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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(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)無功補(bǔ)償

以下對(duì)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(duì)35kV目標(biāo)側(cè)的無功檢測(cè),，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無功，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(jiǎn)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(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(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。

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(guó)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)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD/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,?？刂破鞑捎么笠?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),。

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(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(jiǎn)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(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,。

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(duì)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(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,。
2.4  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(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）,。

“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,。

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(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(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）：

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,。