1、项目概述

    振发新能源国能民勤红沙岗50MW光伏电站位于甘肃省武威市民勤县，电站东南距离民勤县约67.5公里，北距红沙岗镇约2.5公里，西侧紧靠212省道。进站道路由站址2012省道向东引接，长约200m。

    该光伏电站总发电容量50MWp，接入系统电压等级35千伏，采用平板固定式组件阵列，共安装235瓦多晶硅电池板212784块，安装逆变器、35千伏升压变压器，及相配套的继电保护、自动装置、光功率预测、通信、计量、计算机监控等设备。电站设计年发电量7747.4万千瓦时。该光伏电站选用新风光电子科技股份有限公司生产的FGSVG-C12.0/35高压动态无功补偿装置，对电站电网质量进行改善。

2、新风光FGSVG-C12.0/35高压动态无功补偿

    以下对新风光FGSVG-C12.0/35高压动态无功补偿装置做一些介绍。

2.1新风光FGSVG-C12.0/35技术指标

    民勤红沙岗50MW光伏电站无功补偿装置FGSVG-C12.0/35总容量为12Mvar，可以动态输出12Mvar的感性或容性无功，通过对35kV目标侧的无功检测，动态补偿系统无功，谐波治理，达到对电压和功率因数的控制。

    新风光FGSVG-C12.0/35技术指标如表1所示。

2.2新风光FGSVG-C12.0/35高压动态无功补偿装置的特点

    FGSVG以高可靠性、易操作、高性能为设计目标，满足用户对提高输配电电网的功率因数、治理谐波、补偿负序电流的迫切需要，具有以下特点：

    （1）模块化设计，安装、调试、设定方便。

    （2）动态响应速度快，响应时间≤5ms。

    （3）在补偿容量足够的前提下，输出电流谐波(THD)≤3%.

    （4）多种运行模式极大的满足用户需求，运行模式有：恒装置无功功率模式、恒考核点无功功率模式、恒考核点功率因数模式、恒考核点电压模式、恒考核点无功功率模式2,目标值可实时更改。

    （5）实时跟踪负荷变化，动态连续平滑补偿无功功率，提高系统的功率因数，实时治理谐波，补偿负序电流，提高电网供电质量。

    （6）抑制电压闪变，改善电压质量，稳定系统电压。

    （7）FGSVG电路参数精心设计，发热量小，效率高，运行成本低。

    （8）设备结构紧凑，占地面积小。

    （9）主电路采用IGBT组成的H桥功率单元串联结构，每组由多个相同的功率单元组成，整机输出由PWM波形叠加而成的阶梯波，逼近正弦，经输出电抗器滤波后正弦度好。

    （10）FGSVG采用冗余性设计和模块化设计，满足系统高可靠性的要求。

    （11）功率电路模块化设计，维护简单，互换性好。

    （12）保护功能齐全，具有过压、欠压、过流、光纤通讯故障、单元过热、不均压等保护，并能实现故障瞬间的波形录制，便于确定故障点，易维护，运行可靠性高。

    （13）人机界面友好显示，对外通讯提供了RS485、以太网等接口，采用标准MODBUS通讯协议。除具有实时数字量及模拟量的显示、运行历史事件记录、历史曲线记录查询、单元状态监控、系统信息查询、历史故障查询等功能外，还具有送电后系统自检、一键开停机、分时控制、示波器（AD通道强制录波）、故障瞬间电压/电流波形记录等特色功能。

    （14）FGSVG设计包含与FC配合使用的接口，实现定补和动补的有效结合，为用户提供更经济、更灵活的方案。

    （15）投切时无暂态冲击，无合闸涌流，无电弧重燃，无需放电即可再投。

    （16）与系统连接时，不需要考虑交流系统相序，连接方便。

    （17）可并联安装，极易扩展容量。并机运行使用光纤通讯，通讯速度快，能够完好的满足实时补偿的要求。

2.3系统结构

    FGSVG系列产品的主电路采用链式拓扑结构，模块化的结构设计，采用星型连接，每相20功率单元串联，星型接法的结构示意图如图1所示。

图1FGSVG电气结构示意图

    控制柜与功率柜信号通过光纤进行隔离控制，实现了高低压的可靠隔离。FGSVG系列产品系统对结构上做出了极大的改进处理，使维护更方便。控制柜进行了严格的抗干扰处理，保障控制系统不受高压主回路的影响。功率单元的改善使得功率柜占地面积更小，极大节省了用户设备空间，减少了投资。

    FGSVG系列产品主要分为三部分：控制柜、功率柜、电抗器柜。其中功率柜实现了统一设计，方便产品的扩展及稳定性。各电压等级的装置由控制柜、功率柜及电抗器柜（或空心电抗）组成。各柜体中主要器件及作用如表2所示。

2.3.1控制柜

    主回路部分由隔离开关QS1，断路器QF，缓冲电阻R及状态检测器件等多个部分组成，如图2所示。

图2控制柜中主回路图

    自主研发的主控箱系标准机箱，通过了GB/T17626系列国标要求的严格EMC（电磁兼容性）认证，又通过温度冲击及振动试验的处理，具有极高的可靠性。

    主控箱中控制核心由高速32位数字信号处理器DSP、大规模可编程逻辑器件CPLD/FPGA协同运算来实现。精心设计的算法可以保证FGSVG达到最优的运行性能。控制器采用大规模集成电路和表面焊接技术，使系统具有极高的可靠性。采用国际知名品牌西门子PLC，增强了系统的灵活性。

    人性化操作界面如图3所示，柜门上安放紧急停止按钮，方便用户在紧急情况下操作。选用知名品牌威纶通HMI，采用世界先进的仪器设备，运用标准化作业程序执行管制，与国际标准同步，保证了其金牌品质。

图3FGSVG人机界面

2.3.2功率柜

    功率柜主要由功率单元组成，构成了FGSVG无功补偿的主体。功率单元分三相安装，每相单元20个，单元输出波形叠加成整机输出波形。每个功率单元都承受全部的输出电流、1/20的相电压、1/60的输出功率。单元模块工作时会产生部分热量，由柜顶或后柜门设计的风机强制散热。

    直流电容精心选用知名品牌的薄膜电容，采用金属化聚丙烯薄膜（德国创始普PHD型耐高温聚丙烯基膜），为产品可靠性提供了有力保障。

    每个功率单元均具有完善的保护功能（过流、过压、过温、驱动触发异常、通讯异常等），控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能。

    功率单元结构上完全一致，模块化的结构设计，使得功率单元可以任意互换，单元的外部接口只有两个或四个输出端子及两个光纤插口，这使得维护和检修更简单。每个单元通过IGBT逆变桥实现正弦PWM控制，可得到如图4所示的单元输出波形。

图4单元输出波形

    单元链接后三相之间进行星型连接并通过电抗接入电网，通过对每个单元的PWM波形的叠加，可得到逼近正弦的阶梯PWM波形，如图5所示为星型连接的单相波形。

图5单元输出叠加后的波形图

    FGSVG系列产品采用了先进的数字化标准载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相叠加、谐波彼此相抵消，串联后又经过输出电抗器滤波，总输出波形正弦度好，dv/dt小，谐波成分含量小，可减少对电缆的绝缘损坏，在输出侧无需再增加输出滤波器。

2.3.3电抗器柜

    FGSVG系列产品通过电抗器L接入电网，电流波形正弦度更好。电抗器平波的同时，也抑制了SVG的谐波使其输出的电流谐波符合国家标准。电抗器柜的单独设计利于用户对空间的更高使用率，极大程度的缓解了空间对该设备的使用限制，一定程度上减少了用户对设备间的投资，节省了开支。

2.4FGSVG运行方式

    运行方式包含了五种：恒装置无功功率模式、恒考核点无功功率模式、恒考核点功率因数模式、恒考核点电压模式、恒考核点无功功率模式2。由下拉框选定，并于右侧设定目标值，目标值可随时更改，更改后可根据检测值检查补偿效果。如表3所示，对“运行方式”进行了详细说明。

    为与上位机建立通讯，本装置采用标准的MODBUS_RTU通信协议及CDT-91循环规约。FGSVG并联运行，依托成熟的通讯模式使用光纤通讯，保证并联运行装置的安全、可靠运行，提升从机的跟踪速度，实现大容量FGSVG的并网要求。

    柜门人机界面还提供了装置未上高压时，通讯信息的遥信遥测验证功能，方便现场调试人员对通信数据通道及数据进行测试（如图6所示）。

图6“四遥”测试界面

    “调试项选择”中依次选择要调试的内容，由数据输入框设定数值，若地址对应则上位机显示相应数据/状态或FGSVG接受控制信号。如图6中选择遥信量，则设置遥信调试数据的值对遥信量进行变化，界面中间“遥信栏”显示目前设定的状态，若通讯正常且上位机地址正确则正确显示该状态，说明调试成功。其它项做类似调试。

3、现场应用情况

    民勤红沙岗50MW光伏电站汇集升压站的一次接线如图7所示。

图7光伏电站汇集升压站的一次接线图

    光伏电站政策电价每年都在递减，现场50兆瓦光伏电站在2013年年底建成，并在2013年12月29日开始启动投运并网，先后进行了110千伏线路充电、110千伏刀闸断路器等开关合断测试、主变充电测试、35千伏侧各光伏支路充电测试、FGSVG并网投入运行测试等等。

    FGSVG通过安装在110kV侧的PT、CT装置，检测并网点的电压、电流，可以实现恒装置无功功率控制、恒考点电压控制、恒考核点无功功率控制以及恒考核点功率因数控制。根据调度要求，现场采用恒考核点功率因数控制模式。FGSVG一次并网投运正常，光伏电站经过24小时的试运行之后，电站归调，转入正式运行，完成了元旦前并网投运的目标。满足了光伏电站对于无功补偿装置的要求，也顺利经过了验收。

    民勤红沙岗50MW光伏电站投入SVG之后功率因数一直稳定在0.98~0.99之间，既满足了尽量多发电的要求，又满足了电力系统对功率因数的要求。

    SVG对谐波具有滤除功能，现场投入SVG之后电网接入点电流谐波含量维持2%以下，SVG与普通的无功补偿装置相比具有极快的响应速度，FGSVG响应速度小于5ms，对于电网电压的跌落和闪变具有一定抑制作用并网波形（如图8所示）：

图8改善电网电能质量

    响应速度波形（如图9所示）：

图9响应速度波形

4、结论

    经过两年多来的运行表明，FGSVG无功补偿装置在民勤红沙岗光伏电站工作稳定可靠，自动化程度高，改善了电网质量，达到了预期效果，该项工程得到甘肃电网公司的高度认可。与现有的其他无功补偿设备相比，优越性非常明显，在光伏电站上具有很好地推广应用价值。