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高壓動態無功補償裝置在光伏電站中的應用與分析

發布時間:2020-04-14 作者:新風光

1引言

隨著我國城鎮化工業化進程的不斷加快,能源供應短缺和環境污染加劇已經成為制約經濟發展的突出問題。能源危機的日益加劇以及人們環保意識的逐漸加強,使得太陽能光伏產業得到迅速的發展,加快光伏發電應用,有助于優化能源供應體系,為構筑穩定、經濟、清潔的能源供應體系奠定基礎。青海水電集團格爾木一期20MW光伏電站按期并網發電成功,為省屬國有企業投資建設新能源項目積累了寶貴經驗,也體現了省屬企業在積極推動綠色發展方面的典型示范和積極帶頭作用。
2 現場概況

格爾木一期20MW光伏電站由青海水電集團投資建設,該項目坐落于格爾木市光伏產業園區,占地約51萬平方米,總投資約3.2億元,總發電容量20MW,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230瓦多晶硅電池板87080塊,分為20個發電單元,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、35千伏高壓開關柜10面、5兆乏動態無功補償裝置1套、35千伏送出線路780米,及相配套的繼電保護、自動裝置、光功率預測、通信、計量、計算機監控等設備。電站設計年發電量3135萬千瓦時,由信息產業電子第十一設計研究院有限公司設計,江西賽維LDK光伏工程有限公司以EPC總承包方式建設。于2011年8月15日開工建設,2011年12月25日通過了由青海省發改委組織的項目竣工預驗收,單位工程驗收合格率100%。

3 風光牌FGSVG-C5.0/10高壓動態無功補償

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高壓動態無功補償裝置的一些介紹。
3.1 無功發生器(FGSVG)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:
● 安裝、設定、調試簡便。
● 動態響應速度快,響應時間小于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,動態連續平滑補償無功功率,提高系統功率因數,實時治理諧波,補償負序電流,提高電網供電質量。
● 抑制電壓閃變,改善電壓質量,穩定系統電壓。
● 主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈式串聯結構,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,經輸出電抗濾波后正弦度好。
● SVG采用冗余性設計和模塊化設計,滿足系統高可靠性的需求。
● 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。
● 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設計與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,更靈活的補償方案。
● 人機界面友好顯示,設定方便。
● 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議。
● 與系統連接時,不需要考慮交流系統相序,連接方便。
● 控制電源采用220VAC經過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。
● 可并聯安裝,極易擴展容量。
3.2無功發生器(FGSVG)原理

 

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在電網上,適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其交流側電流就可以使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流,實現動態無功補償的目的,如表1所示。

3.3系統結構
SVG的主電路采用鏈式逆變器拓撲結構,Y型連接,10kV裝置每相12個單元串聯組成,6kV裝置每相8個單元串聯組成,運行方式為N+1模式。圖2為10kV電壓等級系統連接原理,圖3為6kV裝置的系統連接原理,圖4為電氣原理示意圖。

 


 

3.4SVG與其他補償裝置相比的優勢
● 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;
● 補償時間: 其他無功補償裝置完成一次補償時間大于等于200毫秒,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
格爾木現場一次連線如圖5所示:

本項目總裝機容量為20MWp,共裝設置500kW 并網逆變器40臺,并網逆變器交流輸出電壓為0.3kV和0.27kV,經升壓變壓器升壓至35kV,后經匯集后送至中海洋110kV變電站35kV 出線間隔。
環境條件:
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 13.2 天
海拔高度: 2900 m
最大風速: 30 m/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展有限公司生產的5MVar 動態無功補償裝置一臺,型號FGSVG-C5.0/10,經過升壓10kV/35kV 升壓變壓器后掛接現場的35kV 電網。
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,也順利經過了驗收,該裝置具有以下的運行特點:
(1) 設計合理,安裝簡便。FGSVG 采用模塊化結構,安裝維護簡單,現場配線少,調試簡單,投產迅速。
(2) 操作簡單易于觀察
FGSVG 控制面板結構簡潔,操作簡單,標準通信功能可以實現與上位機系統的互聯,狀態顯示全面,功能設置方便。

(3) 功率因數穩定且可設置
光伏電站并網要求功率因數0.95~0.99 之間,實際不投入SVG 時并網功率因數大約為1,為了維持電力系統的穩定,SVG 發送部分感性無功使功率因數達到要求。格爾木光伏電站投入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。
(4) 提高電網電能質量
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6所示):

兴发老虎机  響應速度波形(如圖7所示):

(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) 滿足高原環境要求
格爾木現場海拔3000m 左右,對裝置的絕緣耐壓和散熱都有較高要求,應用表明FGSVG 完全滿足高原環境下運行的所有要求。
5總結

FGSVG 性能優越,滿足高原地區光伏發電站對無功補償裝置的所有要求,投運至今運行穩定具有較高的經濟效益和社會效益。

 

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