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新风光高压 SVG 在哈萨克斯坦某光伏电站的应用

时间:2021-04-23 13:47:56来源:徐春红 徐西甲 田玉芳 宋林林

导语:​本文介绍了新风光电子科技股份有限公司生产的 SVG(FGSVG-C6.0/35T-O)在哈萨克斯坦某光伏电站的应用情况。在现场应用情况表明,新风光高压动态无功补偿装置对于光伏电站稳定运行具有很好的保障作用。

 1 前言

  目前,全球可再生能源开发利用规模不断扩大,应用成本快速下降,发展可再生能源已成为全球能源转型及实现应对气候变化目标的重大战略举措,也是我国推进能源生产和消费革命、推动能源转型的重要措施。随着“一带一路”国家战略的不断推进,中国积极与“一带一路” 沿线国家,开展推动水电、核电、风电、太阳能等清洁、可再生能源合作,推进能源资源就地就近加工转化合作, 形成能源资源合作上下游一体化产业链,加强能源资源深加工技术、装备与工程服务合作。哈萨克斯坦作为世界上最大的内陆国,其经济实力和资源优势在“丝绸之路经济带”上有着举足轻重的地位。

  哈萨克斯坦本国的发展战略和内外部环境为中哈两国新能源合作提供了广阔发展空间。对于中哈新能源合作来说,合作的动力来自于共同的外部驱动力以及国际环境压力,在于两国在资金、技术、产能、资源和市场等方面的互补性,有利于形成互惠互利的双赢局面。

  2 光伏电站现场情况

  该光伏电站位于哈萨克斯坦国南部地区,所在区域内太阳能资源丰富,所在地年平均水平面总辐射强度为1653kWh/m2,光照资源非常丰富,地形平坦、地质构造稳定,气象条件、水文地质、原材料供应等均满足光伏电站建设要求,为该光伏电站建设提供有利条件。

  该光伏电站总装机容量为63MWp(DC),采用分块发电、集中并网方案,电池组件采用330Wp多晶硅电池组件,水平单轴跟踪系统。该光伏电站总占地面积约125公顷,共安装光伏组件191856块,安装逆变器50MW(共安装额定功率为2500kW的逆变器20台),该光伏电站通过KEGOC接入哈萨克斯坦电网。

  建成后预计平均每年可为电网提供电量9776.21万kWh,按照火电煤耗(标准煤)每度电耗煤305g,与相同发电量的火电相比,相当于每年可节约标准煤约29817吨,每年减少排放温室效应性气体二氧化碳(CO2)79578 吨。此外还可减少烟尘、SO2、NOX、灰渣的排放。另外本项目还可减少相应的水力除灰废水和温排水等对水环境的污染。用户光伏电站现场如图1所示。

  2 FGSVG-C6.0/35T-O高压动态无功补偿控制系统

  该光伏电站项目选用了新风光电子科技股份有限公司生产的FGSVG-C6.0/35T-O(6.0 Mvar /35 kV)型高压动态无功补偿控制系统,用于光伏电站配套,保障电站可靠运行,设备一次成功投运,达到了预期目的。

  

用户光伏电站现场照片

  图 1 用户光伏电站现场照片

  2.1 FGSVG高压动态无功补偿控制系统技术优势

  FGSVG系列产品采用现代电力电子、自动化、微电子及网络通讯等技术,采用先进的瞬时无功功率理论和基于同步坐标变换的功率解耦算法,以设定的无功性质及大小、功率因数、电网电压为控制目标运行,动态的跟踪电网电能质量变化调节无功输出,并能实现曲线设定运行, 提升电网质量。FGSVG系列产品是目前国内外最为先进的无功补偿装置,这种基于电压型PWM变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件,而是通过电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。

  易操作、高性能、高可靠性的FGSVG系列产品为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求做出相应设计,具有以下特点:

  ● 模块化设计,安装、调试、设定简便;

  ● 动态响应速度快,响应时间≤5ms;

  ● 在补偿容量足够的前提下,输出电流谐波 (THD)≤3%;

  ● 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、负载补偿模式,目标值可实时更改;

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

  ● 抑制电压闪变,改善电压质量,稳定系统电压;

  ● FGSVG电路参数精心设计,发热量小,效率高,运行成本低;

  ● 设备结构紧凑,占地面积小;

  ● 主电路采用IGBT组成的H桥功率单元链式串联结构,每相由多个相同功率单元组成,整机输出由PWM波形叠加而成的阶梯波,逼近正弦,经输出电抗滤波后正弦度良好;

  ● 自动调整载波频率,自适应环境和功率变化;

  ● 小于0.2A的补偿精度;

  ● FGSVG采用冗余性设计和模块化设计,满足系统高可靠性的需求;

  ● 功率电路模块化设计,维护简单,互换性好;

  ● 保护功能齐全, 具有过压、欠压、过流、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;

  ● 人机界面设计采用windows系统的操作模式,功能菜单以及各种功能按键均按照电脑的操作习惯设计。界面友好显示,对外通讯提供了RS485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;

  ● 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,更灵活的补偿方案。具有4组FC接口控制功能,在控制上可以根据实际情况设置4组FC支路的投切顺序,并实时监测FC的故障状态,实现了SVG+FC系统的智能控制;

  ● 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;

  ● 采用进口优质DSP芯片和FPGA芯片,实现了3核控制技术,其中3片DSP芯片分别处理对外通讯,主控计算, 功率单元控制,三片FPGA配合DSP实现大量的数据处理和数据交换,基于这种构架的产品,整机响应速度达到了容性功率到感性功率突变时间只需要3.7ms;

  ● 与系统连接时,不需要考虑交流系统相序,连接方便;

  ● 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。整机扩容简单易行,特别是改造现场和未生产现场,若SVG投运后发现功率不能满足生产要求,可以随意扩容,不需要将设备完全拆除,只需要更换功率单元即可实现增容,另外在一个现场若有多台设备,可以十分方便的实现以太网组网,或通过高速光纤实现主从控制。

  2.2 新风光FGSVG-C6.0/35T-O高压动态无功补偿控制系统技术指标

  新风光FGSVG-C6.0/35T-O高压动态无功补偿控制系统技术指标如表1所示。

新风光 FGSVG-C6.0/35T-O 高压动态无功补偿控制系统技术指标

表 1 新风光 FGSVG-C6.0/35T-O 高压动态无功补偿控制系统技术指标

  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,星型接法的结构示意图如图2 所示。

 

FGSVG 电气结构示意图

图 2 FGSVG 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。FGSVG各柜体中主要器件及作用如表2所示。

 FGSVG 各柜体中主要器件及作用

表 2 FGSVG 各柜体中主要器件及作用

  2.4 新风光FGSVG工作原理

  新风光FGSVG能够准确测量电力系统的电压、电流等参数,迅速计算出电力系统的无功,进而计算出逆变输出电压移相角,并在特定时刻向SVG触发装置发控制信息。SVG同步装置采集系统母线电压信号,然后对此信号进行多阶滤波处理,滤除电压中的高次谐波和直流分量成分, 然后对所剩基波进行方波变换,从而得到与母线电压基波相位一致的方波信号(同步信号)。监控装置负责监视SVG各功率单元的工作状态,例如直流电容电压、功率单元内空气温度等。触发装置负责接收调节装置传来的SVG 工作移相角并将触发信号编码后下发给各功率单元。站控将SVG所有运行信息进行打包封装和存储,为操作人员提供一个直观的界面。

  FGSVG系列产品采用了先进的数字化标准载波移相技术,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。

  FGSVG采用星型连接的单相波形如图3所示。

单元输出叠加后的波形图

图 3 单元输出叠加后的波形图

  3 综合运行评价

  2019年12月初,FGSV G-C6.0/35T-O(6.0M va r / 3 5 k V ) 高压动态无功补偿控制系统一次性成功投运,至今运行正常。现场运行照片如图4所示。

图 4 FGSVG-C6.0/35T-O 现场运行照片

图 4 FGSVG-C6.0/35T-O 现场运行照片

  经过近一年的运行表明,FGSVG-C6.0/35T-O(6.0 Mvar /35 kV)高压动态无功补偿控制系统,保障了光伏电站的可靠运行,带来了明显的经济效益,在稳定电网质量,提高输配电能力等方面都有很好的效果,具体体现在以下方面:

  (1) 电网电压稳定。光伏电站自投运以来,有效保持了输电电压的稳定,补偿了因负载波动引起的电压波动, 保正了输电的稳定性。

  (2) 提高了功率因数并保持恒定。光伏电站在白天发电时由于逆变器的工作,功率因数较高,而在夜间或阴雨天没有阳光不发电时,功率因数就下降不稳定,采用SVG 的功率因数补偿后,可将功率因数补偿到0.98以上,保持了功率因数的稳定,提高了输电效率。

  (3) 通过SVG的低电压穿越功能,有效抑制了电网的闪变频率,提高了电网质量。

  (4) 平衡电网的无功。SVG将考核点接在并网处,能实时地检测电网的无功,平滑地调整无功,感性无功高时就补容性无功,容性无功高时就补感性无功,并能平滑的调节,保持了电网的无功平衡,利于电网的有功与无功的交换。

  (5) 调试方便,通过SVG的恒装置无功模式,可以自行发出感性无功或容性无功,检验装置的工作状态,确认设备的正常。

  (6)检修与维护方便。装置采用功率单元模块化设计,当每相不超过2个模块,总的不超过6个模块故障时, 可采取单元冗余的方式,降额运行。如果有备用单元,可在适当的时机停运,停电后进行更换,只是拆掉输出与光纤及单元固定螺栓即可更换,极大地方便了现场维护,有利于减少停运时间,保持设备的稳定。

  4 结束语

  随着“一带一路”国家战略的不断深入开展,为中哈两国新能源合作提供了广阔发展空间。来自于国际环境压力的共同外部驱动力,还有两国在资金、技术、产能、资源和市场等方面的互补性,都有利于双方形成互惠互利的双赢局面。相信在“ 一带一路” 稳步推进和当前中国正全力构建全面对外开放的新格局背景下, 新风光公司的产品将会更多服务于国外市场, 为国外新能源发展贡献更多力量。


标签: 高压变频器

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