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九州ju11net35kV直挂式SVG装置在光伏电站的应用

发布时间:2020-04-14 作者:九州ju11net

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。该光伏电站选用九州ju11net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 九州ju11netFGSVG-C12.0/35高压动态无功补偿

以下对九州ju11netFGSVG-C12.0/35高压动态无功补偿装置做一些介绍。
2.1 九州ju11netFGSVG-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12 Mvar,可以动态输出12 Mvar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。
九州ju11netFGSVG-C12.0/35技术指标如表1所示。


2.2 九州ju11netFGSVG-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。

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。

公司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。

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。

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。

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。
2.4  FGSVG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)。


“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。

 

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):


响应速度波形(如图9所示):


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。