一、硬件可靠1）高品质器件的应用
采用高耐压、长寿命的金属膜电容器替代电解电容，不但能够承受高于传统电解电容器5倍的电流强度，更加能保证在浪涌电流下稳定的运行。
（a）IGBT模块示意图 （b）仿真热评估示意图
2）电源冗余供电
采用交流供电和工厂直流供电的双供电方案，通过电源转换控制板，为控制系统供电，提高系统可靠性及稳定性。
3）TSVG功率模块采用智能互取电技术，提高模块运行可靠性；在模块内部增加了一路直流母线取电DC/DC电源，给相邻模块控制、驱动电路供电。在模块内部电源出现故障的情况下，模块供电可自动切换由相邻模块内DC/DC电源供电，同时将该状态信息反馈给控制电路，控制电路通过光纤隔离将该状态信息上传至主控，实现自动、智能模块供电功能。该方案具有结构简单、可靠性高等特点，方案的实施可很好的解决传统SVG功率模块内部供电电源故障导致的设备故障停机问题。
二、软件可靠
1）强大的运算及数据处理能力
图1. 10KV及以下电压等级控制系统
图2. 35KV电压等级控制系统
主控板基于TI C6000系列高速工业级浮点DSP设计，具备高速浮点运算能力。子板卡配置了FPGA处理单元，使得系统具备很强的分布式计算能力，以适应越来越复杂的大型控制系统的需求。18对高达100Mbps 的背板高速差分信号(LVDS)通讯技术；高达3.125Gbps的SerDes高速串行通讯技术可支持多机箱的自由扩展，实现控制系统的响应时间及无功控制精度达到最优。
响应时间指标
无功控制精度指标
2）先进的直流母线电压控制技术
采取三级控制技术，第一级总体控制技术，使得模块总电压稳定在一个目标值上；第二级使用相间均压控制技术，使得一相内模块电压控制在一个目标值上；第三级使用相内均压技术，使得每个模块电压稳定在一个目标值上；通过三级控制技术，可以将每个模块电压稳定在一个目标值，避免了因直流母线过压或欠压导致SVG停机跳闸故障。
3）可靠的故障检测和处理系统
对于电网侧故障，采样通道采用高精度的霍尔、PT、CT保证系统电压、电流的采样准确可靠；A/D转换采用16位高精度A/D芯片提供高精度的转换结果；高速先进的FPGA对数据进行滤波和处理，使控制系统能够实时得到滤除干扰信号的系统电压电流的瞬时值及有效值；以DSP为核心的主控系统实时监测TSVG系统电压及电流的变化情况，根据不同故障的处理逻辑，精确快速的对系统进行保护，实现故障不误报、不漏报，在保护TSVG的前提下，最大限度提高挂网能力，持续改善电能质量。电网侧故障保护列表如下：
| 分类 | 名称 | 级别 | 判据 | 检测方法 | 处理方式 | 确认时间 | 检测周期 | 工况限制 | 复位方式 |
| 电网侧故障 | 电网电压偏高 | 告警 | 电网三相电压有效值 | 三相电压有效值大于额定值的110%(可设） | 不处理 | 30mS | 200us | 上电检测 | 自动复位 |
| 电网电压过高 | 故障 | 电网三相电压有效值 | 三相电压有效值大于额定值的120%(可设） | 分闸 | 根据FPGA有效值计算时间，约10ms | 200us | 故障消失后可手动复位 | ||
| 电网电压偏低 | 告警 | 电网三相电压有效值 | 三相电压有效值小于额定值的90%(可设） | 不处理 | 30mS | 200us | 自动复位 | ||
| 电网电压过低 | 故障 | 电网三相电压有效值 | 三相电压有效值大于额定值的40%(可设） | 分闸 | 根据FPGA有效值计算时间，约10ms | 200us | 故障消失后可手动复位 | ||
| 电网频率高 | 故障 | 电网频率 | 大于52Hz（可设） | 分闸 | 30mS | 200us | 故障消失后可手动复位 | ||
| 电网频率低 | 故障 | 电网频率 | 小于48Hz（可设） | 分闸 | 30mS | 200us | 故障消失后可手动复位 | ||
| 电网相序反 | 故障 | 电网相序计算结果 | 检测出的相序与期望值相反 | 分闸或不合闸 | 1mS | 200us | 故障消失后可手动复位 |
链节是SVG的最主要构成部分，对链节的准确可靠保护是保证SVG正常运行的关键，TSVG的链节保护系统对链节的重要组成部分通过FPGA实现快速保护，包括母线电容量故障、IGBT类故障、驱动故障以及电源故障。通过全面的保护，保证了链节运行的可靠性。链节故障列表如下
| 分类 | 名称 | 级别 | 判据 | 检测方法 | 处理方式 | 确认时间 | 检测周期 | 工况限制 | 复位方式 |
| 链节故障 | X链节旁路失败 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 |
| X链节母线欠压 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸/旁路 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| X链节母线过压告警 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸/旁路 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| X链节母线过压故障 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸/旁路 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| X链节过温 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸/旁路 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| X链节IGBT过流 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸/旁路 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| X链节IGBT驱动故障 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸/旁路 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| X链节自检失败 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸/旁路 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| X链节上行通讯故障 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸/旁路 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| X链节下行通讯故障 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸/旁路 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| X链节电源电压异常 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸/旁路 | 200us | 200us | 合闸后检测 | 故障消失后可手动复位 |
TSVG对自身的控制柜，软起柜以及换流链也进行了全面的故障检测和保护，保证系统能在发挥最大潜力为客户改善电能质量的前提下自身也能安全运行，SVG故障列表如下：
| 分类 | 名称 | 级别 | 判据 | 检测方法 | 处理方式 | 确认时间 | 检测周期 | 工况限制 | 复位方式 |
|
SVG故障 | 冷却风机接触器故障 | 故障 | 风机故障信号 | 数字量翻转 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 运行态检测 | 故障消失后可手动复位 |
| 冷却风机过热故障 | 故障 | 风机过热信号 | 数字量翻转 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 故障消失后可手动复位 | |
| 软起充电超时 | 故障 | 充电时间 | 充电时间大于16秒 | 分闸 | 16S | 主循环 | 合闸后运行前检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| 控制柜自检失败 | 故障 | 自检记时 | 自检有故障或超过30秒自检未完成 | 分闸 | 无 | 主循环 | 开机检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| 输出过流 | 故障 | 输出电流有效值 | 大于额定值130%(可设） |
| 根据FPGA有效值计算时间，约10ms | 200us | 不限 | 故障消失后可手动复位 | |
| 输出过载预警 | 告警 | 输出电流模值 | 大于额定值110% |
| 3分钟 | 主循环 | 运行态检测 | 自动复位 | |
| 输出过载故障 | 闭锁/故障 | 输出电流模值 | 120%~130% |
| 120%~130% 一分钟 | 主循环 | 运行态检测 | 故障消失后可手动复位 | |
| 光纤板通讯故障 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 手动复位 | |
| DI板通讯故障 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 手动复位 | |
| DO板通讯故障 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 手动复位 | |
| 模拟板通讯故障 | 故障 | FPGA上传数据 | 数据变化 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 手动复位 |
SVG对于系统的连接变压器、高压断路器柜、软起开关等也进行了全面的保护，保证整个SVG系统的安全运行，外部故障详细列表如下：
| 分类 | 名称 | 级别 | 判据 | 检测方法 | 处理方式 | 确认时间 | 检测周期 | 工况限制 | 复位方式 |
| 外部故障 | 环境温度异常告警（根据需求细化） | 告警 | 环境温度采样 | 超出容许范围 | 不处理 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 自动复位 |
| 变压器轻瓦斯告警 | 告警 | DI信号 | 电平翻转 | 不处理 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 自动复位 | |
| 变压器过温告警 | 告警 | DI信号 | 电平翻转 | 不处理 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 自动复位 | |
| 变压器压力告警 | 告警 | DI信号 | 电平翻转 | 不处理 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 自动复位 | |
| 变压器过温故障 | 故障 | DI信号 | 电平翻转 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 手动复位 | |
| 变压器重瓦斯故障 | 故障 | DI信号 | 电平翻转 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 手动复位 | |
| 变压器压力故障 | 故障 | DI信号 | 电平翻转 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 手动复位 | |
| 紧急跳闸操作 | 故障 | DI信号 | 电平翻转 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 不限 | 手动复位 | |
| 外部分闸 | 故障 | 高压断路器辅助触点 | 电平翻转 | 分闸 | FPGA滤波 | 主循环 | 运行后检测 | 手动复位 | |
| 高压断路器分闸失败 | 故障 | 高压断路器辅助触点 | 与预期电平不符 | 分闸 | 500mS | 主循环 | 分闸过程检测 | 手动复位 | |
| 启动开关合闸失败 | 故障 | 启动开关辅助触点 | 与预期电平不符 | 分闸 | 500mS | 主循环 | 合闸过程检测 | 手动复位 | |
| 启动开关分闸失败 | 故障 | 启动开关辅助触点 | 与预期电平不符 | 分闸 | 500mS | 主循环 | 分闸过程检测 | 手动复位 | |
| 连接电抗器过温 | 故障 | 温度采样 | 大于110度 | 分闸 | 10S | 主循环 | 不限 | 手动复位 |
三、设计可靠
特变电工TSVG针对链式SVG 装置直流侧各电容电压不平衡的问题，采用三级控制方式，第一级为全局平均直流电压控制，第二级为换流连相间直流电压平衡控制，第三级为相内直流电压平衡控制，可有效解决装置整体直流侧电压的稳定问题，解决各相之间直流侧电压不平衡问题，解决每相内部功率单元直流电压的不平衡问题。
采用基于TI公司6000系列DSP和Altera公司大容量FPGA，开发了SVG通用控制器平台，最多可以支持达100级功率单元串联。主控和辅助控制机箱使用高速串行总线，速度可达5GHz；辅助机箱和链节使用40M光纤通讯链路。
采用开机自诊断功能，提高准确检测及定位故障功能，可提高系统安全性、稳定性及故障排除的快速性。针对高压绝缘的结构及电气设计技术，根据35kV电压等级的电气安规绝缘要求，进行柜体模块的合理化布局设计，柜体绝缘子的选型设计，柜体绝缘材料的选型设计及布局，柜体电气件的选型及布局设计。
控制算法中采用国际先进的PR控制技术，可保证全功率段并网电流总谐波含量THD<3%，极大地改善全功率段的系统输出电能质量；采用两路系统供电冗余设计与自主专利的先进开机自检技术，大大提高了系统的可靠性；
采用模块化与完全前维护的结构设计，维护简单，提高设备维护效率。
产品除具有高的系统运行效率、可靠性、输出电能质量与优良的可维护性之外，还具备优良的内部空气温、湿度控制系统，可保证系统在恶劣的温、湿度环境下可靠、稳定运行。
责任编辑：solar_robot
