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1項(xiàng)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(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,，長約200m,。

該光伏電站總發(fā)電容量50MWp，接入系統(tǒng)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(hù)、自動(dòng)裝置,、光功率預(yù)測,、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)無功補(bǔ)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)無功補(bǔ)償

以下對新風(fēng)光FGSVG-C12.0/35高壓動(dòng)態(tài)無功補(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光伏電站無功補(bǔ)償裝置FGSVG-C12.0/35總?cè)萘繛?2 Mvar,，可以動(dòng)態(tài)輸出12 Mvar的感性或容性無功,，通過對35kV目標(biāo)側(cè)的無功檢測，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無功,，諧波治理,，達(dá)到對電壓和功率因數(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：恒裝置無功功率模式,、恒考核點(diǎn)無功功率模式,、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)簡單,，互換性好,。
（12）保護(hù)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(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)無暫態(tài)沖擊，無合閘涌流,，無電弧重燃,，無需放電即可再投。
（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?br/>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。

控制柜與功率柜信號(hào)通過光纖進(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(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱,，通過了GB/T17626系列國標(biāo)要求的嚴(yán)格EMC（電磁兼容性）認(rèn)證,，又通過溫度沖擊及振動(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)模可編程邏輯器件CPLD/FPGA協(xié)同運(yùn)算來實(shí)現(xiàn),。精心設(shè)計(jì)的算法可以保證FGSVG達(dá)到較優(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,，與國際標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)成了FGSVG無功補(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（過流,、過壓、過溫,、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)和檢修更簡單。每個(gè)單元通過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,。

單元鏈接后三相之間進(jìn)行星型連接并通過電抗接入電網(wǎng)，通過對每個(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(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(cè)無需再增加輸出濾波器,。
2.3.3  電抗器柜

FGSVG系列產(chǎn)品通過電抗器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(biāo)準(zhǔn)。電抗器柜的單獨(dú)設(shè)計(jì)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(shè)備的使用限制,，一定程度上減少了用戶對設(shè)備間的投資，節(jié)省了開支,。
2.4  FGSVG運(yùn)行方式

運(yùn)行方式包含了五種：恒裝置無功功率模式,、恒考核點(diǎn)無功功率模式、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)檢測值檢查補(bǔ)償效果,。如表3所示,，對“運(yùn)行方式”進(jìn)行了詳細(xì)說明。

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驗(yàn)證功能,，方便現(xiàn)場調(diào)試人員對通信數(shù)據(jù)通道及數(shù)據(jù)進(jìn)行測試（如圖6所示）,。

“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),，說明調(diào)試成功。其它項(xiàng)做類似調(diào)試,。
3現(xiàn)場應(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,。

光伏電站政策電價(jià)每年都在遞減，現(xiàn)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(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)合斷測試,、主變充電測試,、35千伏側(cè)各光伏支路充電測試、FGSVG并網(wǎng)投入運(yùn)行測試等等,。

FGSVG通過安裝在110kV側(cè)的PT,、CT裝置,，檢測并網(wǎng)點(diǎn)的電壓,、電流，可以實(shí)現(xiàn)恒裝置無功功率控制,、恒考點(diǎn)電壓控制,、恒考核點(diǎn)無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),。滿足了光伏電站對于無功補(bǔ)償裝置的要求,，也順利經(jīng)過了驗(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)對功率因數(shù)的要求。

SVG 對諧波具有濾除功能,，現(xiàn)場投入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(yīng)速度波形（如圖9所示）：

4結(jié)論

經(jīng)過兩年多來的運(yùn)行表明,，F(xiàn)GSVG無功補(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。