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九州ju11netSVG无功动态补偿设备在光伏发电项目中的应用

发布时间:2020-04-14 作者:九州ju11net

1项目概述

山西省太古县风光发电有限公司20MW农光互补发电项目位于山西省晋中市太谷县水秀乡东怀远村,项目总装机容量20MW,已于2015年底并网发电。


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图1光伏现场

本项目总占地面积700余亩,本着以经济效益为中心,以技术创新为突破口的原则,按生态农业模式的要求,科学、合理地选择种植品种、规模及生态链,组织生产,提高农产品的附加值。

项目建成投产后,年均发电量约为2700万度,25年发电总量约为67500万度,共可节约标准煤约24.3万吨,减排二氧化氮约67.3万吨,二氧化硫约2.0万吨,氮氧化物约1.0万吨,碳粉尘排放量约18.4万吨。

本项目的建成投产可在一定程度上调整当地电力产业结构,解决当地政府的节能减排任务;光伏农业大棚可为当地提供无公害、绿色优质保健农产品,丰富城镇居民的餐桌,提高人们的生活质量,同时该项目可作为产学研基地及现代科技农业产业示范基地,促进该区域经济的可持续发展。

为了提高电网电压的稳定性,降低大型光伏电站对电力系统的冲击,要求大型光伏电站必须具备一定的低电压穿越能力。如果单纯依靠光伏变流器本身的功能,大型光伏电站的低电压穿越能力较弱,根据《光伏电站接入电网技术规定》Q/GDW 617-2011要求“大中型光伏电站应配置无功电压控制系统,具备无功功率及电压控制能力。根据电力调度部门指令,光伏电站自动调节器发出(或吸收)无功功率,控制光伏电站并网点电压在正常运行范围内,其调节速度和控制精度应能满足电力系统电压调节的要求。低电压穿越过程中光伏电站宜提供动态无功支持。”《GB/T29321-2012光伏发电站无功补偿技术规范》中5.2条款要求,“光伏电站无功补偿装置应能够跟踪光伏电站处理的波动及系统电压控制要求,并快速响应。动态无功响应时间应不大于30ms。”该光伏电站业主通过招标方式,选择了九州ju11net生产的FGSVG-3.0/35T-O型高压动态无功补偿和谐波治理装置,配置在光伏发电现场,用于电网无功补偿和谐波治理,设备一次成功投运,达到了预期目的。
2 FGSVG系列产品特点:

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给予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。
  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网络的功率因数、治理谐波、补偿负序电流的迫切需要,做出相应设计,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。


 
图2现场整体外观图

3现场接线方式

现场采用降压式接入方式,10kVSVG通过变压器接入35kV电网,考核点在35kV侧,SVG通过并网变压器接入电网,变压器接入点与考核点相同。如图3所示。PT信号连接到PT1,并且二次接线端子PTA1与接入点电网一次端  子A必须是同一相;PTB1与接入点电网一次端子B必须是同一相,PTC1与接入点电网一次端子C必须是同一相。PT1用于SVG计算并网同步信号,还用于计算考核点处的无功。



图3 SVG现场接线图

4现场调试
现场安装完成后可进行调试。现场调试包括模拟调试与并网调试两部分。
4.1模拟调试

主要是与现场高压开关柜的连锁调试、现场与后台的通讯对接及与变压器的保护对接及与户外隔离刀闸的对接等。

与高压开关柜的连锁包括高压合闸允许信号、高压就绪信号及SVG故障连跳高压信号。合闸允许及连跳高压都是SVG给现场高压开关柜的信号,而高压就绪信号则是现

高压开关柜给SVG的信号,可将SVG与现场高压开关柜对接后进行调试,直到信号都正常。

现场与后台的通讯调试主要是SVG与后台的信号与操作命令的传输。包括SVG传给后台的遥信、遥测信号以及后台控制SVG的遥调、遥控指令。可通过人机界面的“信息查询”/“遥信遥测”界面模拟生成数据,每个地址里生成不同的数据,在界面上观测看到的数据是否与生成的一致进行对比调试。如图4所示。

 

 
图4通讯点表图

变压器的保护调试包括变压器的超温、超压、油压低报警及瓦斯高报警等,可对照变压器的图纸一一对接进行模拟调试。
户外隔离刀闸的调试包括主刀、地刀的合分,是否到位,是否分合灵便,主刀与地刀在人机界面上的显示状态与实际是否相符,等等,都要进行相应的调试。
以上调试正常后,还要模拟运行一下,看风机的运转方向是否与风机所表示的方向一致,以免运行时风机反转造成单元或整机过热保护而跳闸。
4.2并网调试
并网调试必须在模拟调试都正常的情况下进行带高压调试。调试的难点主要在PT信号与一次线的相序查找上,若相序不对,势必造成SVG的输出与电网不同步而过负荷跳闸。
利用SVG上主电高压时对单元内的电容的充电电流,以及合闸闭合接触器时的充电电流与一次电压采集的波形相比较,电流与电压相位一致就说明相序正确,否则就不对,可通过调整PT到SVG的二次线的顺序(三线六种接法,即ABC、ACB、BAC、BCA、CAB、CBA)进行调整,直到观测到的波形如图5所示才为正确。


 
 
图5相序检测波形图

波形正常后,才能开机运行,首次开机要先限制功率,额定功率改为0.5MVar,额定电流改为20A,运行模式改为恒功率模式,即手动调节模式,无功给定设置为0.1MVar,点击开机按钮,观察装置实际输出的无功是否基本等于设定值,以及装置电流是否正常。正常后,逐步放大功率限制值直到额定值。在整个手动调试期间,不出现保护,即表明并网成功,如开机保护,可以在“故障录波”界面观测保护时的三相电网电压及三相装置电流,并网失败的原因可能是PT信号线与一次端子不对应。

对于CT的对接,可以通过SVG装置与后台的系统无功、有功及电流进行对比。如图6所示。若没有可以对比的数据,可以让SVG工作在手动控制模式,并网使SVG输出无功,假如负载没有投入,则系统上的无功、有功、电流应该与SVG装置输出一致,如果负载在运行,可以设置SVG输出与系统侧不同性质的无功,观察能否抵消掉系统的无功,如SVG显示系统无功为1MVar,并网后控制SVG输出-0.5MVar无功,观察系统无功是否从1MVar减小到0.5MVar。CT不正常可以通过修改CT的设置“CT定义”和“工程变比”,其中“工程变比”可以根据需要设置成负数,实现反相的功能。


 
图6系统数据图

SVG计算的系统无功、负载无功正常后可以改为需要的自动补偿模式,第一次自动模式需要限制额定功率、额定电流,工作正常后,再逐步放宽额定功率、额定电流的设置直到出厂额定值。
5系统运行情况

经过认真调试,SVG装置按用户要求,已投入正常运行,现按功率因数自动补偿运行,功率因数设定值为97%,投运后工作正常,用户十分满意,如图7是运行的人机界面图。


 
图7运行状态图

6总结

在新能源建设中,由于风电、光电或水利发电一般都建设在较偏远的地区,距离城市及用户较远,在负荷较重的情况下,电压跌落较大,使电网电压不稳定,功率因数较低,不能保证发电能量的正常传输。因此国家在推广新能源的建设过程中,首先着力推荐使用无功补偿装置,而现在无功补偿的最先进的技术就是SVG,即静止无功发生器。通过去年我公司一批及在国外如墨西哥、朝鲜、蒙古、印度、印尼等国家SVG的应用,在产品性能、稳定性、可靠性及满足用户要求等方面都体现了极大的优越性,主要表现在以下几个方面:
(1)电网电压稳定。SVG通过串联于电网中的电感,时时监测SVG与电网端的电压,当电网电压高于SVG电压时,SVG工作在感性运行模式,从电网吸收无功,当电网低于SVG电压时,SVG工作在容性运行模式,向电网发送无功,从而保证电网的无功在可容许的范围,保证系统的无功稳定,从而也稳定了电网电压。
(2)增强输电能力,降低了变压器及线路的损耗,提高了到用户的电能利用率,保证了可靠的供电能力。
(3)降低了电网的谐波,减小了无功损耗。SVG本身不产生谐波,而且在一定范围内还有抑制谐波的能力。比起其他的无功补偿模式,如SVC,电容组滤波等都有明显的优势。
(4)稳定并提高了电网的功率因数,满足了用户对电网功率因数的要求,如本例光伏电站SVG始终稳定在97%左右,符合国家对电网的要求。
(5)节能降耗,提高了输配电的效率。由于稳定了系统无功,减少了线路及变压的损耗,客观上节约了电能,实现了清洁能源供电,深受用电户的青睐。
总之,SVG是近年来发展起来的一种高效、优质的无功补偿措施。在新能源的建设中,值得大力推广。