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