Hvilke roller spiller SVG ved reaktiv effektkompensation i elsystemer?

Sådan fungerer SVG: Kerneprincipper og styring af reaktiv strøm

Statisk vargeneratorer, almindeligvis kendt som SVG’er, fungerer anderledes end traditionelle metoder, når det kommer til styring af reaktiv effekt. Disse enheder anvender halvlederkomponenter kaldet IGBT’er til enten at generere eller absorbere reaktiv strøm (målt i VAR) uden brug af mekaniske bevægelige dele. Metoden er faktisk ret intelligent: De skaber modstående elektriske strømme ved hjælp af noget, der kaldes puls-bredde-modulation. Når der er en induktiv belastning, der forårsager faseforskydning, sender SVG’en en kapacitiv strøm ud for at afbalancere situationen. Ved kapacitive belastninger, der giver anledning til andre typer problemer, gør den det omvendte. Hele denne proces foregår ekstremt hurtigt og bringer systemerne tæt på perfekt effektfaktor inden for en brøkdel af et sekund.

IGBT-baseret spændingskilde-invertering til øjeblikkelig VAR-generering

Kernepunkten i innovationen er IGBT-spændingskildeomformerkonstruktionen. Hurtig skiftning af DC-bus-spændingen via modparallelle IGBT-par genererer præcist trefasede vekselstrømsbølgeformer, der er 90° faseforskudt i forhold til netsspændingen – hvilket muliggør præcis og kontinuerlig regulering af reaktiv effektudgang proportional med systemspændingen. Nøglefordele i forhold til traditionelle løsninger omfatter:

• Udryddelse af risici for harmonisk resonans, som er indbygget i kondensatorbanker
• Nahtløs, trinløs justering over hele det kapacitive til induktive område
• Strømudgang uafhængigt af spænding – i modsætning til thyristorstyrede SVC’er

Submillisekund dynamisk respons i forhold til mekaniske kontakters begrænsninger

SVG’er reagerer på 1–5 millisekunder – 100–300 gange hurtigere end thyristorstyrede kondensatorer (300–500 ms) og flere størrelsesordener hurtigere end mekaniske kontakter, som lider under 20–40 netsvingningers forsinkelse på grund af fysisk kontaktbevægelse og genantændelsesbegrænsninger. Denne subcyklus-hastighed er afgørende for:

• Forebyggelse af spændningskollaps ved motorstart eller generatorudkobling
• Mildering af flimren i bueovn- og svejseapplikationer
• Stabilisering af spænding ved hurtige svingninger i sol- og vindenergiproduktion

Afgørende er, at SVG’er skifter mellem kapacitiv og induktiv drift uden afbrydelse – og dermed levererer uafbrudte reaktive reserver under fejlholdbarhed (FRT), en evne, som mekaniske systemer ikke kan matche.

SVG til forbedring af strømkvaliteten: harmoniske svingninger, ubalance og overholdelse af krav

Realtime-filtering af harmoniske svingninger og korrektion af ubalance i trefasesystemer

SVG-teknologi virker mod harmonisk forvrængning ved næsten øjeblikkeligt at sende modsatrettede strømme ud, hvilket neutraliserer de irriterende frekvenser fra f.eks. frekvensomformere (VFD’er). Når dette sker i realtid, holdes den samlede harmoniske forvrængning (THD) under 5 % – en faktor, der er afgørende for alle typer følsom udstyr på produktionsgulvet. En anden stor fordel er SVG’s evne til at håndtere ubalancerede trefasede spændinger gennem deres unikke måde at styre reaktiv effekt mellem faserne på. Tag f.eks. en produktionsfacilitet med mange enfasede laserskærere, der kører sammen med større trefaset udstyr. Uden korrekt balance kan motorer overophedes og fejle tidligt. Men med SVG’er installeret har vi set, at spændingsubalancen falder dramatisk fra omkring 8 % til knap 2 %. Og i modsætning til ældre passive filtersystemer er der ingen ventetid for, at kontakter aktiveres, og heller ingen problemer med afstemningsproblemer, der begrænser ydelsen.

Opfyldelse af IEEE 519–2022-grænserne i industrielle anlæg med høj harmonisk forvrængning

SVG-teknologien sikrer, at systemer overholder IEEE 519-2022-standarderne ved aktiv styring af harmoniske svingninger op til 50. orden, selv under krævende forhold som f.eks. i bueovne eller inden for datacentre. Når spændingsforvrængningen ved punktet for fælles kobling (PCC) overstiger 10 %, holder disse SVG-enheder den samlede harmoniske forvrængning (THD) under kontrol på ca. 3,5 % eller bedre – en værdi, der tydeligt ligger under de fleste elselskabers grænse på 5 %. Et konkret eksempel stammer fra en halvlederfabrik, hvor installation af SVG-enheder reducerede harmoniske problemer med ca. 92 % efter implementeringen og desuden sparede ca. 740.000 USD årligt i vedligeholdelse af kondensatorbanker, ifølge en rapport fra Ponemon Institute fra sidste år. Ud over blot at overholde reglerne undgår denne proaktive tilgang potentielle bøder, beskytter transformatorer mod unødigt mekanisk og termisk spændingsfald samt sikrer en jævn og afbrydelsesfri drift.

SVG som en stabiliseringsfaktor for elnettet: Spændingsstøtte og fejltolerance

Dynamisk spændningsregulering under netforstyrrelser og fejltolerancehændelser

SVG-teknologi hjælper med at opretholde stabiliteten i elnettet ved næsten øjeblikkelig indsprøjtning eller absorption af reaktiv effekt, når der opstår spændningsfald, spændingsspidser eller systemfejl. Mekaniske kondensatorbanker kræver ca. 3–5 perioder, før de kan reagere, mens SVG-systemer reagerer umiddelbart og holder spændingerne inden for ca. plus/minus 2 % af normale niveauer samt forhindrer unødige udløsninger af beskyttelsesudstyr. Ved fejltolerancehændelser opretholder disse systemer tilstrækkelige reserver af reaktiv effekt for at opfylde strenge netkrav, såsom dem, der er specificeret i IEEE 1547-2018-standarderne. I områder, hvor vindenergi udgør en stor andel af elproduktionen, reducerer anvendelsen af SVG-baseret spændingskontrol strømudfald med ca. 60 % i forhold til ældre metoder, ifølge en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Power Systems Research i 2023.

Sagsbevis: Integration af 33-kV-vindmøllepark med SVG-baseret reaktiv reserve

En 33-kV-vindmøllepark med 15 vindmøller demonstrerede SVG’s netstabiliserende virkning. Før installationen oversteg spændningsfald forårsaget af blæfart 8 %, hvilket udløste frakoblinger af vindmøllerne. Efter installation af et 5-MVAR SVG-system opretholdt den reaktive reserve spændingen inden for 1,5 % af udgangsniveauet under 98 % af FRT-hændelserne. De vigtigste resultater omfattede:

• 70 % reduktion i spændningsfald under 0,9 pr. enhed (pu) under netfejl
• Nul frakoblinger af vindmøller under fejlvinduer på 0,15 sekund
• Fuld overholdelse af netkodereglernes krav i EN 50549-2:2019 for integration af vedvarende energi

Denne sag bekræfter SVG’s rolle i at muliggøre pålidelig integration af vedvarende energi med høj andel.

SVG versus alternative løsninger: Driftsmæssig fleksibilitet og levetidsværdi

SVG-teknologi tilbyder langt større fleksibilitet sammenlignet med traditionelle kondensatorbatterier og thyristorstyrede systemer. I modsætning til mekaniske løsninger, der skifter trinvis med mærkbare forsinkelser, håndterer SVG’er reaktiv effekt kontinuerligt i begge retninger næsten øjeblikkeligt, hvilket eliminerer de irriterende transiente fænomener og spændingsblink-problemer. Hastigheden gør alt forskellen i industrier med konstant ændrende belastninger, såsom svejseanlæg og stålvalsverker. Standardudstyr kan simpelthen ikke følge med, når responsforsinkelser overstiger 100 millisekunder, hvilket fører til ustabilitet og produktionsproblemer, som ingen ønsker at håndtere.

Værdien over hele levetiden fremstår virkelig tydeligt, når man ser på disse systemer. SVG-teknologien reducerer faktisk tabene med mellem halvdelen og tre fjerdedele i forhold til lignende SVC-modeller. Hvorfor? Fordi der ikke længere er nogen reaktoropvarmning involveret, og vi behøver heller ikke håndtere de irriterende eksterne harmoniske filtre. Det betyder reelle besparelser på energiregninger over tid. En anden stor fordel er, at der slet ikke er nogen bevægelige dele, som man skal bekymre sig om, og ingen kondensatorer, der aldrer og regelmæssigt skal udskiftes. Vedligeholdelseskontroller kan vare 3 til 5 år længere end ved ældre elektromekaniske systemer. Nogle minedriftsanlæg har rapporteret en driftstid på næsten 99,5 % med disse installationer, hvilket selvfølgelig hjælper med at undgå dyre produktionsstop. Desuden fylder SVG-enhederne ca. 40–60 % mindre plads end traditionelle kondensatorbanker. Dette gør dem til ideelle valg til eftermontering i eksisterende faciliteter, hvor plads er knap.

Fælles spørgsmål

Hvad er en SVG, og hvordan fungerer den?

En SVG (Static Var Generator) er en enhed, der styrer reaktiv effekt uden mekaniske bevægelige dele. Den bruger IGBT’er til at skabe modsatrettede elektriske strømme og afbalancere induktive eller kapacitive belastninger næsten øjeblikkeligt.

Hvordan forbedrer SVG’er strømkvaliteten?

SVG’er forbedrer strømkvaliteten ved at filtrere harmoniske svingninger, rette tre-fase-ubalancer og opretholde overholdelse af branchestandarder såsom IEEE 519-2022. De hjælper med at reducere spændningsfald og holde THD-niveauerne lave.

Hvad er fordelene ved SVG-teknologi sammenlignet med traditionelle metoder?

SVG-teknologi tilbyder hurtigere respons tid, større fleksibilitet, lavere tab, reducerede vedligeholdelseskrav og mere effektiv udnyttelse af plads i forhold til traditionelle kondensatorbatterier og thyristorstyrede systemer.