時間:2012-11-13 15:41:12來源:林法坤 任其廣
1 引言
隨著我國城鎮(zhèn)化工業(yè)化進程的不斷加快,能源供應(yīng)短缺和環(huán)境污染加劇已經(jīng)成為制約經(jīng)濟發(fā)展的突出問題。能源危機的日益加劇以及人們環(huán)保意識的逐漸加強,使得太陽能光伏產(chǎn)業(yè)得到迅速的發(fā)展,加快光伏發(fā)電應(yīng)用,有助于優(yōu)化能源供應(yīng)體系,為構(gòu)筑穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔的能源供應(yīng)體系奠定基礎(chǔ)。青海水電集團格爾木一期20MW光伏電站按期并網(wǎng)發(fā)電成功,為省屬國有企業(yè)投資建設(shè)新能源項目積累了寶貴經(jīng)驗,也體現(xiàn)了省屬企業(yè)在積極推動綠色發(fā)展方面的典型示范和積極帶頭作用。
2 現(xiàn)場概況
格爾木一期20MW光伏電站由青海水電集團投資建設(shè),該項目坐落于格爾木市光伏產(chǎn)業(yè)園區(qū),占地約51萬平方米,總投資約3.2億元,總發(fā)電容量20MW,接入系統(tǒng)電壓等級35千伏,采用平板固定式組件陣列,共安裝230瓦多晶硅電池板87080塊,分為20個發(fā)電單元,安裝500千瓦逆變器40臺、35千伏1250千伏安升壓變壓器20臺、35千伏250千伏安站用變壓器2臺、35千伏高壓開關(guān)柜10面、5兆乏動態(tài)無功補償裝置1套、35千伏送出線路780米,及相配套的繼電保護、自動裝置、光功率預(yù)測、通信、計量、計算機監(jiān)控等設(shè)備。電站設(shè)計年發(fā)電量3135萬千瓦時,由信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計研究院有限公司設(shè)計,江西賽維LDK光伏工程有限公司以EPC總承包方式建設(shè)。于2011年8月15日開工建設(shè),2011年12月25日通過了由青海省發(fā)改委組織的項目竣工預(yù)驗收,單位工程驗收合格率100%。
格爾木光伏電站外觀圖 電站光伏電池板照片
3 風光牌FGSVG-C5.0/10高壓動態(tài)無功補償
青海水利電力電集團格爾木光伏電廠選用我公司FGSVG-C5.0/10高壓動態(tài)無功補償對電站進行改善,以下是對新風光FGSVG-C5.0/10高壓動態(tài)無功補償裝置的一些介紹。
3.1 無功發(fā)生器(FGSVG)特點
FGSVG以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計目標,滿足用戶對提高輸配電電網(wǎng)的功率因數(shù)、治理諧波、補償負序電流的迫切需要,具有以下特點:
●安裝、設(shè)定、調(diào)試簡便。
●動態(tài)響應(yīng)速度快,響應(yīng)時間小于1ms。
●在補償容量足夠前提下,輸出電流諧波(THD)≤3%。
●實時跟蹤負荷變化,動態(tài)連續(xù)平滑補償無功功率,提高系統(tǒng)功率因數(shù),實時治理諧波,補償負序電流,提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。
●抑制電壓閃變,改善電壓質(zhì)量,穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。
●主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈式串聯(lián)結(jié)構(gòu),每相由多個功率單元組成,輸出是由PWM波形疊加而成階梯波,逼近正弦,經(jīng)輸出電抗濾波后正弦度好。
●SVG采用冗余性設(shè)計和模塊化設(shè)計,滿足系統(tǒng)高可靠性的需求。
●投切時無暫態(tài)沖擊,無合閘涌流,無電弧重燃,無需放電即可再投。
●保護功能齊全,具有過壓、欠壓、過流、過熱等保護,運行可靠性高。
●SVG設(shè)計與FC配合使用的接口,實現(xiàn)定補和動補的有效結(jié)合,為用戶提供更經(jīng)濟,更靈活的補償方案。
●人機界面友好顯示,設(shè)定方便。
●通訊采用RS232C、RS485等通訊接口,采用標準Modbus或用戶自定義等多種通訊協(xié)議。
●與系統(tǒng)連接時,不需要考慮交流系統(tǒng)相序,連接方便。
●控制電源采用220VAC經(jīng)過UPS后單獨給FGSVG供電的方式,即使控制電源掉電,也可保持正常運行。
●可并聯(lián)安裝,極易擴展容量。
3.2 無功發(fā)生器(FGSVG)原理
圖1 原理示意圖
在交流電路中,電壓和電流的相位有三種情況,當負載是純電阻特性時,電壓和電流相位相同;當負載是(或含有)電感特性時,電壓相位超前電流相位;當負載是(或含有)容性特性時,電壓相位滯后電流相位。如圖1所示,基本原理就是將自換相橋式電路通過變壓器或者電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上,適當?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流,實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康模绫?所示。
表1 SVG運行模式原理示意圖
3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
SVG的主電路采用鏈式逆變器拓撲結(jié)構(gòu),Y型連接,10kV裝置每相12個單元串聯(lián)組成,6kV裝置每相8個單元串聯(lián)組成,運行方式為N+1模式。圖2為10kV電壓等級系統(tǒng)連接原理,圖3為6kV裝置的系統(tǒng)連接原理,圖4為電氣原理示意圖。
圖2 10KV電壓等級系統(tǒng)連接原理 圖3 6KV電壓等級系統(tǒng)連接原理
圖4 FGSVG電氣原理圖
3.4 SVG與其他補償裝置相比的優(yōu)勢
●補償方式:電容器進行無功補償后的功率因素一般在0.8-0.9左右。SVG采用的是電源模塊進行無功補償,補償后的功率因素一般在0.98以上,這是目前國際上最先進的電力技術(shù);
●補償時間:其他無功補償裝置完成一次補償最快也要200毫秒的時間,SVG在5-20毫秒的時間就可以完成一次補償。無功補償需要在瞬時完成,補償時間過長會造成要無功時沒有,不要無功時有的不良狀況;
●有級無級:其他無功補償裝置基本上采用的是3—10級的有級補償,每增減一級就是幾十千乏,不能實現(xiàn)精確的補償。SVG可以從0.1千乏開始進行無級補償,完全實現(xiàn)了精確補償;
●諧波濾除:基他無功補償裝置因為采用的是電容式,電容本身會放大諧波,所以沒有諧波濾除,SVG基本不產(chǎn)生諧波更不會放大諧波,并且可以濾除50%以上的諧波。
4 青海水利水電集團20MVA光伏電站SVG運行情況分析
格爾木現(xiàn)場一次連線如圖5所示:
圖5 格爾木現(xiàn)場一次連線圖
本項目總裝機容量為20MWp,共裝設(shè)置500kW并網(wǎng)逆變器40臺,并網(wǎng)逆變器交流輸出電壓為0.3kV和0.27kV,經(jīng)升壓變壓器升壓至35kV,后經(jīng)匯集后送至中海洋110kV變電站35kV出線間隔。
環(huán)境條件:
多年極端最高氣溫35.5℃
多年極端最低氣溫-26.9℃
多年沙塵暴日數(shù)13.2天
海拔高度:2900m
最大風速:30m/s
電站為了能滿足正常運行的需要采購山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的5MVar動態(tài)無功補償裝置一臺,型號FGSVG-C5.0/10,經(jīng)過升壓10kV/35kV升壓變壓器后掛接現(xiàn)場的35kV電網(wǎng)。
FGSVG現(xiàn)場圖片(如圖6所示):
圖6 FGSVG現(xiàn)場圖片
升壓變壓器圖片(如圖7所示):
圖7 升壓變壓器圖片
FGSVG投運后運行正常,滿足了光伏電站對于無功補償裝置的要求,也順利經(jīng)過了驗收,該裝置具有以下的運行特點:
(1)設(shè)計合理,安裝簡便。FGSVG采用模塊化結(jié)構(gòu),安裝維護簡單,現(xiàn)場配線少,調(diào)試簡單,投產(chǎn)迅速。
(2)操作簡單易于觀察
FGSVG控制面板結(jié)構(gòu)簡潔,操作簡單,標準通信功能可以實現(xiàn)與上位機系統(tǒng)的互聯(lián),狀態(tài)顯示全面,功能設(shè)置方便。
(3)功率因數(shù)穩(wěn)定且可設(shè)置
光伏電站并網(wǎng)要求功率因數(shù)0.95~0.99之間,實際不投入SVG時并網(wǎng)功率因數(shù)大約為1,為了維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定,SVG發(fā)送部分感性無功使功率因數(shù)達到要求。格爾木光伏電站投入SVG之后功率因數(shù)一直穩(wěn)定在0.98~0.99之間,既滿足了盡量多發(fā)電的要求,又滿足了電力系統(tǒng)對功率因數(shù)的要求。
(4)提高電網(wǎng)電能質(zhì)量
SVG對諧波具有濾除功能,現(xiàn)場投入SVG之后電網(wǎng)接入點電流諧波含量維持2%以下,SVG與普通的無功補償裝置相比具有極快的響應(yīng)速度,F(xiàn)GSVG響應(yīng)速度小于5ms,對于電網(wǎng)電壓的跌落和閃變具有一定抑制作用并網(wǎng)波形(如圖8所示):
圖8 改善電網(wǎng)電能質(zhì)量
響應(yīng)速度波形(如圖9所示):
圖9 響應(yīng)速度波形
(5)能耗情況
FGSVG運行效率高達99.97%,耗電極少,減少了電站自身用電損耗。
(6)滿足高原環(huán)境要求
格爾木現(xiàn)場海拔3000m左右,對裝置的絕緣耐壓和散熱都有較高要求,應(yīng)用表明FGSVG完全滿足高原環(huán)境下運行的所有要求。
5 總結(jié)
FGSVG性能優(yōu)越,滿足高原地區(qū)光伏發(fā)電站對無功補償裝置的所有要求,投運至今運行穩(wěn)定具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。
參考文獻
1、《FGSVG系列高壓動態(tài)無功補償裝置用戶操作手冊(V1.0)》,山東新風光電子科技發(fā)展有限公司
2、《靜止無功功率補償技術(shù)》栗時平,劉桂英編著,中國電力出版社,2006
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