新風(fēng)光高壓SVG在哈薩克斯坦某光伏電站的應(yīng)用
1、前言
目前，全球可再生能源開(kāi)發(fā)利用規(guī)模不斷擴(kuò)大，應(yīng)用成本快速下降，發(fā)展可再生能源已成為全球能源轉(zhuǎn)型及實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)氣候變化目標(biāo)的重大戰(zhàn)略舉措，也是我國(guó)推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的重要措施。隨著“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，中國(guó)積極與“一帶一路”沿線(xiàn)國(guó)家，開(kāi)展推動(dòng)水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能等清潔、可再生能源合作，推進(jìn)能源資源就地就近加工轉(zhuǎn)化合作，形成能源資源合作上下游一體化產(chǎn)業(yè)鏈，加強(qiáng)能源資源深加工技術(shù)、裝備與工程服務(wù)合作。哈薩克斯坦作為世界上最大的內(nèi)陸國(guó)，其經(jīng)濟(jì)實(shí)力和資源優(yōu)勢(shì)在“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”上有著舉足輕重的地位。
哈薩克斯坦本國(guó)的發(fā)展戰(zhàn)略和內(nèi)外部環(huán)境為中哈兩國(guó)新能源合作提供了廣闊發(fā)展空間。對(duì)于中哈新能源合作來(lái)說(shuō)，合作的動(dòng)力來(lái)自于共同的外部驅(qū)動(dòng)力以及國(guó)際環(huán)境壓力，在于兩國(guó)在資金、技術(shù)、產(chǎn)能、資源和市場(chǎng)等方面的互補(bǔ)性，有利于形成互惠互利的雙贏局面。
2光伏電站現(xiàn)場(chǎng)情況
該光伏電站位于哈薩克斯坦國(guó)南部地區(qū)，所在區(qū)域內(nèi)太陽(yáng)能資源豐富，所在地年平均水平面總輻射強(qiáng)度為1653kWh/m2，光照資源非常豐富，地形平坦、地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，氣象條件、水文地質(zhì)、原材料供應(yīng)等均滿(mǎn)足光伏電站建設(shè)要求，為該光伏電站建設(shè)提供有利條件。
該光伏電站總裝機(jī)容量為63MWp(DC)，采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)方案，電池組件采用330Wp多晶硅電池組件，水平單軸跟蹤系統(tǒng)。該光伏電站總占地面積約125公頃，共安裝光伏組件191856塊，安裝逆變器50MW(共安裝額定功率為2500kW的逆變器20臺(tái))，該光伏電站通過(guò)KEGOC接入哈薩克斯坦電網(wǎng)。
建成后預(yù)計(jì)平均每年可為電網(wǎng)提供電量9776.21萬(wàn)kWh，按照火電煤耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)每度電耗煤305g，與相同發(fā)電量的火電相比，相當(dāng)于每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約29817噸，每年減少排放溫室效應(yīng)性氣體二氧化碳(CO2)79578噸。此外還可減少煙塵、SO2、NOX、灰渣的排放。另外本項(xiàng)目還可減少相應(yīng)的水力除灰廢水和溫排水等對(duì)水環(huán)境的污染。用戶(hù)光伏電站現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。
2、FGSVG-C6.0/35T-O高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)
該光伏電站項(xiàng)目選用了新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的FGSVG-C6.0/35T-O(6.0 Mvar /35 kV)型高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)，用于光伏電站配套，保障電站可靠運(yùn)行，設(shè)備一次成功投運(yùn)，達(dá)到了預(yù)期目的。
2.1 FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)
FGSVG系列產(chǎn)品采用現(xiàn)代電力電子、自動(dòng)化、微電子及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，采用先進(jìn)的瞬時(shí)無(wú)功功率理論和基于同步坐標(biāo)變換的功率解耦算法，以設(shè)定的無(wú)功性質(zhì)及大小、功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓為控制目標(biāo)運(yùn)行，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，并能實(shí)現(xiàn)曲線(xiàn)設(shè)定運(yùn)行，提升電網(wǎng)質(zhì)量。FGSVG系列產(chǎn)品是目前國(guó)內(nèi)外最為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，這種基于電壓型PWM變流器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過(guò)電力電子器件的高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)功能量的變換。
易操作、高性能、高可靠性的FGSVG系列產(chǎn)品為滿(mǎn)足用戶(hù)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)序電流的迫切需求做出相應(yīng)設(shè)計(jì)，具有以下特點(diǎn)：
● 模塊化設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試、設(shè)定簡(jiǎn)便。
● 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間≤5ms。
● 在補(bǔ)償容量足夠的前提下，輸出電流諧波(THD)≤3%。
● 多種運(yùn)行模式極大的滿(mǎn)足用戶(hù)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、負(fù)載補(bǔ)償模式，目標(biāo)值可實(shí)時(shí)更改。
● 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)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。
● 抑制電壓閃變，改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。
● 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。
● 設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。
● 主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)，每相由多個(gè)相同功率單元組成，整機(jī)輸出由PWM波形疊加而成的階梯波，逼近正弦，經(jīng)輸出電抗濾波后正弦度良好。
● 自動(dòng)調(diào)整載波頻率，自適應(yīng)環(huán)境和功率變化。
● 小于0.2A的補(bǔ)償精度。
● FGSVG采用冗余性設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足系統(tǒng)高可靠性的需求。
● 功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單，互換性好。
● 保護(hù)功能齊全，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、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。
● 人機(jī)界面設(shè)計(jì)采用windows系統(tǒng)的操作模式，功能菜單以及各種功能按鍵均按照電腦的操作習(xí)慣設(shè)計(jì)。界面友好顯示，對(duì)外通訊提供了RS485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(xiàn)記錄查詢(xún)、單元狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)信息查詢(xún)、歷史故障查詢(xún)等功能外，還具有送電后系統(tǒng)自檢、一鍵開(kāi)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。
● 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(hù)提供更經(jīng)濟(jì)，更靈活的補(bǔ)償方案。具有4組FC接口控制功能，在控制上可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置4組FC支路的投切順序，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)FC的故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了SVG+FC系統(tǒng)的智能控制。
● 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。
● 采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)DSP芯片和FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)了3核控制技術(shù)，其中3片DSP芯片分別處理對(duì)外通訊，主控計(jì)算，功率單元控制，三片F(xiàn)PGA配合DSP實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交換，基于這種構(gòu)架的產(chǎn)品，整機(jī)響應(yīng)速度達(dá)到了容性功率到感性功率突變時(shí)間只需要3.7ms。
● 與系統(tǒng)連接時(shí)，不需要考慮交流系統(tǒng)相序，連接方便。
● 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(mǎn)足實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)囊?。整機(jī)擴(kuò)容簡(jiǎn)單易行，特別是改造現(xiàn)場(chǎng)和未生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，若SVG投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)功率不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，可以隨意擴(kuò)容，不需要將設(shè)備完全拆除，只需要更換功率單元即可實(shí)現(xiàn)增容，另外在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)若有多臺(tái)設(shè)備，可以十分方便的實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)組網(wǎng)，或通過(guò)高速光纖實(shí)現(xiàn)主從控制。
2.2 新風(fēng)光FGSVG-C6.0/35T-O高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
新風(fēng)光FGSVG-C6.0/35T-O高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。
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，星型接法的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
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(hù)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。FGSVG各柜體中主要器件及作用如表2所示。
2.4 新風(fēng)光FGSVG工作原理
新風(fēng)光FGSVG能夠準(zhǔn)確測(cè)量電力系統(tǒng)的電壓、電流等參數(shù)，迅速計(jì)算出電力系統(tǒng)的無(wú)功，進(jìn)而計(jì)算出逆變輸出電壓移相角，并在特定時(shí)刻向SVG觸發(fā)裝置發(fā)控制信息。SVG同步裝置采集系統(tǒng)母線(xiàn)電壓信號(hào)，然后對(duì)此信號(hào)進(jìn)行多階濾波處理，濾除電壓中的高次諧波和直流分量成分，然后對(duì)所剩基波進(jìn)行方波變換，從而得到與母線(xiàn)電壓基波相位一致的方波信號(hào)(同步信號(hào))。監(jiān)控裝置負(fù)責(zé)監(jiān)視SVG各功率單元的工作狀態(tài)，例如直流電容電壓、功率單元內(nèi)空氣溫度等。觸發(fā)裝置負(fù)責(zé)接收調(diào)節(jié)裝置傳來(lái)的SVG工作移相角并將觸發(fā)信號(hào)編碼后下發(fā)給各功率單元。站控將SVG所有運(yùn)行信息進(jìn)行打包封裝和存儲(chǔ)，為操作人員提供一個(gè)直觀的界面。
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)，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。
FGSVG采用星型連接的單相波形如圖3所示?！?/p>
3、綜合運(yùn)行評(píng)價(jià)
2019年12月初，F(xiàn)GSVG-C6.0/35T-O(6.0 Mvar /35 kV)高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)一次性成功投運(yùn)，至今運(yùn)行正?！，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行照片如圖4所示。
經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行表明，F(xiàn)GSVG-C6.0/35T-O(6.0 Mvar /35 kV)高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)，保障了光伏電站的可靠運(yùn)行，帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，在穩(wěn)定電網(wǎng)質(zhì)量，提高輸配電能力等方面都有很好的效果，具體體現(xiàn)在以下方面：
(1)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。光伏電站自投運(yùn)以來(lái)，有效保持了輸電電壓的穩(wěn)定，補(bǔ)償了因負(fù)載波動(dòng)引起的電壓波動(dòng)，保正了輸電的穩(wěn)定性。
(2)提高了功率因數(shù)并保持恒定。光伏電站在白天發(fā)電時(shí)由于逆變器的工作，功率因數(shù)較高，而在夜間或陰雨天沒(méi)有陽(yáng)光不發(fā)電時(shí)，功率因數(shù)就下降不穩(wěn)定，采用SVG的功率因數(shù)補(bǔ)償后，可將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.98以上，保持了功率因數(shù)的穩(wěn)定，提高了輸電效率。
(3)通過(guò)SVG的低電壓穿越功能，有效抑制了電網(wǎng)的閃變頻率，提高了電網(wǎng)質(zhì)量。
(4)平衡電網(wǎng)的無(wú)功。SVG將考核點(diǎn)接在并網(wǎng)處，能實(shí)時(shí)地檢測(cè)電網(wǎng)的無(wú)功，平滑地調(diào)整無(wú)功，感性無(wú)功高時(shí)就補(bǔ)容性無(wú)功，容性無(wú)功高時(shí)就補(bǔ)感性無(wú)功，并能平滑的調(diào)節(jié)，保持了電網(wǎng)的無(wú)功平衡，利于電網(wǎng)的有功與無(wú)功的交換。
(5)調(diào)試方便，通過(guò)SVG的恒裝置無(wú)功模式，可以自行發(fā)出感性無(wú)功或容性無(wú)功，檢驗(yàn)裝置的工作狀態(tài)，確認(rèn)設(shè)備的正常。
(6)檢修與維護(hù)方便。裝置采用功率單元模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)每相不超過(guò)2個(gè)模塊，總的不超過(guò)6個(gè)模塊故障時(shí)，可采取單元冗余的方式，降額運(yùn)行。如果有備用單元，可在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)停運(yùn)，停電后進(jìn)行更換，只是拆掉輸出與光纖及單元固定螺栓即可更換，極大地方便了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，有利于減少停運(yùn)時(shí)間，保持設(shè)備的穩(wěn)定。
4、結(jié)束語(yǔ)
隨著“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略的不斷深入開(kāi)展，為中哈兩國(guó)新能源合作提供了廣闊發(fā)展空間。來(lái)自于國(guó)際環(huán)境壓力的共同外部驅(qū)動(dòng)力，還有兩國(guó)在資金、技術(shù)、產(chǎn)能、資源和市場(chǎng)等方面的互補(bǔ)性，都有利于雙方形成互惠互利的雙贏局面。相信在‘一帶一路’穩(wěn)步推進(jìn)和當(dāng)前中國(guó)正全力構(gòu)建全面對(duì)外開(kāi)放的新格局的背景下，新風(fēng)光公司產(chǎn)品將會(huì)更多服務(wù)于國(guó)外市場(chǎng)，為國(guó)外新能源發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量。
