為了設計一個35kV、10MW的SVG（靜態同步無功補償裝置）方案，需要選擇高壓電氣元件及關鍵功率電子器件，并確保它們能夠承受高電壓、大電流負荷，具備穩定性、可靠性以及較長的使用壽命。

在這個方案中，元器件的選擇至關重要，特別是它們需要支持大功率輸出、控制精度以及與其他電力設備的協同工作。下面我將詳細介紹一套SVG系統所需的元器件，并深入探討各個組件的特點和功能。

1. 系統概述

SVG（Static Var Generator，靜態無功發生器）用于實時調節電網中的無功功率，保證電網電壓穩定，并優化功率因數。SVG通常應用于電力系統中，尤其是在電力質量控制、變電站和工業用電系統中。

• 額定功率： 10MW

• 額定電壓： 35kV

• 工作頻率： 50Hz / 60Hz

該SVG方案通常基于IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）和基于現代功率電子技術的控制系統。選擇適合的元器件將直接影響到系統的效率和性能。

2. 關鍵元器件選擇

2.1. 高壓IGBT模塊

在35kV的電壓等級下，選擇高壓IGBT模塊作為功率開關元件是至關重要的。IGBT具有高開關頻率、高效率以及低導通損耗的優點，是高功率SVG系統中常用的關鍵元器件。

• 推薦型號： Infineon FZ600R33KE3，6kV級IGBT模塊

• 優勢：

• 高電壓耐受性（最大可達6kV，多個模塊并聯使用可實現35kV耐壓需求）

• 高開關頻率，適用于高頻切換場合，能夠有效控制無功功率輸出

• 低導通損耗，減少熱量產生，提高系統效率

• 內建短路保護及過熱保護功能，增強系統穩定性

• 功能： 控制SVG中的功率流動，實現無功功率的快速調節。

2.2. 高壓電力變壓器

變壓器用于電壓等級轉換，保證SVG與電網之間的電壓兼容。高壓電力變壓器必須具有穩定的工作特性，能夠支持系統高效運作。

• 推薦型號： ABB Power Transformers, 35kV class

• 優勢：

• 具有高效率、低噪聲和低損耗的特點

• 精確的電壓調節和穩定的功率輸出

• 支持高電流負載，適應大功率SVG系統

• 功能： 將電網的高壓電源轉化為適合功率模塊的低壓輸出，并提供穩定的電流。

2.3. 電容器組與濾波器

電容器組用于提供瞬時無功功率，并有效地減少諧波干擾。濾波器則用于過濾高頻噪聲和諧波，保證SVG系統的穩定運行。

• 推薦型號： Schneider Electric Filter Capacitor Bank

• 優勢：

• 具備高容量、高穩定性，適用于長時間、高負載工作

• 能夠減少電網中的諧波干擾，提升電能質量

• 設計簡潔，便于維護和更換

• 功能： 電容器組和濾波器共同協作，調節系統中的無功功率，提升電力質量，防止電力系統的過載和失衡。

2.4. 數字控制系統與PLC

數字控制系統負責整個SVG系統的自動化控制，通過PLC（可編程邏輯控制器）實現實時監控和控制。PLC通過通信與其他電力設備連接，監控無功功率調節。

• 推薦型號： Siemens S7-1200 PLC

• 優勢：

• 高度集成，支持多種控制算法，適合高壓和大功率的SVG系統

• 高可靠性，能在極端環境下長時間穩定工作

• 支持遠程監控和故障診斷功能

• 功能： 管理并優化SVG的工作狀態，調節無功功率輸出，實時響應電網需求。

2.5. 控制與保護繼電器

為了保證SVG系統在運行過程中的安全性，選擇適合的保護繼電器至關重要。這些繼電器主要用于電流、過壓、過熱等保護。

• 推薦型號： Schneider Electric Compact NSX Circuit Breakers

• 優勢：

• 具有過載保護、短路保護、欠壓保護等功能

• 能夠承受高電流和高電壓沖擊

• 配備可調節的保護功能，適應不同負載要求

• 功能： 提供過載和短路保護，避免電氣設備受損，確保系統安全。

2.6. 冷卻系統與熱管理

高功率SVG系統中的電子元件會產生大量熱量，因此有效的冷卻系統是必不可少的。液冷系統是適合高功率SVG系統的一種冷卻方式，能夠保證設備在高負荷下穩定運行。

• 推薦型號： Emerson Liquid Cooling System

• 優勢：

• 高效的熱傳導能力，能夠快速帶走元器件產生的熱量

• 高密度設計，節省空間并提高系統運行穩定性

• 適用于高功率系統，長期運行不易發生故障

• 功能： 保持SVG系統溫度穩定，防止元器件過熱造成損壞。

3. 電路框圖設計

在35kV、10MW的SVG系統中，電路框圖需要包括以下主要組件：

1. 輸入電源： 來自電網的高壓電源（35kV），經過電力變壓器轉換為適合的電壓。

2. IGBT模塊： 高壓IGBT模塊用于無功功率的調節。

3. 電容器組與濾波器： 用于無功功率補償和諧波抑制。

4. 控制系統： PLC控制器負責調節無功功率，并通過數字化信號驅動IGBT模塊。

5. 保護繼電器： 對整個系統進行保護，防止過載和短路等情況。

6. 冷卻系統： 用于冷卻IGBT模塊和其他高功率器件。

框圖示例：

4. 方案總結

該35kV、10MW SVG系統通過選用高壓IGBT模塊、電容器組、數字控制系統以及保護繼電器等關鍵元器件，確保了系統的高效性、穩定性和安全性。每個元器件在電路中的作用都至關重要，尤其是IGBT模塊和控制系統，它們的協同工作保證了無功功率的精確調節，提升了電網的功率因數和電力質量。

通過合理選型和配置，SVG系統能夠在高壓、大功率的環境下穩定運行，為電力系統提供無功功率補償，并有效提升電力質量。