1、項目概述

振發(fā)新能源國能民勤紅沙崗50MW光伏電站位于甘肅省武威市民勤縣，電站東南距離民勤縣約67.5公里，北距紅沙崗鎮(zhèn)約2.5公里，西側(cè)緊靠212省道。進站道路由站址2012省道向東引接，長約200m。

該光伏電站總發(fā)電容量50MWp，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235瓦多晶硅電池板212784塊，安裝逆變器、35千伏升壓變壓器，及相配套的繼電保護、自動裝置、光功率預測、通信、計量、計算機監(jiān)控等設備。電站設計年發(fā)電量7747.4萬千瓦時。該光伏電站選用新風光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的FGSVG-C12.0/35高壓動態(tài)無功補償裝置，對電站電網(wǎng)質(zhì)量進行改善。

2、新風光FGSVG-C12.0/35高壓動態(tài)無功補償

以下對新風光FGSVG-C12.0/35高壓動態(tài)無功補償裝置做一些介紹。

2.1新風光FGSVG-C12.0/35技術指標

民勤紅沙崗50MW光伏電站無功補償裝置FGSVG-C12.0/35總?cè)萘繛?2Mvar，可以動態(tài)輸出12Mvar的感性或容性無功，通過對35kV目標側(cè)的無功檢測，動態(tài)補償系統(tǒng)無功，諧波治理，達到對電壓和功率因數(shù)的控制。

新風光FGSVG-C12.0/35技術指標如表1所示。

2.2新風光FGSVG-C12.0/35高壓動態(tài)無功補償裝置的特點

FGSVG以高可靠性、易操作、高性能為設計目標，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：

（1）模塊化設計，安裝、調(diào)試、設定方便。

（2）動態(tài)響應速度快，響應時間≤5ms。

（3）在補償容量足夠的前提下，輸出電流諧波(THD)≤3%.

（4）多種運行模式極大的滿足用戶需求，運行模式有：恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數(shù)模式、恒考核點電壓模式、恒考核點無功功率模式2,目標值可實時更改。

（5）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)的功率因數(shù)，實時治理諧波，補償負序電流，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

（6）抑制電壓閃變，改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。

（7）FGSVG電路參數(shù)精心設計，發(fā)熱量小，效率高，運行成本低。

（8）設備結(jié)構緊湊，占地面積小。

（9）主電路采用IGBT組成的H橋功率單元串聯(lián)結(jié)構，每組由多個相同的功率單元組成，整機輸出由PWM波形疊加而成的階梯波，逼近正弦，經(jīng)輸出電抗器濾波后正弦度好。

（10）FGSVG采用冗余性設計和模塊化設計，滿足系統(tǒng)高可靠性的要求。

（11）功率電路模塊化設計，維護簡單，互換性好。

（12）保護功能齊全，具有過壓、欠壓、過流、光纖通訊故障、單元過熱、不均壓等保護，并能實現(xiàn)故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點，易維護，運行可靠性高。

（13）人機界面友好顯示，對外通訊提供了RS485、以太網(wǎng)等接口，采用標準MODBUS通訊協(xié)議。除具有實時數(shù)字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)信息查詢、歷史故障查詢等功能外，還具有送電后系統(tǒng)自檢、一鍵開停機、分時控制、示波器（AD通道強制錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

（14）FGSVG設計包含與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、更靈活的方案。

（15）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。

（16）與系統(tǒng)連接時，不需要考慮交流系統(tǒng)相序，連接方便。

（17）可并聯(lián)安裝，極易擴展容量。并機運行使用光纖通訊，通訊速度快，能夠完好的滿足實時補償?shù)囊蟆?/p>

2.3系統(tǒng)結(jié)構

FGSVG系列產(chǎn)品的主電路采用鏈式拓撲結(jié)構，模塊化的結(jié)構設計，采用星型連接，每相20功率單元串聯(lián)，星型接法的結(jié)構示意圖如圖1所示。

圖1FGSVG電氣結(jié)構示意圖

控制柜與功率柜信號通過光纖進行隔離控制，實現(xiàn)了高低壓的可靠隔離。FGSVG系列產(chǎn)品系統(tǒng)對結(jié)構上做出了極大的改進處理，使維護更方便。控制柜進行了嚴格的抗干擾處理，保障控制系統(tǒng)不受高壓主回路的影響。功率單元的改善使得功率柜占地面積更小，極大節(jié)省了用戶設備空間，減少了投資。

FGSVG系列產(chǎn)品主要分為三部分：控制柜、功率柜、電抗器柜。其中功率柜實現(xiàn)了統(tǒng)一設計，方便產(chǎn)品的擴展及穩(wěn)定性。各電壓等級的裝置由控制柜、功率柜及電抗器柜（或空心電抗）組成。各柜體中主要器件及作用如表2所示。

2.3.1控制柜

主回路部分由隔離開關QS1，斷路器QF，緩沖電阻R及狀態(tài)檢測器件等多個部分組成，如圖2所示。

圖2控制柜中主回路圖

自主研發(fā)的主控箱系標準機箱，通過了GB/T17626系列國標要求的嚴格EMC（電磁兼容性）認證，又通過溫度沖擊及振動試驗的處理，具有極高的可靠性。

主控箱中控制核心由高速32位數(shù)字信號處理器DSP、大規(guī)模可編程邏輯器件CPLD/FPGA協(xié)同運算來實現(xiàn)。精心設計的算法可以保證FGSVG達到最優(yōu)的運行性能。控制器采用大規(guī)模集成電路和表面焊接技術，使系統(tǒng)具有極高的可靠性。采用國際知名品牌西門子PLC，增強了系統(tǒng)的靈活性。

人性化操作界面如圖3所示，柜門上安放緊急停止按鈕，方便用戶在緊急情況下操作。選用知名品牌威綸通HMI，采用世界先進的儀器設備，運用標準化作業(yè)程序執(zhí)行管制，與國際標準同步，保證了其金牌品質(zhì)。

圖3FGSVG人機界面

2.3.2功率柜

功率柜主要由功率單元組成，構成了FGSVG無功補償?shù)闹黧w。功率單元分三相安裝，每相單元20個，單元輸出波形疊加成整機輸出波形。每個功率單元都承受全部的輸出電流、1/20的相電壓、1/60的輸出功率。單元模塊工作時會產(chǎn)生部分熱量，由柜頂或后柜門設計的風機強制散熱。

直流電容精心選用知名品牌的薄膜電容，采用金屬化聚丙烯薄膜（德國創(chuàng)始普PHD型耐高溫聚丙烯基膜），為產(chǎn)品可靠性提供了有力保障。

每個功率單元均具有完善的保護功能（過流、過壓、過溫、驅(qū)動觸發(fā)異常、通訊異常等），控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能。

功率單元結(jié)構上完全一致，模塊化的結(jié)構設計，使得功率單元可以任意互換，單元的外部接口只有兩個或四個輸出端子及兩個光纖插口，這使得維護和檢修更簡單。每個單元通過IGBT逆變橋?qū)崿F(xiàn)正弦PWM控制，可得到如圖4所示的單元輸出波形。

圖4單元輸出波形

單元鏈接后三相之間進行星型連接并通過電抗接入電網(wǎng)，通過對每個單元的PWM波形的疊加，可得到逼近正弦的階梯PWM波形，如圖5所示為星型連接的單相波形。

圖5單元輸出疊加后的波形圖

FGSVG系列產(chǎn)品采用了先進的數(shù)字化標準載波移相技術，它的特點是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消，串聯(lián)后又經(jīng)過輸出電抗器濾波，總輸出波形正弦度好，dv/dt小，諧波成分含量小，可減少對電纜的絕緣損壞，在輸出側(cè)無需再增加輸出濾波器。

2.3.3電抗器柜

FGSVG系列產(chǎn)品通過電抗器L接入電網(wǎng)，電流波形正弦度更好。電抗器平波的同時，也抑制了SVG的諧波使其輸出的電流諧波符合國家標準。電抗器柜的單獨設計利于用戶對空間的更高使用率，極大程度的緩解了空間對該設備的使用限制，一定程度上減少了用戶對設備間的投資，節(jié)省了開支。

2.4FGSVG運行方式

運行方式包含了五種：恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數(shù)模式、恒考核點電壓模式、恒考核點無功功率模式2。由下拉框選定，并于右側(cè)設定目標值，目標值可隨時更改，更改后可根據(jù)檢測值檢查補償效果。如表3所示，對“運行方式”進行了詳細說明。

為與上位機建立通訊，本裝置采用標準的MODBUS_RTU通信協(xié)議及CDT-91循環(huán)規(guī)約。FGSVG并聯(lián)運行，依托成熟的通訊模式使用光纖通訊，保證并聯(lián)運行裝置的安全、可靠運行，提升從機的跟蹤速度，實現(xiàn)大容量FGSVG的并網(wǎng)要求。

柜門人機界面還提供了裝置未上高壓時，通訊信息的遙信遙測驗證功能，方便現(xiàn)場調(diào)試人員對通信數(shù)據(jù)通道及數(shù)據(jù)進行測試（如圖6所示）。

圖6“四遙”測試界面

“調(diào)試項選擇”中依次選擇要調(diào)試的內(nèi)容，由數(shù)據(jù)輸入框設定數(shù)值，若地址對應則上位機顯示相應數(shù)據(jù)/狀態(tài)或FGSVG接受控制信號。如圖6中選擇遙信量，則設置遙信調(diào)試數(shù)據(jù)的值對遙信量進行變化，界面中間“遙信欄”顯示目前設定的狀態(tài)，若通訊正常且上位機地址正確則正確顯示該狀態(tài)，說明調(diào)試成功。其它項做類似調(diào)試。

3、現(xiàn)場應用情況

民勤紅沙崗50MW光伏電站匯集升壓站的一次接線如圖7所示。

圖7光伏電站匯集升壓站的一次接線圖

光伏電站政策電價每年都在遞減，現(xiàn)場50兆瓦光伏電站在2013年年底建成，并在2013年12月29日開始啟動投運并網(wǎng)，先后進行了110千伏線路充電、110千伏刀閘斷路器等開關合斷測試、主變充電測試、35千伏側(cè)各光伏支路充電測試、FGSVG并網(wǎng)投入運行測試等等。

FGSVG通過安裝在110kV側(cè)的PT、CT裝置，檢測并網(wǎng)點的電壓、電流，可以實現(xiàn)恒裝置無功功率控制、恒考點電壓控制、恒考核點無功功率控制以及恒考核點功率因數(shù)控制。根據(jù)調(diào)度要求，現(xiàn)場采用恒考核點功率因數(shù)控制模式。FGSVG一次并網(wǎng)投運正常，光伏電站經(jīng)過24小時的試運行之后，電站歸調(diào)，轉(zhuǎn)入正式運行，完成了元旦前并網(wǎng)投運的目標。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。

民勤紅沙崗50MW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。

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速度，F(xiàn)GSVG響應速度小于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

響應速度波形（如圖9所示）：

圖9響應速度波形

4、結(jié)論

經(jīng)過兩年多來的運行表明，F(xiàn)GSVG無功補償裝置在民勤紅沙崗光伏電站工作穩(wěn)定可靠，自動化程度高，改善了電網(wǎng)質(zhì)量，達到了預期效果，該項工程得到甘肅電網(wǎng)公司的高度認可。與現(xiàn)有的其他無功補償設備相比，優(yōu)越性非常明顯，在光伏電站上具有很好地推廣應用價值。

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