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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，北距紅沙崗鎮約2.5公里，西側緊靠212省道。進(jìn)站道路由站址2012省道向東引接，長(cháng)約200m。

該光伏電站總發(fā)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(dòng)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(fā)電量7747.4萬(wàn)千瓦時(shí)。該光伏電站選用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的FGSVG-C12.0/35高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置，對電站電網(wǎng)質(zhì)量進(jìn)行改善。
2 新風(fēng)光FGSVG-C12.0/35高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償

以下對新風(fēng)光FGSVG-C12.0/35高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置做一些介紹。
2.1 新風(fēng)光FGSVG-C12.0/35技術(shù)指標

民勤紅沙崗50MW光伏電站無(wú)功補償裝置FGSVG-C12.0/35總容量為12 Mvar，可以動(dòng)態(tài)輸出12 Mvar的感性或容性無(wú)功，通過(guò)對35kV目標側的無(wú)功檢測，動(dòng)態(tài)補償系統無(wú)功，諧波治理，達到對電壓和功率因數的控制。
新風(fēng)光FGSVG-C12.0/35技術(shù)指標如表1所示。

2.2 新風(fēng)光FGSVG-C12.0/35高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置的特點(diǎn)

FGSVG以高可靠性、易操作、高性能為設計目標，滿(mǎn)足用戶(hù)對提高輸配電電網(wǎng)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(diǎn)：
（1）模塊化設計，安裝、調試、設定方便。
（2）動(dòng)態(tài)響應速度快，響應時(shí)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(mǎn)足用戶(hù)需求，運行模式有：恒裝置無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式2,目標值可實(shí)時(shí)更改。
（5）實(shí)時(shí)跟蹤負荷變化，動(dòng)態(tài)連續平滑補償無(wú)功功率，提高系統的功率因數，實(shí)時(shí)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，穩定系統電壓。
（7）FGSVG電路參數精心設計，發(fā)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(lián)結構，每組由多個(gè)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(mǎn)足系統高可靠性的要求。
（11）功率電路模塊化設計，維護簡(jiǎn)單，互換性好。
（12）保護功能齊全，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、光纖通訊故障、單元過(guò)熱、不均壓等保護，并能實(shí)現故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點(diǎn)，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(shí)時(shí)數字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線(xiàn)記錄查詢(xún)、單元狀態(tài)監控、系統信息查詢(xún)、歷史故障查詢(xún)等功能外，還具有送電后系統自檢、一鍵開(kāi)停機、分時(shí)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(shí)現定補和動(dòng)補的有效結合，為用戶(hù)提供更經(jīng)濟、更靈活的方案。
（15）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。
（16）與系統連接時(shí)，不需要考慮交流系統相序，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(mǎn)足實(shí)時(shí)補償的要求。
2.3系統結構

FGSVG系列產(chǎn)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(lián)，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(guò)光纖進(jìn)行隔離控制，實(shí)現了高低壓的可靠隔離。FGSVG系列產(chǎn)品系統對結構上做出了極大的改進(jìn)處理，使維護更方便?？刂乒襁M(jìn)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(hù)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(shí)現了統一設計，方便產(chǎn)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。

 2.3.1  控制柜
主回路部分由隔離開(kāi)關(guān)QS1，斷路器QF，緩沖電阻R及狀態(tài)檢測器件等多個(gè)部分組成，如圖2所示。

公司自主研發(fā)的主控箱系標準機箱，通過(guò)了GB/T17626系列國標要求的嚴格EMC（電磁兼容性）認證，又通過(guò)溫度沖擊及振動(dòng)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?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD/FPGA協(xié)同運算來(lái)實(shí)現。精心設計的算法可以保證FGSVG達到較優(yōu)的運行性能?？刂破鞑捎么笠幠＜呻娐泛捅砻婧附蛹夹g(shù)，使系統具有極高的可靠性。采用國際知名品牌西門(mén)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(mén)上安放緊急停止按鈕，方便用戶(hù)在緊急情況下操作。選用知名品牌威綸通HMI，采用世界先進(jìn)的儀器設備，運用標準化作業(yè)程序執行管制，與國際標準同步，保證了其金牌品質(zhì)。

2.3.2  功率柜

功率柜主要由功率單元組成，構成了FGSVG無(wú)功補償的主體。功率單元分三相安裝，每相單元20個(gè)，單元輸出波形疊加成整機輸出波形。每個(gè)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(shí)會(huì )產(chǎn)生部分熱量，由柜頂或后柜門(mén)設計的風(fēng)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(gè)功率單元均具有完善的保護功能（過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)溫、驅動(dòng)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(shù)，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(shí)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(gè)或四個(gè)輸出端子及兩個(gè)光纖插口，這使得維護和檢修更簡(jiǎn)單。每個(gè)單元通過(guò)IGBT逆變橋實(shí)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(jìn)行星型連接并通過(guò)電抗接入電網(wǎng)，通過(guò)對每個(gè)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(chǎn)品采用了先進(jìn)的數字化標準載波移相技術(shù)，它的特點(diǎn)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(guò)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(wú)需再增加輸出濾波器。
2.3.3  電抗器柜

FGSVG系列產(chǎn)品通過(guò)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(shí)，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(hù)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(hù)對設備間的投資，節省了開(kāi)支。
2.4  FGSVG運行方式

運行方式包含了五種：恒裝置無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、恒考核點(diǎn)無(wú)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(shí)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(jìn)行了詳細說(shuō)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(shí)現大容量FGSVG的并網(wǎng)要求。

柜門(mén)人機界面還提供了裝置未上高壓時(shí)，通訊信息的遙信遙測驗證功能，方便現場(chǎng)調試人員對通信數據通道及數據進(jìn)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(tài)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(jìn)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(shuō)明調試成功。其它項做類(lèi)似調試。
3現場(chǎng)應用情況
民勤紅沙崗50MW光伏電站匯集升壓站的一次接線(xiàn)如圖7所示。

光伏電站政策電價(jià)每年都在遞減，現場(chǎng)50兆瓦光伏電站在2013年年底建成，并在2013年12月29日開(kāi)始啟動(dòng)投運并網(wǎng)，先后進(jìn)行了110千伏線(xiàn)路充電、110千伏刀閘斷路器等開(kāi)關(guān)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(wǎng)投入運行測試等等。

FGSVG通過(guò)安裝在110kV側的PT、CT裝置，檢測并網(wǎng)點(diǎn)的電壓、電流，可以實(shí)現恒裝置無(wú)功功率控制、恒考點(diǎn)電壓控制、恒考核點(diǎn)無(wú)功功率控制以及恒考核點(diǎn)功率因數控制。根據調度要求，現場(chǎng)采用恒考核點(diǎn)功率因數控制模式。FGSVG一次并網(wǎng)投運正常，光伏電站經(jīng)過(guò)24小時(shí)的試運行之后，電站歸調，轉入正式運行，完成了元旦前并網(wǎng)投運的目標。滿(mǎn)足了光伏電站對于無(wú)功補償裝置的要求，也順利經(jīng)過(guò)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(mǎn)足了盡量多發(fā)電的要求，又滿(mǎn)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(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(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）：

響應速度波形（如圖9所示）：

4結論

經(jīng)過(guò)兩年多來(lái)的運行表明，FGSVG無(wú)功補償裝置在民勤紅沙崗光伏電站工作穩定可靠，自動(dòng)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。與現有的其他無(wú)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(jià)值。