應(yīng)用案例|高壓SVG無功補償裝置在農(nóng)光互補項目的應(yīng)用

時間：2022-05-28作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：372

提醒：

文中詳細介紹了新風系統(tǒng)光電生產(chǎn)制造的髙壓動態(tài)無功補償設(shè)備（SVG）在華電**汶上光伏項目的使用狀況。從SVG的原理、特點及在無功功率補償層面的效果等領(lǐng)域開展了剖析，表明了SVG在發(fā)電廠、尤其是太陽能發(fā)電及風力發(fā)電工程項目的主要功效。

1前言

華電國，坐落于山東省濟寧市汶上郭樓鎮(zhèn)，占地總面積4200畝，總裝機量為100MW，是我國太陽能發(fā)電良好技術(shù)性產(chǎn)業(yè)基地**工程，于2018年5月31日成功并網(wǎng)。該工程項目于2018年4月納入山東新發(fā)展理念變換重大工程甄選典型性新項目。該工程位于煤礦開采塌陷區(qū)區(qū)，選用"農(nóng)光相輔相成"新式發(fā)展模式，合理運用煤礦開采塌陷區(qū)區(qū)土地資源和太陽能發(fā)電資源，將農(nóng)業(yè)與太陽能發(fā)電**結(jié)合，**層用以太陽能發(fā)電，下一層用以溫室大棚種植，充足完成土地資源的深層運用。依靠光伏行業(yè)發(fā)展趨勢現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)和旅游觀光，執(zhí)行規(guī)?；a(chǎn)制造和集約化運營，對推動本地工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進技術(shù)發(fā)展，培養(yǎng)新的經(jīng)濟發(fā)展具備關(guān)鍵的經(jīng)濟**和社會發(fā)展實際意義，是貫徹執(zhí)行鄉(xiāng)村振興發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵實踐活動。

該項目具備較好的綠色生態(tài)和社會經(jīng)濟效益，新項目投用后不但可以提升園林綠化總面積，加速山東新發(fā)展理念的變換步伐，還能夠吸引住鄉(xiāng)村人力資本，提升居民收入。與此同時每一年可降低標準煤耗費約4.69萬噸級，相對應(yīng)每一年降低粉塵102噸/年，SO2816.82噸/年，NOX1225.3噸/年，CO211.23萬噸級/年，爐渣1.70萬噸級/年。對本地的生態(tài)文明建設(shè)具備關(guān)鍵實際意義。




如下圖1圖示為該工程項目全景圖。

圖1

2發(fā)電站無功功率的完成

從電力電子學的方面而言，針對發(fā)電站，不僅向客戶給予一定的有功功率動能，供客戶的配電機器設(shè)備應(yīng)用，如各種各樣電機將電磁能變換為機械動能，各種各樣電熱器材將電量轉(zhuǎn)化為熱量供大家應(yīng)用，各種各樣照明燈具將電量轉(zhuǎn)化為聚光，供我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ饔?。但與此同時也務(wù)必推送一定的無功功率功率。它是用作電源電路內(nèi)火電廠與電磁場的互換，并用于在配電設(shè)備中創(chuàng)建和保持電磁場的電功率。它不對外開放作功，反而是變化為其它類型的動能。但凡有磁鐵線圈的電器設(shè)備，要創(chuàng)建電磁場，都必須耗費無功功率功率。無功功率決不是沒用功率，它的用途非常大，電機必須創(chuàng)建和保持電磁振蕩，使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)進而推動分子熱運動，電機的電機轉(zhuǎn)子電磁場就是在開關(guān)電源獲得無功功率功率而創(chuàng)建的。變電器也一樣必須無功功率功率，才可以使變電器的一次電磁線圈形成電磁場，在二次電磁線圈磁感應(yīng)出電壓。因而，沒有無功功率功率，電機就不容易旋轉(zhuǎn)，變電器也無法直流變壓器，直流接觸器也不可以吸合。這就如同人用餐，每一次盛一碗飯吃，吃了又去盛一碗飯吃，對人會來講，飯等同于對人會做有功功率，而碗便是做無功功率。

在電網(wǎng)中，有功功率與無功功率都需要維持相對性均衡，不然系統(tǒng)軟件的頻率電壓就不能保持在穩(wěn)定范疇內(nèi)。

而針對火電廠而言，一般不用**型的無功功率補償機器設(shè)備，這是由于發(fā)電機組自身也是一個無功功率補償機器設(shè)備，在其傳出電力工程的與此同時，假如提升勵磁調(diào)節(jié)器電壓，便會傳出理性無功功率，假如降低勵磁調(diào)節(jié)器電壓，便會傳出負載無功功率。

可是針對光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，因為沒有發(fā)電機組，沒法靠更改勵磁調(diào)節(jié)器電壓來更改路線內(nèi)的無功功率，因而需要選用專門的無功補償裝置，確保電網(wǎng)靠譜的平穩(wěn)經(jīng)濟形勢。而這類專門的無功補償裝置，如今通常選用的便是靜止不動無功補償裝置，通稱SVG。

3SVG動態(tài)無功補償設(shè)備的詳細介紹

伴隨著當代電網(wǎng)的大量發(fā)展趨勢，新能源技術(shù)的很多投運、大空間的電力工程電子產(chǎn)品等較優(yōu)控制負載和破壞性負載的廣泛運用，產(chǎn)生了明顯的電力系統(tǒng)問題：

◆功率因素低，電網(wǎng)耗損提升，產(chǎn)品成本增加，生產(chǎn)率減少。

◆造成的無功功率沖擊性造成電網(wǎng)電壓起伏及閃變，比較嚴重時造成傳動系統(tǒng)及保護設(shè)備無 常工作中乃至停工。

◆電網(wǎng)三相不平衡，造成負序電流使電動機產(chǎn)生震動。

◆造成高次諧波電流量，造成電網(wǎng)電壓失真。

◆電容器組串聯(lián)諧振及諧波電流量變大，使電力電容器過負載或過電壓，乃至損壞。

◆提升變壓器損耗，造成變電器發(fā)燙。

◆造成電氣設(shè)備發(fā)燙，電動機扭矩不穩(wěn)乃至毀壞。

◆加快電氣設(shè)備絕緣層衰老，易穿透。

◆減少中頻爐生產(chǎn)率，提升耗損。

◆影響通信數(shù)據(jù)信號。

伴隨著電網(wǎng)的飛速發(fā)展，對無功功率功率開展調(diào)節(jié)與賠償?shù)闹匾匀找嬖黾印?/p>

■輸電網(wǎng)絡(luò)對運作效果的需求逐漸提升，為了較好地合理運用輸變電工程容積，解決無功功率開展就地賠償。

■開關(guān)電源（特別是在水電工程、太陽能發(fā)電等新能源技術(shù)）避開負載**，長距離的輸配電必須靈便操縱無功功率以支撐點處理可靠性及電壓操縱問題。

■配電網(wǎng)中出現(xiàn)很多電交流電流，在運轉(zhuǎn)中需用很多無功功率，促使配電系統(tǒng)耗損大大增加。

■直流輸電系統(tǒng)要求在直流變換器的溝通側(cè)開展無功功率操縱。

■客戶針對配電電力系統(tǒng)的需求逐漸提升，得到社會經(jīng)濟效益的目地日漸確立，對電網(wǎng)的無功功率開展賠償，尤其是就地無功功率補償，在輸變電體系中便變得十分必要。

現(xiàn)階段較滿意的解決方法便是選用SVG(StaticVarGenerator-靜止不動無功功率產(chǎn)生器)也稱STATCOM（StaticSynchronousCompensator的通稱)，其關(guān)鍵功能是：

提升電網(wǎng)可靠性、提升輸配電工作能力、清除無功功率沖擊性、抑止諧波、均衡三相電網(wǎng)，減少耗損、節(jié)能減排。

其原理是將平臂變流器電源電路根據(jù)變壓器串聯(lián)在電網(wǎng)，適度調(diào)整平臂變流器電源電路輸出電壓的位置和幅度值或是立即調(diào)整其輸出電流量，使該電源電路消化吸收或傳出符合要求的無功功率功率，進而完成動態(tài)無功補償?shù)哪康亍?/p>

SVG型動態(tài)無功補償與諧波整治設(shè)備的應(yīng)用是現(xiàn)在較現(xiàn)代化的動態(tài)無功補償技術(shù)性，較成熟穩(wěn)重的電壓源型并網(wǎng)逆變器技術(shù)性，促使無功補償裝置完成了質(zhì)的飛躍。無功功率補償不會再使用大空間的電容器、電感件，反而是根據(jù)大功率功率器件的高頻開關(guān)完成無功功率動能的轉(zhuǎn)換。

SVG動態(tài)無功補償設(shè)備是以IG為關(guān)鍵的無功功率補償系統(tǒng)軟件，可以迅速持續(xù)地給予負載或理性無功功率功率，完成考評點穩(wěn)定無功功率、穩(wěn)定電壓和恒定功率因素的調(diào)節(jié)等，確保供電系統(tǒng)平穩(wěn)、高效率、高品質(zhì)地運作。在配電網(wǎng)中，將中小型容積的SVG商品安裝在一些*特負載（如中頻爐）周邊，可以明顯地改進負載與公共性電網(wǎng)連接功能處的電力系統(tǒng)，例如提升功率因素、擺脫三相不平衡、清除電壓閃變和電壓起伏、抑制諧波環(huán)境污染等。

4新風光無限髙壓SVG商品的主要特點：

新風光無限SVG產(chǎn)品系列選用當代機械電子、自動化技術(shù)、微電子技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)性，選用專業(yè)的瞬間無功功率功率基礎(chǔ)理論和根據(jù)同歩旋轉(zhuǎn)變換的功率解耦優(yōu)化算法，以設(shè)置的無功功率特性及尺寸、功率因素、電網(wǎng)電壓為**措施運作，動態(tài)性的追蹤電網(wǎng)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變調(diào)整有功輸出，并能完成曲線圖設(shè)置運作，提高電網(wǎng)品質(zhì)。

易實際操作、性能**、可靠性高的SVG產(chǎn)品系列為滿足客戶對提升輸變電電網(wǎng)的功率因素、整治諧波、賠償負序電流的急切要求作出相對應(yīng)設(shè)計方案，具備下述特性：

●模塊化，安裝、調(diào)節(jié)、設(shè)置簡單。

●動態(tài)性響應(yīng)時間快，響應(yīng)速度≤5ms。

●在賠償容積充足的條件下，輸出電流量諧波（THD）≤3%。

●多種多樣運行模式巨大地滿足客戶要求，運行模式有：恒設(shè)備無功功率功率方式、恒考評點無功功率功率方式1、恒考評點功率因素方式、恒考評點電壓方式、恒考評點無功功率功率方式2，目標可即時變更。

●實時跟蹤負載轉(zhuǎn)變，動態(tài)性持續(xù)光滑賠償無功功率功率，提升系統(tǒng)軟件功率因素，即時整治諧波，賠償負序電流，提升電網(wǎng)配電品質(zhì)。

●抑止電壓閃變，改進電壓品質(zhì)，平穩(wěn)系統(tǒng)軟件電壓。

●SVG電源電路主要參數(shù)精心策劃，熱值小，高效率，運作低成本

●機器設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地總面積小。

●主控制電路選用IG構(gòu)成的H橋功率單元鏈條式串連構(gòu)造，每相由很多個同樣功率單元構(gòu)成，整體輸出由PWM波形累加而成的臺階波，靠近正弦函數(shù)，經(jīng)輸出電感過濾后正弦函數(shù)度優(yōu)良。

●SVG選用冗余設(shè)計設(shè)計方案和模塊化，達到系統(tǒng)軟件可靠性高的要求。

●功率電源電路模塊化，維護保養(yǎng)簡易，交換性好。

●維護功能完善，具備過電壓、欠壓保護、過電流、單元**溫、不勻壓等維護，并能達到常見故障一瞬間的波形拍攝，有利于明確問題點，易維護保養(yǎng)，運作穩(wěn)定性高。

●工業(yè)觸摸屏友善表明，對外開放通信帶來了RS-485、以太網(wǎng)接口等插口，選用規(guī)范Modbus通信協(xié)議。除具備即時數(shù)據(jù)量及plc的表明、運作歷史時間事件記錄、歷史曲線圖查詢記錄、單元情況監(jiān)控器、系統(tǒng)軟件記錄查詢、歷史時間常見故障查看等作用外，還具備合閘后系統(tǒng)檢測、一鍵開關(guān)機、分時圖操縱、數(shù)字示波器（AD安全通道強制性錄波）、常見故障一瞬間電壓/電流量波形紀錄等特色功能。

●SVG設(shè)計方案包括與FC相互配合應(yīng)用的插口，完成定補和動補的合理融合，為客戶帶來較經(jīng)濟發(fā)展，較靈敏的賠償計劃方案。

●投切時無暫態(tài)過程沖擊性，無重合閘浪涌電壓，無電孤重新點燃，不用充放電就可以再投。

●與操作系統(tǒng)聯(lián)接時，不用考慮到溝通交流系統(tǒng)軟件零線火線，聯(lián)接便捷。

●可并接安裝，非常容易拓展容積。并機運作應(yīng)用電力載波，通信速度較快，可以完好無損的達到即時賠償?shù)囊?guī)定。

5SVG的基本概念

SVG產(chǎn)品系列的基本原理圖示如下圖2所顯示。在直流電路中，電壓和交流電的位置有三種狀況，當負荷展現(xiàn)純電阻特點時，電壓和電流量位置同樣；當負荷展現(xiàn)電感器特點時，電壓相位差**前的電流量相位差；當負荷展現(xiàn)電容器特點時，電壓相位滯后電流量相位差。




圖2SVG電路原理圖

SVG產(chǎn)品系列基本概念是將自換相電橋電路根據(jù)變電器或是串聯(lián)電抗器并接到電網(wǎng)上，適度地調(diào)整電橋電路溝通交流側(cè)輸出電壓的峰峰值和相位差，或是可以直接操縱其溝通交流側(cè)電流量使該電源電路消化吸收或傳出符合要求的無功功率電流量，完成動態(tài)無功補償?shù)哪康?，如?所顯示




6髙壓SVG的主控制電路構(gòu)造

髙壓SVG產(chǎn)品系列的主控制電路選用鏈條式網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計的總體設(shè)計，星形及三角形的接口方式完成不一樣容積下的較高*，既保證客戶項目投資的實效性，又確保了供電系統(tǒng)平穩(wěn)、高效率、高品質(zhì)的運作。星形接線方法的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖3所顯示。




圖3SVG的系統(tǒng)框圖

控制箱與功率柜數(shù)據(jù)信號根據(jù)金屬開展防護操縱，完成了高壓低壓的靠譜防護。SVG產(chǎn)品系列對系統(tǒng)構(gòu)造上作出了很大程度的改善解決，使維護保養(yǎng)較便捷?？刂葡溟_展了嚴苛的抗干擾性解決，確保自動控制系統(tǒng)不會受到髙壓主電路的危害。功率控制模塊（單元）的改進促使功率柜占地總面積較小，巨大減少了客戶機器設(shè)備室內(nèi)空間，降低了項目投資。

功率柜關(guān)鍵由功率單元構(gòu)成，組成了SVG無功功率補償?shù)男袨橹黧w。功率單元分三相安裝，每相單元數(shù)量相同，單元輸出波形累加成整體輸出波形。每一個功率單元都承擔所有的輸入輸出電流量、1/N的相電壓、1/(3N)的輸出功率。單元控制模塊工作中的時候造成一部分發(fā)熱量，由柜上或后箱門設(shè)計方案的離心風機強制性排熱。功率柜單元排列如下圖4所顯示。每一個功率單元均具備健全的**作用（過電流、過電壓、過溫、推動開啟出現(xiàn)異常、通信出現(xiàn)異常等），各單元情況均意見反饋到主控芯片系統(tǒng)軟件，控制板與功率單元中間選用電力載波技術(shù)性，低電壓一部分和髙壓一部分徹底靠譜防護，系統(tǒng)軟件具備較高的安全系數(shù)，與此同時具備非常好的抗電磁輻射特性。




圖4功率柜單元排列

功率單元構(gòu)造上完全一致，模塊化設(shè)計的總體設(shè)計，促使功率單元可以隨意交換，單元的外界插口僅有2個或四個輸出接線端子及2個金屬插孔，這促使維護保養(yǎng)和維修較簡易。在單元已經(jīng)有多余的情形下其他功率單元產(chǎn)生常見故障，客戶可以簡易拆換預(yù)留功率單元，為恢復(fù)生產(chǎn)獲得寶貴時間。

每一個單元根據(jù)IG逆變電源橋完成正弦函數(shù)PWM操縱，可獲得如下圖5所顯示的單元輸出波形。




圖5單元輸出波形

單元連接后三相中間開展星形或角型聯(lián)接并根據(jù)電感連接電網(wǎng)，根據(jù)對每一個單元的PWM波形的累加，可獲得靠近正弦函數(shù)的臺階PWM波形，如下圖6所顯示為星形聯(lián)接的單相電波形。




圖6星形聯(lián)接的單相電波形

SVG產(chǎn)品系列使用了優(yōu)秀的智能化規(guī)范載波通信移相技術(shù)性，它的特性是單元輸出的基波相累加、諧波彼此之間相相抵，串連后又通過輸出電抗器過濾，總輸出波形正弦函數(shù)度好，dv/dt小，諧波成份成分小，可降低對電線電纜的絕緣層毀壞，在輸出側(cè)不用再提升輸出過濾器。

7SVG的主要用途

SVG產(chǎn)品系列可以提高電力工程傳送工作能力、減少電磁能耗損、賠償無功功率功率、整治諧波、抑止閃變、平穩(wěn)電網(wǎng)電壓、均衡三相系統(tǒng)軟件、更改系統(tǒng)軟件的減振特點、提升操作系統(tǒng)的可靠性，具備比較廣泛的運用范疇。

SVG產(chǎn)品系列可廣泛運用于石油化工設(shè)備、供電系統(tǒng)、冶金工業(yè)、電氣化鐵路、城市規(guī)劃建設(shè)等領(lǐng)域中，為各種各樣異步電機、變電器、可控硅并網(wǎng)逆變器、變頻調(diào)速器、感應(yīng)加熱爐、中頻爐、照明燈具、內(nèi)燃機車、斗提機、起重設(shè)備、沖壓機床、風能發(fā)電機、直流焊機、軋鋼機、熱處理爐、石英石熔化爐等機器設(shè)備給予高品質(zhì)、可靠性高的無功功率補償?shù)慕鉀Q方法。

（1）原油、化工廠、礦山開采、港口、**重型工業(yè)生產(chǎn)：

a平穩(wěn)配電電壓；

b給較多中低電壓電動機配電的配電站集中化賠償；

c大中型電動機的無功功率就地動態(tài)補償；

d對各種破碎機、粉碎機、球磨機開展無功功率集中化賠償；

e降低牽引帶傳動系統(tǒng)的無功功率起伏與諧波；

f大中型起重機械、涵閘自動控制系統(tǒng)、鍛造設(shè)備等的集中化賠償；

（2）鋼材、冶金工業(yè)：

a提升功率因素減少無功功率耗損；

b減少電壓起伏，抑止閃變，提升生產(chǎn)率；

c濾掉諧波，確保機器設(shè)備安全性；

d均衡負序；

（3）大城市配電網(wǎng)及農(nóng)網(wǎng)配電：

a提升功率因素減少無功功率耗損；

b處理不確定性負載造成的電壓起伏與閃變;；

c平穩(wěn)受電尾端電壓；

d合適對好幾個客戶的無功功率與諧波集中化賠償，特別是在沖擊性型負荷較多的場合；

（4）新能源接入：

a控制風電、光伏發(fā)電設(shè)備電源接入點無功，防止無功倒送；

b穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，減少發(fā)電功率波動造成的電壓波動；

c維持接入點電壓，提高低電壓穿越能力；

（5）電氣化鐵道及城市軌道交通行業(yè)：

a牽引供電系統(tǒng)的無功與諧波綜合治理，改善電能質(zhì)量，提高牽引能力，節(jié)能降耗；

b平衡機車負荷產(chǎn)生的負序電流。

8現(xiàn)場應(yīng)用情況

SVG應(yīng)用現(xiàn)場如圖7所示，現(xiàn)場運行人機界面截圖如圖8所示。




圖7SVG應(yīng)用現(xiàn)場




圖8現(xiàn)場運行人機界面

，建站后采用了新生產(chǎn)的SVG產(chǎn)品，型號是FGSVG-C6.5/35-O，共4臺用于電站的動態(tài)無功補償。自2018年投入運行，接近兩年的時間，通過運行實踐，帶來明顯的經(jīng)濟效益，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：

（1）電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。發(fā)電廠自投運以來，由于大部分面向農(nóng)村供電，電網(wǎng)波動比較頻繁。特別在夏季，電網(wǎng)用電高峰，呈現(xiàn)波峰與波谷的交替變換。使用SVG恒電壓補償后，電網(wǎng)電壓基本保持在37.5V，有效保持了輸電電壓的穩(wěn)定，補償了因負載波動因起的電壓波動，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)電時由于逆變器的工作，功率因數(shù)較高，而在夜間或陰雨天沒有陽光不發(fā)電時，功率因數(shù)就下降不穩(wěn)定，采用SVG的功率因數(shù)補償后，可將功率因數(shù)補償?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)的無功。SVG將考核點接在并網(wǎng)處，能實時的檢測電網(wǎng)的無功，平滑的調(diào)整無功，感性無功高時就補容性無功，容性無功高時就補感性無功，并能平滑的調(diào)節(jié)，保持了電網(wǎng)的無功平衡，利于電網(wǎng)的有功與無功的交換。

（5）調(diào)試方便，通過SVG的恒裝置無功模式，可以自行發(fā)出感性無功或容性無功，檢驗裝置的工作狀態(tài)，確認設(shè)備的正常。

（6）檢修與維護方便。裝置采用功率單元模塊化設(shè)計，當每相不**過2個模塊，總的不**過6個模塊故障時，可采取單元冗余的方式，降額運行。如果有備用單元，可在適當?shù)臅r機停運，停電后進行更換，只是拆掉輸出與光纖及單元固定螺栓即可更換，較大地方便了現(xiàn)場維護，有利于減少停運時間，保持設(shè)備的穩(wěn)定?？傊?，通過現(xiàn)場使用，新風光SVG產(chǎn)品在調(diào)節(jié)電網(wǎng)無功、恒定功率因數(shù)及穩(wěn)定電網(wǎng)電壓方面都具有較大的優(yōu)越性，值得在發(fā)電站及用戶無功補償領(lǐng)域大力推廣。


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  無功功率補償設(shè)備在電力工程系統(tǒng)中不可或缺，它的首要功能是提升供配電系統(tǒng)系統(tǒng)的功率因素，進而提升輸電設(shè)備和變電設(shè)備的使用率，提升配電高效率，減少用電量成本費；此外，在遠距離電力線路中，在適合的地方改裝動態(tài)性無功功率補償設(shè)備，還能夠改進輸配電系統(tǒng)的可靠性，提升輸配電能力，平穩(wěn)受電端及電網(wǎng)的電壓。 無功功率補償機器設(shè)備歷經(jīng)好多個發(fā)展趨勢環(huán)節(jié)。初期的經(jīng)典意味著為同時調(diào)相機，容積巨大工程造**，已逐漸取代

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