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解決方案
新風光35kV直掛式SVG裝置在光伏電站的應用
1項目概述
振發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，北距紅沙崗鎮約2.5公里，西側緊靠212省道。進站道路由站址2012省道向東引接，長約200m。
該光伏電站總發電容量50MWp，接入系統電壓等級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、計算機監控等設備。電站設計年發電量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的FGSVG-C12.0/35高壓動態無功補償裝置，對電站電網質量進行改善。
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新風光FGSVG-C12.0/35高壓動態無功補償
以下對新風光FGSVG-C12.0/35高壓動態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總容量為12
Mvar，可以動態輸出12
Mvar的感性或容性無功，通過對35kV目標側的無功檢測，動態補償系統無功，諧波治理，達到對電壓和功率因數的控制。
新風光FGSVG-C12.0/35技術指標如表1所示。
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的功率因數、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、調試、設定方便。
（2）動態響應速度快，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，動態連續平滑補償無功功率，提高系統的功率因數，實時治理諧波，補償負序電流，提高電網供電質量。
（6）抑制電壓閃變，改善電壓質量，穩定系統電壓。
（7）FGSVG電路參數精心設計，發熱量小，效率高，運行成本低。
（8）設備結構緊湊，占地面積小。
（9）主電路采用IGBT組成的H橋功率單元串聯結構，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、以太網等接口，采用標準MODBUS通訊協議。除具有實時數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、單元狀態監控、系統信息查詢、歷史故障查詢等功能外，還具有送電后系統自檢、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，實現定補和動補的有效結合，為用戶提供更經濟、更靈活的方案。
（15）投切時無暫態沖擊，無合閘涌流，無電弧重燃，無需放電即可再投。
（16）與系統連接時，不需要考慮交流系統相序，連接方便。
（17）可并聯安裝，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的要求。
2.3系統結構
FGSVG系列產品的主電路采用鏈式拓撲結構，模塊化的結構設計，采用星型連接，每相20功率單元串聯，星型接法的結構示意圖如圖1所示。
控制柜與功率柜信號通過光纖進行隔離控制，實現了高低壓的可靠隔離。FGSVG系列產品系統對結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，極大節省了用戶設備空間，減少了投資。
FGSVG系列產品主要分為三部分：控制柜、功率柜、電抗器柜。其中功率柜實現了統一設計，方便產品的擴展及穩定性。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。
公司自主研發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位數字信號處理器DSP、大規模可編程邏輯器件CPLD/FPGA協同運算來實現。精心設計的算法可以保證FGSVG達到較優的運行性能。控制器采用大規模集成電路和表面焊接技術，使系統具有極高的可靠性。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，運用標準化作業程序執行管制，與國際標準同步，保證了其金牌品質。
2.3.2 功率柜
功率柜主要由功率單元組成，構成了FGSVG無功補償的主體。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（德國創始普PHD型耐高溫聚丙烯基膜），為產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、驅動觸發異常、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。
功率單元結構上完全一致，模塊化的結構設計，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逆變橋實現正弦PWM控制，可得到如圖4所示的單元輸出波形。
單元鏈接后三相之間進行星型連接并通過電抗接入電網，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。
FGSVG系列產品采用了先進的數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，串聯后又經過輸出電抗器濾波，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，在輸出側無需再增加輸出濾波器。
2.3.3
電抗器柜
FGSVG系列產品通過電抗器L接入電網，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，節省了開支。
2.4
FGSVG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，并于右側設定目標值，目標值可隨時更改，更改后可根據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通信協議及CDT-91循環規約。FGSVG并聯運行，依托成熟的通訊模式使用光纖通訊，保證并聯運行裝置的安全、可靠運行，提升從機的跟蹤速度，實現大容量FGSVG的并網要求。
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，方便現場調試人員對通信數據通道及數據進行測試（如圖6所示）。
“調試項選擇”中依次選擇要調試的內容，由數據輸入框設定數值，若地址對應則上位機顯示相應數據/狀態或FGSVG接受控制信號。如圖6中選擇遙信量，則設置遙信調試數據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，若通訊正常且上位機地址正確則正確顯示該狀態，說明調試成功。其它項做類似調試。
3現場應用情況
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。
光伏電站政策電價每年都在遞減，現場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，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、35千伏側各光伏支路充電測試、FGSVG并網投入運行測試等等。
FGSVG通過安裝在110kV側的PT、CT裝置，檢測并網點的電壓、電流，可以實現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控制。根據調度要求，現場采用恒考核點功率因數控制模式。FGSVG一次并網投運正常，光伏電站經過24小時的試運行之后，電站歸調，轉入正式運行，完成了元旦前并網投運的目標。滿足了光伏電站對于無功補償裝置的要求，也順利經過了驗收。
民勤紅沙崗50MW光伏電站投入SVG 之后功率因數一直穩定在0.98~0.99 之間，既滿足了盡量多發電的要求，又滿足了電力系統對功率因數的要求。
SVG 對諧波具有濾除功能，現場投入SVG
之后電網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，FGSVG
響應速度小于5ms，對于電網電壓的跌落和閃變具有一定抑制作用并網波形（如圖8所示）：
響應速度波形（如圖9所示）：
4結論
經過兩年多來的運行表明，FGSVG無功補償裝置在民勤紅沙崗光伏電站工作穩定可靠，自動化程度高，改善了電網質量，達到了預期效果，該項工程得到甘肅電網公司的高度認可。與現有的其他無功補償設備相比，優越性非常明顯，在光伏電站上具有很好地推廣應用價值。
