1 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化工業(yè)化進(jìn)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(jì)發(fā)展的突出問(wèn)題。能源危機(jī)的日益加劇以及人們環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，使得太陽(yáng)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(jì)、清潔的能源供應(yīng)體系奠定基礎(chǔ)。青海水電集團(tuán)格爾木一期20MW光伏電站按期并網(wǎng)發(fā)電成功，為省屬?lài)?guó)有企業(yè)投資建設(shè)新能源項(xiàng)目積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，也體現(xiàn)了省屬企業(yè)在積極推動(dòng)綠色發(fā)展方面的典型示范和積極帶頭作用。

2 現(xiàn)場(chǎng)概況

格爾木一期20MW光伏電站由青海水電集團(tuán)投資建設(shè)，該項(xiàng)目坐落于格爾木市光伏產(chǎn)業(yè)園區(qū)，占地約51萬(wàn)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(jí)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(gè)發(fā)電單元，安裝500千瓦逆變器40臺(tái)、35千伏1250千伏安升壓變壓器20臺(tái)、35千伏250千伏安站用變壓器2臺(tái)、35千伏高壓開(kāi)關(guān)柜10面、5兆乏動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置1套、35千伏送出線路780米，及相配套的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、光功率預(yù)測(cè)、通信、計(jì)量、計(jì)算機(jī)監(jiān)控等設(shè)備。電站設(shè)計(jì)年發(fā)電量3135萬(wàn)千瓦時(shí)，由信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)，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(kāi)工建設(shè)，2011年12月25日通過(guò)了由青海省發(fā)改委組織的項(xiàng)目竣工預(yù)驗(yàn)收，單位工程驗(yàn)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(fēng)光牌FGSVG-C5.0/10高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償

青海水利電力電集團(tuán)格爾木光伏電廠選用我公司FGSVG-C5.0/10高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電站進(jìn)行改善，以下是對(duì)新風(fēng)光FGSVG-C5.0/10高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的一些介紹。

3.1 無(wú)功發(fā)生器(FGSVG)特點(diǎn)

FGSVG以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)提高輸配電電網(wǎng)的功率因數(shù)、治理諧波、補(bǔ)償負(fù)序電流的迫切需要，具有以下特點(diǎn)：

●安裝、設(shè)定、調(diào)試簡(jiǎn)便。

●動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間小于1ms。

●在補(bǔ)償容量足夠前提下，輸出電流諧波（THD）≤3%。

●實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化，動(dòng)態(tài)連續(xù)平滑補(bǔ)償無(wú)功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，實(shí)時(shí)治理諧波，補(bǔ)償負(fù)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?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)，每相由多個(gè)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(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足系統(tǒng)高可靠性的需求。

●投切時(shí)無(wú)暫態(tài)沖擊，無(wú)合閘涌流，無(wú)電弧重燃，無(wú)需放電即可再投。

●保護(hù)功能齊全，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱等保護(hù)，運(yùn)行可靠性高。

●SVG設(shè)計(jì)與FC配合使用的接口，實(shí)現(xiàn)定補(bǔ)和動(dòng)補(bǔ)的有效結(jié)合，為用戶(hù)提供更經(jīng)濟(jì)，更靈活的補(bǔ)償方案。

●人機(jī)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(biāo)準(zhǔn)Modbus或用戶(hù)自定義等多種通訊協(xié)議。

●與系統(tǒng)連接時(shí)，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(guò)UPS后單獨(dú)給FGSVG供電的方式，即使控制電源掉電，也可保持正常運(yùn)行。

●可并聯(lián)安裝，極易擴(kuò)展容量。

3.2 無(wú)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(dāng)負(fù)載是純電阻特性時(shí)，電壓和電流相位相同；當(dāng)負(fù)載是（或含有）電感特性時(shí)，電壓相位超前電流相位；當(dāng)負(fù)載是（或含有）容性特性時(shí)，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(guò)變壓器或者電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?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(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?，如?所示。

表1    SVG運(yùn)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?zhǔn)侥孀兤魍負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，Y型連接，10kV裝置每相12個(gè)單元串聯(lián)組成，6kV裝置每相8個(gè)單元串聯(lián)組成，運(yùn)行方式為N＋１模式。圖2為10kV電壓等級(jí)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(jí)系統(tǒng)連接原理                  圖3    6KV電壓等級(jí)系統(tǒng)連接原理

圖4  FGSVG電氣原理圖

3.4 SVG與其他補(bǔ)償裝置相比的優(yōu)勢(shì)

●補(bǔ)償方式：電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)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(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，補(bǔ)償后的功率因素一般在0.98以上，這是目前國(guó)際上最先進(jìn)的電力技術(shù)；

●補(bǔ)償時(shí)間：其他無(wú)功補(bǔ)償裝置完成一次補(bǔ)償最快也要200毫秒的時(shí)間，SVG在5-20毫秒的時(shí)間就可以完成一次補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償需要在瞬時(shí)完成，補(bǔ)償時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成要無(wú)功時(shí)沒(méi)有，不要無(wú)功時(shí)有的不良狀況；

●有級(jí)無(wú)級(jí)：其他無(wú)功補(bǔ)償裝置基本上采用的是3—10級(jí)的有級(jí)補(bǔ)償，每增減一級(jí)就是幾十千乏，不能實(shí)現(xiàn)精確的補(bǔ)償。SVG可以從0.1千乏開(kāi)始進(jìn)行無(wú)級(jí)補(bǔ)償，完全實(shí)現(xiàn)了精確補(bǔ)償；

●諧波濾除：基他無(wú)功補(bǔ)償裝置因?yàn)椴捎玫氖请娙菔?，電容本身?huì)放大諧波，所以沒(méi)有諧波濾除，SVG基本不產(chǎn)生諧波更不會(huì)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(tuán)20MVA光伏電站SVG運(yùn)行情況分析

格爾木現(xiàn)場(chǎng)一次連線如圖5所示：

圖5  格爾木現(xiàn)場(chǎng)一次連線圖

本項(xiàng)目總裝機(jī)容量為20MWp，共裝設(shè)置500kW并網(wǎng)逆變器40臺(tái)，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(fēng)速：30m/s

電站為了能滿(mǎn)足正常運(yùn)行的需要采購(gòu)山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的5MVar動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置一臺(tái)，型號(hào)FGSVG-C5.0/10，經(jīng)過(guò)升壓10kV/35kV升壓變壓器后掛接現(xiàn)場(chǎng)的35kV電網(wǎng)。

FGSVG現(xiàn)場(chǎng)圖片（如圖6所示）：

圖6  FGSVG現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)后運(yùn)行正常，滿(mǎn)足了光伏電站對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償裝置的要求，也順利經(jīng)過(guò)了驗(yàn)收，該裝置具有以下的運(yùn)行特點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)合理，安裝簡(jiǎn)便。FGSVG采用模塊化結(jié)構(gòu)，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)配線少，調(diào)試簡(jiǎn)單，投產(chǎn)迅速。

（2）操作簡(jiǎn)單易于觀察

FGSVG控制面板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)通信功能可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)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(shí)際不投入SVG時(shí)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(wú)功使功率因數(shù)達(dá)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(mǎn)足了盡量多發(fā)電的要求，又滿(mǎn)足了電力系統(tǒng)對(duì)功率因數(shù)的要求。

（4）提高電網(wǎng)電能質(zhì)量

SVG對(duì)諧波具有濾除功能，現(xiàn)場(chǎng)投入SVG之后電網(wǎng)接入點(diǎn)電流諧波含量維持2%以下，SVG與普通的無(wú)功補(bǔ)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(duì)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(yùn)行效率高達(dá)99.97%，耗電極少，減少了電站自身用電損耗。

（6）滿(mǎn)足高原環(huán)境要求

格爾木現(xiàn)場(chǎng)海拔3000m左右，對(duì)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(mǎn)足高原環(huán)境下運(yùn)行的所有要求。

5 總結(jié)

FGSVG性能優(yōu)越，滿(mǎn)足高原地區(qū)光伏發(fā)電站對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的所有要求，投運(yùn)至今運(yùn)行穩(wěn)定具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

1、《FGSVG系列高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置用戶(hù)操作手冊(cè)（V1.0）》，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司

2、《靜止無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)》栗時(shí)平，劉桂英編著，中國(guó)電力出版社，2006