高压动态无功补偿装置在光伏电站中的应用与分析.doc

高压动态无功补偿装置在光伏电站中的应用与分析 The Application and Analysis of SVG in Photovoltaic Plant 山东新风光电子科技发展有限公司 林法坤 任其广 Lin Fakun Ren Qiguang摘 要：本文介绍了山东新风光电子科技发展有限公司一台5MVar 动态无功补偿装置（型号为FGSVG-C5.0/10），在青海水利水电集团投资建设的格尔木一期20MW光伏电站中的应用情况，高压动态无功补偿发生装置的现场应用情况表明，光伏发电行业采用动态无功补偿发生装置具有很高的经济效益和社会效益。关键词：光伏电站 SVG 电网质量Abstract: The application and analysis of SVG in photovoltaic plant：This paper introduced the application of SVG (Model: FGSVG-C5.0/10)manufactured by shandong windsun electronics science & technology CO.,LTD. in Geermu one-stage 20MW photovoltaic plant of Qinghai Hydropower (Group) Co., Ltd . The application showed that using SVG will produced high economic benefits and high social benefits in solar power trade.Key words: PV power station SVG The quality of the grid1引言 随着我国城镇化工业化进程的不断加快，能源供应短缺和环境污染加剧已经成为制约经济发展的突出问题。能源危机的日益加剧以及人们环保意识的逐渐加强，使得太阳能光伏产业得到迅速的发展，加快光伏发电应用，有助于优化能源供应体系，为构筑稳定、经济、清洁的能源供应体系奠定基础。青海水电集团格尔木一期20MW光伏电站按期并网发电成功，为省属国有企业投资建设新能源项目积累了宝贵经验，也体现了省属企业在积极推动绿色发展方面的典型示范和积极带头作用。2 现场概况格尔木一期20MW光伏电站由青海水电集团投资建设，该项目坐落于格尔木市光伏产业园区，占地约51万平方米，总投资约3.2亿元，总发电容量20MW，接入系统电压等级35千伏，采用平板固定式组件阵列，共安装230瓦多晶硅电池板87080块，分为20个发电单元，安装500千瓦逆变器40台、35千伏1250千伏安升压变压器20台、35千伏250千伏安站用变压器2台、35千伏高压开关柜10面、5兆乏动态无功补偿装置1套、35千伏送出线路780米，及相配套的继电保护、自动装置、光功率预测、通信、计量、计算机监控等设备。电站设计年发电量3135万千瓦时，由信息产业电子第十一设计研究院有限公司设计，江西赛维LDK光伏工程有限公司以EPC总承包方式建设。于2011年8月15日开工建设，2011年12月25日通过了由青海省发改委组织的项目竣工预验收，单位工程验收合格率100%。 格尔木光伏电站外观图 电站光伏电池板照片 3 风光牌FGSVG-C5.0/10高压动态无功补偿青海水利电力电集团格尔木光伏电厂选用我公司FGSVG-C5.0/10高压动态无功补偿对电站进行改善，以下是对新风光FGSVG-C5.0/10高压动态无功补偿装置的一些介绍。3.1 无功发生器(FGSVG)特点FGSVG以高可靠性、易操作、高性能为设计目标，满足用户对提高输配电电网的功率因数、治理谐波、补偿负序电流的迫切需要，具有以下特点： 安装、设定、调试简便。 动态响应速度快，响应时间小于1ms。 在补偿容量足够前提下，输出电流谐波（THD）3%。 实时跟踪负荷变化，动态连续平滑补偿无功功率，提高系统功率因数，实时治理谐波，补偿负序电流，提高电网供电质量。 抑制电压闪变，改善电压质量，稳定系统电压。 主电路采用IGBT组成的H桥功率单元链式串联结构，每相由多个功率单元组成，输出是由PWM波形叠加而成阶梯波，逼近正弦，经输出电抗滤波后正弦度好。 SVG采用冗余性设计和模块化设计，满足系统高可靠性的需求。 投切时无暂态冲击，无合闸涌流，无电弧重燃，无需放电即可再投。 保护功能齐全，具有过压、欠压、过流、过热等保护，运行可靠性高。 SVG设计与FC配合使用的接口，实现定补和动补的有效结合，为用户提供更经济，更灵活的补偿方案。 人机界面友好显示，设定方便。 通讯采用RS232C、RS485等通讯接口，采用标准Modbus或用户自定义等多种通讯协议。 与系统连接时，不需要考虑交流系统相序，连接方便。 控制电源采用220VAC经过UPS后单独给FGSVG供电的方式，即使控制电源掉电，也可保持正常运行。 可并联安装，极易扩展容量。3.2无功发生器(FGSVG)原理 图1 原理示意图 在交流电路中，电压和电流的相位有三种情况，当负载是纯电阻特性时，电压和电流相位相同；当负载是（或含有）电感特性时，电压相位超前电流相位；当负载是（或含有）容性特性时，电压相位滞后电流相位。如图1所示，基本原理就是将自换相桥式电路通过变压器或者电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的，如表1所示。 表1 SVG运行模式原理示意图运行模式波形相位说明空载运行模式如果则Ils=0，FGSVG没有补偿效果感性运行模式如果，则Ils为滞后电流。则FGSVG可等效为连续可调的电感。容性运行模式如果，则Ils为超前电流。则FGSVG可等效为连续可调的电容3.3系统结构SVG的主电路采用链式逆变器拓扑结构，Y型连接，10kV装置每相12个单元串联组成，6kV装置每相8个单元串联组成，运行方式为N模式。图2为10kV电压等级系统连接原理，图3为6kV装置的系统连接原理，图4为电气原理示意图。图3 6KV电压等级系统连接原理图2 10KV电压等级系统连接原理 图4 FGSVG电气原理图3.4SVG与其他补偿装置相比的优势 补偿方式：电容器进行无功补偿后的功率因素一般在0.8-0.9左右。SVG采用的是电源模块进行无功补偿，补偿后的功率因素一般在0.98以上，这是目前国际上最先进的电力技术； 补偿时间： 其他无功补偿装置完成一次补偿最快也要200毫秒的时间，SVG在5-20毫秒的时间就可以完成一次补偿。无功补偿需要在瞬时完成，补偿时间过长会造成要无功时没有，不要无功时有的不良状况； 有级无级： 其他无功补偿装置基本上采用的是310级的有级补偿，每增减一级就是几十千乏，不能实现精确的补偿。SVG可以从0.1千乏开始进行无级补偿，完全实现了精确补偿； 谐波滤除： 基他无功补偿装置因为采用的是电容式，电容本身会放大谐波，所以没有谐波滤除，SVG基本不产生谐波更不会放大谐波，并且可以滤除50%以上的谐波。4 青海水利水电集团20MVA 光伏电站SVG 运行情况分析格尔木现场一次连线如图5所示：图5 格尔木现场一次连线图本项目总装机容量为20MWp，共装设置500kW 并网逆变器40台，并网逆变器交流输出电压为0.3kV和0.27kV，经升压变压器升压至35kV，后经汇集后送至中海洋110kV变电站35kV 出线间隔。环境条件：多年极端最高气温 35.5多年极端最低气温 -26.9多年沙尘暴日数 13.2 天海拔高度： 2900 m最大风速： 30 m/s电站为了能满足正常运行的需要采购山东新风光电子科技发展有限公司生产的5MVar 动态无功补偿装置一台，型号FGSVG-C5.0/10，经过升压10kV/35kV 升压变压器后挂接现场的35kV 电网。FGSVG现场图片（如图6所示）：图6 FGSVG现场图片升压变压器图片（如图7所示）： 图7 升压变压器图片FGSVG 投运后运行正常，满足了光伏电站对于无功补偿装置的要求，也顺利经过了验收，该装置具有以下的运行特点：（1） 设计合理，安装简便。FGSVG 采用模块化结构，安装维护简单，现场配线少，调试简单，投产迅速。（2） 操作简单易于观察FGSVG 控制面板结构简洁，操作简单，标准通信功能可以实现与上位机系统的互联，状态显示全面，功能设置方便。（3） 功率因数稳定且可设置光伏电站并网要求功率因数0.950.99 之间，实际不投入SVG 时并网功率因数大约为1，为了维持电力系统的稳定，SVG 发送部分感性无功使功率因数达到要求。格尔木光伏电站投入SVG 之后功率因数一直稳定在0.980.99 之间，既满足了尽量多发电的要求，又满足了电力系统对功率因数的要求。（4） 提高电网电能质量SVG 对谐波具有滤除功能，现场投入SVG 之后电网接入点电流谐波含量维持2%以下，SVG 与普通的无功补偿装置相比具有极快的响应速度，FGSVG 响应速度小于5ms，对于电网电压的跌落和闪变具有一定抑制作用并网波形（如图8所示）：图8 改善电网电能质量响应速度波形（如图9所示）：图9 响应速度波形（5） 能耗情况FGSVG 运行效率高达99.97%，耗电极少，减少了电站自身用电损耗。（6） 满足高原环境要求格尔木现场海拔3000m 左右，对装置的绝缘耐压和散热都有较高要求，应用表明FGSVG 完全满足高原环境下运行的所有要求。5总结FGSVG 性能优越，满足高原地区光伏发电站对无功补偿装