35KVSTATCOM系统方案设计设计.doc

word35KV STAT系统设计方案一、系统技术指标1.设备安装方式：户内、直挂式； 2.设备运行环境指标：户内环境温度-10~45°，海拔高度<2000m；3.设备技术参数：电压等级35kV，额定容量±50Mvar，三相星形连接方式；4.设备冷却方式：水冷；5.设备机械尺寸要求：？〔荣信尺寸：宽12192mm，深2438mm，高2896mm〕6.设备主要功能指标：功率因数>0.95，平均损耗<0.8%，响应速度<5ms，具备一定的谐波抑制能力，补偿后满足电流THD<5%；7.设备过载运行指标：；8.设备失效指标：平均失效间隔>75000小时〔8.5年〕，平均恢复时间<5分钟；二、系统软硬件需求2.1系统硬件部件需求：进出线柜：预充电电阻、断路器、熔断器、电抗器、电压电流互感器、避雷器等；功率柜：直流母线电容、IGBT、IGBT驱动器、真空接触器开关、卸荷电阻、母排、水冷散热器、高压自取能电源板、底层〔子单元〕控制板等；控制柜：控制电源、上层〔系统级〕控制板、中层〔阀级〕控制板等；2.2控制系统〔软件〕需求：采取分层控制方式：系统级、阀级、子单元级三层控制；采集电量需求：三相电网电压、三相电网电流、三相负载电流、三相变流器电流；子单元直流母线电压；通讯需求：光纤通讯方式；IGBT控制信号也采用光纤通讯方式；三、子模块单元设计3.1级数、直流母线电压考虑SPWM调制方式，直流电压利用率要求对于35KV系统，相电压峰值为对应：级联数N直流母线电压要求电平数不同母线电压对应调制比2800V2600V2500V2400V10>2857V21////11>2598V23//12>2381V2513>2198V2714>2041V29考虑以下几点选择级联数：1.选择4500V电压等级IGBT模块，其额定工作电压2800V，工程上应用〔如某某柔直项目〕到2400V；2.电网过压10%系统仍要正常运行；选择级联数N=12，对应额定直流母线电压〔IGBT额定工作电压〕2600V。

考虑系统冗余，如此总级联数为12+1=13级冗余切换控制？3.2 IGBT模块选型按50Mvar功率等级，相电流计算相电流有效值为825A，峰值为1166A功率管选用等级注： IGBT实际通过的电流有效值大约为相电流有效值一半，安全余量足够表1 某公司10KV等级SVG系统IGBT模块选型情况容量/Mvar额定电流/A电流峰值/AIGBT电流等级/A63464906507404571650 84626538009520735800105778161000116358981000126939801000英飞凌FZ1200R45KL3 B5 〔140mm*190mm〕驱动器考虑选用concept公司配套产品1SP0340STAT系统中并网电抗器的选型依据主要有：〔1〕功率输出能力限制了电抗器的取值上限〔包括低次谐波[5,7,11,13次]补偿输出能力〕按N=12，Vdc=2600，w=314计算得出假如满功率无功补偿输出同时，补偿低次谐波，电抗器取值应该更小〔2〕滤除高次谐波能力限制了电抗器的取值下限系统主要高次谐波为等效开关频率次谐波与以上，电流的谐波含量计算较为复杂，通常可结合仿真确定。

25电平载波移相调制输出电压各次谐波根本都在1.2%以下，主要集中在等效开关频率附近按最低开关频率fs=200Hz，系统等效开关频率feq=fs*24=4800Hz，频率3150Hz处〔63次〕电压谐波含量接近1.2%控制目标为高次电流谐波含量低于0.3%计算得假如控制目标降低为高次电流谐波含量低于1%，如此〔3〕快速电流跟踪能力限制了电抗器的取值上限；电流过零时变化率最大，设计要求为如此综合上述条件，选取L=2mH，额定电流有效值为1000A〔约为系统电流1.2倍〕户外空心电抗器直流侧电容选取原如此：稳态运行不过温和各种动态过程不过压、不过流，具有足够的高频纹波电流能力、损耗角较小、体积满足一定要求，主要参数由仿真确定电容的选取不仅与主电路参数如额定电流、电平数、开关频率有关，还与调制方式等有着重要的联系电容纹波电流的不一致主要由于开关频率和电平数的改变造成的补偿无功电流时，根据单相桥式逆变器特性，直流侧电压会有二倍频的脉动直流侧电容电压在一个基波周期内，电容电压的波动取M=0.916，ΔVdc=300V.电容电压的波动主要有两方面〔最大额定直流电压的选择和输出电流的波形〕的考虑选取电容值C=6mF，耐压2800V。

如下图分别为满功率输出下，200Hz、400Hz开关频率下母线电容电压波形图可选取某某蓝虹、某某国光公司对应等级产品，型号4.5kV/1.2kA选取阻值R=100kΩ，如此其稳态损耗约为〔按直流侧2600V〕P=67.6W，系统所有卸荷电阻损耗为67.6*36=2433.6W；选用Vishay品牌RCEC系列5kV/100kΩ供给商有某某德创四、IGBT模块功耗计算通过仿真计算IGBT模块功耗载波移相下各单元之间功耗有差异，单元内部各IGBT模块功耗也有差异，但仿真结果显示差异不大〔有均衡电压控制〕200Hz开关频率，满电流下，英飞凌1.2kA模块的仿真结果为：某H桥单元具体损耗列表IGBT模块/损耗W1#2#3#4#IGBT导通损耗501DIODE导通损耗409408IGBT开通损耗489482IGBT关断损耗252DIODE关断损耗总损耗每个IGBT模块功耗大约在1900~2100W，平均功耗2kW；每个子单元功耗大约为8kW；每相按12级计算功耗为96kW；系统三相合计功耗288kW；400Hz开关频率，满电流下，仿真结果为：IGBT模块/损耗W1#2#3#4#IGBT导通损耗513515DIODE导通损耗408IGBT开通损耗IGBT关断损耗DIODE关断损耗总损耗29562965每个IGBT模块功耗大约在2900~3050W，平均功耗3kW；每个子单元功耗大约为12kW；每相按12级计算功耗为144kW；系统三相合计功耗432kW；ABB模块仿真结果〔400Hz〕H桥4个模块功耗分别为2886、2842、2850、2893W英飞凌官网仿真结果〔2600V，450Hz开关频率〕三菱CM1200HG-90R热仿真〔2600V，400Hz〕其中导通损耗711.5W，开关损耗1163.03W〔开通633.33W，关断529,69W〕；固定散热器温度85°°°其中导通损耗346.02W，开关损耗454.10W；°°器件参数比照英飞凌三菱ABBEon6150mJ5100mJ4350mJEoff5100mJ3850mJ6000mJVCEsatVFErec3550mJ2100mJ2730mJ五、控制系统设计采取分层控制方式：系统级、阀级、子单元级三层控制；〔1〕系统级控制器需采集三相电网电压、三相电网电流〔也可不采集？〕、三相变流器电流、三相负载电流；与阀级控制器进展通讯，光纤通讯方式；负责总直流母线电压控制、电流控制，生成3路调制波。

〔2〕阀级控制器与系统级、子单元级控制器进展通讯，光纤通讯方式负责相间均压控制、相内均压控制，生成脉冲信号〔3〕子单元控制器采集子单元直流母线电容电压旁路故障单元，并且同时旁路/也可不旁路其他2相的单元载波切换，不会出现大的过冲。