1、項(xiàng)目概述

    振發(fā)新能源國(guó)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(jìn)站道路由站址2012省道向東引接，長(zhǎng)約200m。

    該光伏電站總發(fā)電容量50MWp，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(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(bǔ)償裝置，對(duì)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(bǔ)償

    以下對(duì)新風(fēng)光FGSVG-C12.0/35高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置做一些介紹。

2.1新風(fēng)光FGSVG-C12.0/35技術(shù)指標(biāo)

    民勤紅沙崗50MW光伏電站無(wú)功補(bǔ)償裝置FGSVG-C12.0/35總?cè)萘繛?2Mvar，可以動(dòng)態(tài)輸出12Mvar的感性或容性無(wú)功，通過(guò)對(duì)35kV目標(biāo)側(cè)的無(wú)功檢測(cè)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功，諧波治理，達(dá)到對(duì)電壓和功率因數(shù)的控制。

    新風(fēng)光FGSVG-C12.0/35技術(shù)指標(biāo)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(bǔ)償裝置的特點(diǎn)

    FGSVG以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足用戶對(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)：

    （1）模塊化設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試、設(shè)定方便。

    （2）動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間≤5ms。

    （3）在補(bǔ)償容量足夠的前提下，輸出電流諧波(THD)≤3%.

    （4）多種運(yùn)行模式極大的滿足用戶需求，運(yùn)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(shù)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(biāo)值可實(shí)時(shí)更改。

    （5）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)的功率因數(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。

    （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(shè)計(jì)，發(fā)熱量小，效率高，運(yùn)行成本低。

    （8）設(shè)備結(jié)構(gòu)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(gòu)，每組由多個(gè)相同的功率單元組成，整機(jī)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(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)高可靠性的要求。

    （11）功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單，互換性好。

    （12）保護(hù)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(hù)，并能實(shí)現(xiàn)故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點(diǎn)，易維護(hù)，運(yùn)行可靠性高。

    （13）人機(jī)界面友好顯示，對(duì)外通訊提供了RS485、以太網(wǎng)等接口，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊協(xié)議。除具有實(shí)時(shí)數(shù)字量及模擬量的顯示、運(yùn)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(jī)、分時(shí)控制、示波器（AD通道強(qiáng)制錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

    （14）FGSVG設(shè)計(jì)包含與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，為用戶提供更經(jīng)濟(jì)、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(tǒng)連接時(shí)，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(kuò)展容量。并機(jī)運(yùn)行使用光纖通訊，通訊速度快，能夠完好的滿足實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>

2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    FGSVG系列產(chǎn)品的主電路采用鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用星型連接，每相20功率單元串聯(lián)，星型接法的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1FGSVG電氣結(jié)構(gòu)示意圖

    控制柜與功率柜信號(hào)通過(guò)光纖進(jìn)行隔離控制，實(shí)現(xiàn)了高低壓的可靠隔離。FGSVG系列產(chǎn)品系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)上做出了極大的改進(jìn)處理，使維護(hù)更方便?？刂乒襁M(jìn)行了嚴(yán)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(shè)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(xiàn)了統(tǒng)一設(shè)計(jì)，方便產(chǎn)品的擴(kuò)展及穩(wěn)定性。各電壓等級(jí)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(guān)QS1，斷路器QF，緩沖電阻R及狀態(tài)檢測(cè)器件等多個(gè)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(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，通過(guò)了GB/T17626系列國(guó)標(biāo)要求的嚴(yán)格EMC（電磁兼容性）認(rèn)證，又通過(guò)溫度沖擊及振動(dòng)試驗(yàn)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(hào)處理器DSP、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD/FPGA協(xié)同運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。精心設(shè)計(jì)的算法可以保證FGSVG達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。控制器采用大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，使系統(tǒng)具有極高的可靠性。采用國(guó)際知名品牌西門子PLC，增強(qiáng)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(jìn)的儀器設(shè)備，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序執(zhí)行管制，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同步，保證了其金牌品質(zhì)。

圖3FGSVG人機(jī)界面

2.3.2功率柜

    功率柜主要由功率單元組成，構(gòu)成了FGSVG無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹黧w。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(jī)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，由柜頂或后柜門設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)強(qiáng)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(guó)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(hù)功能（過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)溫、驅(qū)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(tǒng)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(jié)構(gòu)上完全一致，模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(hù)和檢修更簡(jiǎn)單。每個(gè)單元通過(guò)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(jìn)行星型連接并通過(guò)電抗接入電網(wǎng)，通過(guò)對(duì)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。

圖5單元輸出疊加后的波形圖

    FGSVG系列產(chǎn)品采用了先進(jìn)的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)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(duì)電纜的絕緣損壞，在輸出側(cè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。電抗器柜的單獨(dú)設(shè)計(jì)利于用戶對(duì)空間的更高使用率，極大程度的緩解了空間對(duì)該設(shè)備的使用限制，一定程度上減少了用戶對(duì)設(shè)備間的投資，節(jié)省了開支。

2.4FGSVG運(yùn)行方式

    運(yùn)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(shù)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(cè)設(shè)定目標(biāo)值，目標(biāo)值可隨時(shí)更改，更改后可根據(jù)檢測(cè)值檢查補(bǔ)償效果。如表3所示，對(duì)“運(yùn)行方式”進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。

    為與上位機(jī)建立通訊，本裝置采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS_RTU通信協(xié)議及CDT-91循環(huán)規(guī)約。FGSVG并聯(lián)運(yùn)行，依托成熟的通訊模式使用光纖通訊，保證并聯(lián)運(yùn)行裝置的安全、可靠運(yùn)行，提升從機(jī)的跟蹤速度，實(shí)現(xiàn)大容量FGSVG的并網(wǎng)要求。

    柜門人機(jī)界面還提供了裝置未上高壓時(shí)，通訊信息的遙信遙測(cè)驗(yàn)證功能，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員對(duì)通信數(shù)據(jù)通道及數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試（如圖6所示）。

圖6“四遙”測(cè)試界面

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

3、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)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(jià)每年都在遞減，現(xiàn)場(chǎng)50兆瓦光伏電站在2013年年底建成，并在2013年12月29日開始啟動(dòng)投運(yùn)并網(wǎng)，先后進(jìn)行了110千伏線路充電、110千伏刀閘斷路器等開關(guān)合斷測(cè)試、主變充電測(cè)試、35千伏側(cè)各光伏支路充電測(cè)試、FGSVG并網(wǎng)投入運(yùn)行測(cè)試等等。

    FGSVG通過(guò)安裝在110kV側(cè)的PT、CT裝置，檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓、電流，可以實(shí)現(xiàn)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(shù)控制。根據(jù)調(diào)度要求，現(xiàn)場(chǎng)采用恒考核點(diǎn)功率因數(shù)控制模式。FGSVG一次并網(wǎng)投運(yùn)正常，光伏電站經(jīng)過(guò)24小時(shí)的試運(yùn)行之后，電站歸調(diào)，轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行，完成了元旦前并網(wǎng)投運(yùn)的目標(biāo)。滿足了光伏電站對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償裝置的要求，也順利經(jīng)過(guò)了驗(yàn)收。

    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(duì)功率因數(shù)的要求。

    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

4、結(jié)論

    經(jīng)過(guò)兩年多來(lái)的運(yùn)行表明，F(xiàn)GSVG無(wú)功補(bǔ)償裝置在民勤紅沙崗光伏電站工作穩(wěn)定可靠，自動(dòng)化程度高，改善了電網(wǎng)質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期效果，該項(xiàng)工程得到甘肅電網(wǎng)公司的高度認(rèn)可。與現(xiàn)有的其他無(wú)功補(bǔ)償設(shè)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(yīng)用價(jià)值。