0V(控制直流接触器) AC220V(控制交流接触器) 图15 电源柜示意图 外部输入 AC220V 电源， 一路经隔离变压器、 UPS 和 AC/DC， 输出 DC 24V、 DC 5V 以及 DC15V 供系统使用；一路经交流稳压电源和 AC/DC，分别输出 DC110V 和 AC220V，供直流接触器与交流接触器使用。 5. 功率单元 5.1 工作原理 功率单元包括 IGBT 模块、驱动板、电力电容、阻容吸收电路以及热管散热器等。 电力电容为功率单元直流侧提供直流电压，驱动板接收主控单元发送来的 IGBT 驱动信 号，加入死区时间后控制 IGBT 的开通与关断，从而产生预期的补偿电流；为

19、了限制电 路电压上升率过大，确保 IGBT 的安全运行，常在 IGBT 模块两端并联 RC 阻容吸收电 路；控制板完成直流电压检测、故障检测以及通讯功能。 功率单元原理框图如下： SVG 控制系统用户手册 13 S1S3 S2S4 DC(+) DC(-) Udc 驱动板 Q1、Q2 驱动信号 S1S2S3S4 控制板 SC1SC4 故障信号 Udc 光纤输出 通讯 故障与直流电压 图16 功率单元原理框图 功率单元和功率柜外观实物图如下所示： 图17 功率单元和功率柜外观实物图 SVG 控制系统用户手册 14 5.2 驱动板 5.2.1 工作原理 驱动板接收主控单元发送来的 IGBT 驱动信号

20、，加入死区时间后驱动 IGBT 的开通 与关断，并将 IGBT 故障信号传送给控制板。 5.2.2 主要技术参数 光纤输入信号：2 路 光纤输出信号：4 路 供电方式：AC220V 供电 5.3 控制板 5.3.1 工作原理 控制板主要完成功率单元直流电压转换、故障保护以及通讯功能。 5.3.2 主要技术参数 光纤输入信号：5 路 光纤输出信号：3 路 供电方式：AC220V 供电 6. SVG 监控系统 SVG 监控系统采用昆仑通态的 MCGS 软件，通过 MPI（Multi Point Interface） 与 PLC 通讯获得数据，通过 RS485 与通讯单元通讯，获得单元信息，然后显示系统的 相关运行信息。 该监控系统可以方便、直观的查看 SVG 设备的运行参数、功率单元状态，便于监 控系统运行情况。 SVG 监控系统主要由系统运行界面和功率单元运行界面组成， 分别如图 18 和图 19 所示。图 18 为系统运行界面，实时显示系统总的工作状态和报警信息；图 19 为 SVG 功率单元运行信息界面，实时显示每个功率单元的 Udc 和各种报警和保护信息。 SVG 控制系统用户手册 15 图18 系统运行界面 图19 功率单元运行界面