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新風光35kV直掛式SVG裝置在光伏電站的應用

發布時間:2020-04-14 作者:新風光

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。
2 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。


2.2 新風光FGSVG-C12.0/35高壓動態無功補償裝置的特點

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:
(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。



 2.3.1  控制柜
主回路部分由隔離開關QS1,斷路器QF,緩沖電阻R及狀態檢測器件等多個部分組成,如圖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。 

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