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      新風光SVG無功動態補償設備在光伏發電項目中的應用

      發布時間:2020-04-14 作者:新風光

      1項目概述

      山西省太古縣風光發電有限公司20MW農光互補發電項目位于山西省晉中市太谷縣水秀鄉東懷遠村,項目總裝機容量20MW,已于2015年底并網發電。


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      圖1光伏現場

      本項目總占地面積700余畝,本著以經濟效益為中心,以技術創新為突破口的原則,按生態農業模式的要求,科學、合理地選擇種植品種、規模及生態鏈,組織生產,提高農產品的附加值。

      項目建成投產后,年均發電量約為2700萬度,25年發電總量約為67500萬度,共可節約標準煤約24.3萬噸,減排二氧化氮約67.3萬噸,二氧化硫約2.0萬噸,氮氧化物約1.0萬噸,碳粉塵排放量約18.4萬噸。

      本項目的建成投產可在一定程度上調整當地電力產業結構,解決當地政府的節能減排任務;光伏農業大棚可為當地提供無公害、綠色優質保健農產品,豐富城鎮居民的餐桌,提高人們的生活質量,同時該項目可作為產學研基地及現代科技農業產業示范基地,促進該區域經濟的可持續發展。

      為了提高電網電壓的穩定性,降低大型光伏電站對電力系統的沖擊,要求大型光伏電站必須具備一定的低電壓穿越能力。如果單純依靠光伏變流器本身的功能,大型光伏電站的低電壓穿越能力較弱,根據《光伏電站接入電網技術規定》Q/GDW 617-2011要求“大中型光伏電站應配置無功電壓控制系統,具備無功功率及電壓控制能力。根據電力調度部門指令,光伏電站自動調節器發出(或吸收)無功功率,控制光伏電站并網點電壓在正常運行范圍內,其調節速度和控制精度應能滿足電力系統電壓調節的要求。低電壓穿越過程中光伏電站宜提供動態無功支持?!薄禛B/T29321-2012光伏發電站無功補償技術規范》中5.2條款要求,“光伏電站無功補償裝置應能夠跟蹤光伏電站處理的波動及系統電壓控制要求,并快速響應。動態無功響應時間應不大于30ms?!痹摴夥娬緲I主通過招標方式,選擇了新風光生產的FGSVG-3.0/35T-O型高壓動態無功補償和諧波治理裝置,配置在光伏發電現場,用于電網無功補償和諧波治理,設備一次成功投運,達到了預期目的。
      2 FGSVG系列產品特點:

      FGSVG系列產品采用現代電力電子、自動化、微電子及網絡通訊等技術,采用先進的瞬時無功功率理論和給予同步坐標變換的功率解耦算法,以設定的無功性質及大小、功率因數、電網電壓為控制目標運行,動態的跟蹤電網電能質量變化調節無功輸出,并能實現曲線設定運行,提升電網質量。
        易操作、高性能、高可靠性的FGSVG系列產品為滿足用戶對提高輸配電網絡的功率因數、治理諧波、補償負序電流的迫切需要,做出相應設計,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。


       
      圖2現場整體外觀圖

      3現場接線方式

      現場采用降壓式接入方式,10kVSVG通過變壓器接入35kV電網,考核點在35kV側,SVG通過并網變壓器接入電網,變壓器接入點與考核點相同。如圖3所示。PT信號連接到PT1,并且二次接線端子PTA1與接入點電網一次端  子A必須是同一相;PTB1與接入點電網一次端子B必須是同一相,PTC1與接入點電網一次端子C必須是同一相。PT1用于SVG計算并網同步信號,還用于計算考核點處的無功。



      圖3 SVG現場接線圖

      4現場調試
      現場安裝完成后可進行調試?,F場調試包括模擬調試與并網調試兩部分。
      4.1模擬調試

      主要是與現場高壓開關柜的連鎖調試、現場與后臺的通訊對接及與變壓器的保護對接及與戶外隔離刀閘的對接等。

      與高壓開關柜的連鎖包括高壓合閘允許信號、高壓就緒信號及SVG故障連跳高壓信號。合閘允許及連跳高壓都是SVG給現場高壓開關柜的信號,而高壓就緒信號則是現

      高壓開關柜給SVG的信號,可將SVG與現場高壓開關柜對接后進行調試,直到信號都正常。

      現場與后臺的通訊調試主要是SVG與后臺的信號與操作命令的傳輸。包括SVG傳給后臺的遙信、遙測信號以及后臺控制SVG的遙調、遙控指令??赏ㄟ^人機界面的“信息查詢”/“遙信遙測”界面模擬生成數據,每個地址里生成不同的數據,在界面上觀測看到的數據是否與生成的一致進行對比調試。如圖4所示。

       

       
      圖4通訊點表圖

      變壓器的保護調試包括變壓器的超溫、超壓、油壓低報警及瓦斯高報警等,可對照變壓器的圖紙一一對接進行模擬調試。
      戶外隔離刀閘的調試包括主刀、地刀的合分,是否到位,是否分合靈便,主刀與地刀在人機界面上的顯示狀態與實際是否相符,等等,都要進行相應的調試。
      以上調試正常后,還要模擬運行一下,看風機的運轉方向是否與風機所表示的方向一致,以免運行時風機反轉造成單元或整機過熱保護而跳閘。
      4.2并網調試
      并網調試必須在模擬調試都正常的情況下進行帶高壓調試。調試的難點主要在PT信號與一次線的相序查找上,若相序不對,勢必造成SVG的輸出與電網不同步而過負荷跳閘。
      利用SVG上主電高壓時對單元內的電容的充電電流,以及合閘閉合接觸器時的充電電流與一次電壓采集的波形相比較,電流與電壓相位一致就說明相序正確,否則就不對,可通過調整PT到SVG的二次線的順序(三線六種接法,即ABC、ACB、BAC、BCA、CAB、CBA)進行調整,直到觀測到的波形如圖5所示才為正確。


       
       
      圖5相序檢測波形圖

      波形正常后,才能開機運行,首次開機要先限制功率,額定功率改為0.5MVar,額定電流改為20A,運行模式改為恒功率模式,即手動調節模式,無功給定設置為0.1MVar,點擊開機按鈕,觀察裝置實際輸出的無功是否基本等于設定值,以及裝置電流是否正常。正常后,逐步放大功率限制值直到額定值。在整個手動調試期間,不出現保護,即表明并網成功,如開機保護,可以在“故障錄波”界面觀測保護時的三相電網電壓及三相裝置電流,并網失敗的原因可能是PT信號線與一次端子不對應。

      對于CT的對接,可以通過SVG裝置與后臺的系統無功、有功及電流進行對比。如圖6所示。若沒有可以對比的數據,可以讓SVG工作在手動控制模式,并網使SVG輸出無功,假如負載沒有投入,則系統上的無功、有功、電流應該與SVG裝置輸出一致,如果負載在運行,可以設置SVG輸出與系統側不同性質的無功,觀察能否抵消掉系統的無功,如SVG顯示系統無功為1MVar,并網后控制SVG輸出-0.5MVar無功,觀察系統無功是否從1MVar減小到0.5MVar。CT不正??梢酝ㄟ^修改CT的設置“CT定義”和“工程變比”,其中“工程變比”可以根據需要設置成負數,實現反相的功能。


       
      圖6系統數據圖

      SVG計算的系統無功、負載無功正常后可以改為需要的自動補償模式,第一次自動模式需要限制額定功率、額定電流,工作正常后,再逐步放寬額定功率、額定電流的設置直到出廠額定值。
      5系統運行情況

      經過認真調試,SVG裝置按用戶要求,已投入正常運行,現按功率因數自動補償運行,功率因數設定值為97%,投運后工作正常,用戶十分滿意,如圖7是運行的人機界面圖。


       
      圖7運行狀態圖

      6總結

      在新能源建設中,由于風電、光電或水利發電一般都建設在較偏遠的地區,距離城市及用戶較遠,在負荷較重的情況下,電壓跌落較大,使電網電壓不穩定,功率因數較低,不能保證發電能量的正常傳輸。因此國家在推廣新能源的建設過程中,首先著力推薦使用無功補償裝置,而現在無功補償的較先進的技術就是SVG,即靜止無功發生器。通過去年我公司一批及在國外如墨西哥、朝鮮、蒙古、印度、印尼等國家SVG的應用,在產品性能、穩定性、可靠性及滿足用戶要求等方面都體現了極大的優越性,主要表現在以下幾個方面:
      (1)電網電壓穩定。SVG通過串聯于電網中的電感,時時監測SVG與電網端的電壓,當電網電壓高于SVG電壓時,SVG工作在感性運行模式,從電網吸收無功,當電網低于SVG電壓時,SVG工作在容性運行模式,向電網發送無功,從而保證電網的無功在可容許的范圍,保證系統的無功穩定,從而也穩定了電網電壓。
      (2)增強輸電能力,降低了變壓器及線路的損耗,提高了到用戶的電能利用率,保證了可靠的供電能力。
      (3)降低了電網的諧波,減小了無功損耗。SVG本身不產生諧波,而且在一定范圍內還有抑制諧波的能力。比起其他的無功補償模式,如SVC,電容組濾波等都有明顯的優勢。
      (4)穩定并提高了電網的功率因數,滿足了用戶對電網功率因數的要求,如本例光伏電站SVG始終穩定在97%左右,符合國家對電網的要求。
      (5)節能降耗,提高了輸配電的效率。由于穩定了系統無功,減少了線路及變壓的損耗,客觀上節約了電能,實現了清潔能源供電,深受用電戶的青睞。
      總之,SVG是近年來發展起來的一種有效、優質的無功補償措施。在新能源的建設中,值得大力推廣。

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