应用案例|高压SVG无功补偿装置在农光互补项目的应用

时间：2022-05-28作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：341

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文中详细介绍了新风系统光电生产制造的髙压动态无功补偿设备（SVG）在华电国际汶上光伏项目的使用状况。从SVG的原理、特点及在无功功率补偿层面的效果等领域开展了剖析，表明了SVG在发电厂、尤其是太阳能发电及风力发电工程项目的主要功效。

1前言

华电国，坐落于山东省济宁市汶上郭楼镇，占地总面积4200亩，总装机量为100MW，是我国太阳能发电良好技术性产业基地示范工程，于2018年5月31日成功并网。该工程项目于2018年4月纳入山东新发展理念变换重大工程甄选典型性新项目。该工程位于煤矿开采塌陷区区，选用"农光相辅相成"新式发展模式，合理运用煤矿开采塌陷区区土地资源和太阳能发电资源，将农业与太阳能发电**结合，**层用以太阳能发电，下一层用以温室大棚种植，充足完成土地资源的深层运用。依靠光伏行业发展趋势现代化农业和旅游观光，执行规模化生产制造和集约化运营，对推动本地工业生产产业结构调整，推进技术发展，培养新的经济发展具备关键的经济价值和社会发展实际意义，是贯彻执行乡村振兴发展战略的关键实践活动。

该项目具备较好的绿色生态和社会经济效益，新项目投用后不但可以提升园林绿化总面积，加速山东新发展理念的变换步伐，还能够吸引住乡村人力资本，提升居民收入。与此同时每一年可降低标准煤耗费约4.69万吨级，相对应每一年降低粉尘102吨/年，SO2816.82吨/年，NOX1225.3吨/年，CO211.23万吨级/年，炉渣1.70万吨级/年。对本地的生态文明建设具备关键实际意义。




如下图1图示为该工程项目全景图。

图1

2发电站无功功率的完成

从电力电子学的方面而言，针对发电站，不仅向客户给予一定的有功功率动能，供客户的配电机器设备应用，如各种各样电机将电磁能变换为机械动能，各种各样电热器材将电量转化为热量供大家应用，各种各样照明灯具将电量转化为聚光，供我们日常生活和工作用。但与此同时也务必推送一定的无功功率功率。它是用作电源电路内火电厂与电磁场的互换，并用于在配电设备中创建和保持电磁场的电功率。它不对外开放作功，反而是变化为其它类型的动能。但凡有磁铁线圈的电器设备，要创建电磁场，都必须耗费无功功率功率。无功功率决不是没用功率，它的用途非常大，电机必须创建和保持电磁振荡，使电机转子旋转进而推动分子热运动，电机的电机转子电磁场就是在开关电源获得无功功率功率而创建的。变电器也一样必须无功功率功率，才可以使变电器的一次电磁线圈形成电磁场，在二次电磁线圈磁感应出电压。因而，没有无功功率功率，电机就不容易旋转，变电器也无法直流变压器，直流接触器也不可以吸合。这就如同人用餐，每一次盛一碗饭吃，吃了又去盛一碗饭吃，对人会来讲，饭等同于对人会做有功功率，而碗便是做无功功率。

在电网中，有功功率与无功功率都需要维持相对性均衡，不然系统软件的频率电压就不能保持在稳定范畴内。

而针对火电厂而言，一般不用**型的无功功率补偿机器设备，这是由于发电机组自身也是一个无功功率补偿机器设备，在其传出电力工程的与此同时，假如提升励磁调节器电压，便会传出理性无功功率，假如降低励磁调节器电压，便会传出负载无功功率。

可是针对光伏发电系统而言，因为没有发电机组，没法靠更改励磁调节器电压来更改路线内的无功功率，因而需要选用专门的无功补偿装置，确保电网靠谱的平稳经济形势。而这类专门的无功补偿装置，如今通常选用的便是静止不动无功补偿装置，通称SVG。

3SVG动态无功补偿设备的详细介绍

伴随着当代电网的大量发展趋势，新能源技术的很多投运、大空间的电力工程电子产品等较优控制负载和破坏性负载的广泛运用，产生了明显的电力系统问题：

◆功率因素低，电网耗损提升，产品成本增加，生产率减少。

◆造成的无功功率冲击性造成电网电压起伏及闪变，比较严重时造成传动系统及保护设备无 常工作中乃至停工。

◆电网三相不平衡，造成负序电流使电动机产生震动。

◆造成高次谐波电流量，造成电网电压失真。

◆电容器组串联谐振及谐波电流量变大，使电力电容器过负载或过电压，乃至损坏。

◆提升变压器损耗，造成变电器发烫。

◆造成电气设备发烫，电动机扭矩不稳乃至毁坏。

◆加快电气设备绝缘层衰老，易穿透。

◆减少中频炉生产率，提升耗损。

◆影响通信数据信号。

伴随着电网的飞速发展，对无功功率功率开展调节与赔偿的重要性日益增加。

■输电网络对运作效果的需求逐渐提升，为了更好地合理运用输变电工程容积，解决无功功率开展就地赔偿。

■开关电源（特别是在水电工程、太阳能发电等新能源技术）避开负载核心，长距离的输配电必须灵便操纵无功功率以支撑点处理可靠性及电压操纵问题。

■配电网中出现很多电交流电流，在运转中需用很多无功功率，促使配电系统耗损大大增加。

■直流输电系统要求在直流变换器的沟通侧开展无功功率操纵。

■客户针对配电电力系统的需求逐渐提升，得到社会经济效益的目地日渐确立，对电网的无功功率开展赔偿，尤其是就地无功功率补偿，在输变电体系中便变得十分必要。

现阶段较满意的解决方法便是选用SVG(StaticVarGenerator-静止不动无功功率产生器)也称STATCOM（StaticSynchronousCompensator的通称)，其关键功能是：

提升电网可靠性、提升输配电工作能力、清除无功功率冲击性、抑止谐波、均衡三相电网，减少耗损、节能减排。

其原理是将平臂变流器电源电路根据变压器串联在电网，适度调整平臂变流器电源电路输出电压的位置和幅度值或是立即调整其输出电流量，使该电源电路消化吸收或传出符合要求的无功功率功率，进而完成动态无功补偿的目地。

SVG型动态无功补偿与谐波整治设备的应用是现在较现代化的动态无功补偿技术性，较成熟稳重的电压源型并网逆变器技术性，促使无功补偿装置完成了质的飞跃。无功功率补偿不会再使用大空间的电容器、电感件，反而是根据大功率功率器件的高频开关完成无功功率动能的转换。

SVG动态无功补偿设备是以IG为关键的无功功率补偿系统软件，可以迅速持续地给予负载或理性无功功率功率，完成考评点稳定无功功率、稳定电压和恒定功率因素的调节等，确保供电系统平稳、高效率、高品质地运作。在配电网中，将中小型容积的SVG商品安装在一些*特负载（如中频炉）周边，可以明显地改进负载与公共性电网连接功能处的电力系统，例如提升功率因素、摆脱三相不平衡、清除电压闪变和电压起伏、抑制谐波环境污染等。

4新风光无限髙压SVG商品的主要特点：

新风光无限SVG产品系列选用当代机械电子、自动化技术、微电子技术及网络通信等技术性，选用专业的瞬间无功功率功率基础理论和根据同歩旋转变换的功率解耦优化算法，以设置的无功功率特性及尺寸、功率因素、电网电压为**措施运作，动态性的追踪电网电力系统转变调整有功输出，并能完成曲线图设置运作，提高电网品质。

易实际操作、性能**、可靠性高的SVG产品系列为满足客户对提升输变电电网的功率因素、整治谐波、赔偿负序电流的急切要求作出相对应设计方案，具备下述特性：

●模块化，安装、调节、设置简单。

●动态性响应时间快，响应速度≤5ms。

●在赔偿容积充足的条件下，输出电流量谐波（THD）≤3%。

●多种多样运行模式巨大地满足客户要求，运行模式有：恒设备无功功率功率方式、恒考评点无功功率功率方式1、恒考评点功率因素方式、恒考评点电压方式、恒考评点无功功率功率方式2，目标可即时变更。

●实时跟踪负载转变，动态性持续光滑赔偿无功功率功率，提升系统软件功率因素，即时整治谐波，赔偿负序电流，提升电网配电品质。

●抑止电压闪变，改进电压品质，平稳系统软件电压。

●SVG电源电路主要参数精心策划，热值小，高效率，运作低成本

●机器设备结构紧凑，占地总面积小。

●主控制电路选用IG构成的H桥功率单元链条式串连构造，每相由很多个同样功率单元构成，整体输出由PWM波形累加而成的台阶波，靠近正弦函数，经输出电感过滤后正弦函数度优良。

●SVG选用冗余设计设计方案和模块化，达到系统软件可靠性高的要求。

●功率电源电路模块化，维护保养简易，交换性好。

●维护功能完善，具备过电压、欠压保护、过电流、单元**温、不匀压等维护，并能达到常见故障一瞬间的波形拍摄，有利于明确问题点，易维护保养，运作稳定性高。

●工业触摸屏友善表明，对外开放通信带来了RS-485、以太网接口等插口，选用规范Modbus通信协议。除具备即时数据量及plc的表明、运作历史时间事件记录、历史曲线图查询记录、单元情况监控器、系统软件记录查询、历史时间常见故障查看等作用外，还具备合闸后系统检测、一键开关机、分时图操纵、数字示波器（AD安全通道强制性录波）、常见故障一瞬间电压/电流量波形纪录等特色功能。

●SVG设计方案包括与FC相互配合应用的插口，完成定补和动补的合理融合，为客户带来更经济发展，更灵敏的赔偿计划方案。

●投切时无暂态过程冲击性，无重合闸浪涌电压，无电孤重新点燃，不用充放电就可以再投。

●与操作系统联接时，不用考虑到沟通交流系统软件零线火线，联接便捷。

●可并接安装，非常容易拓展容积。并机运作应用电力载波，通信速度更快，可以完好无损的达到即时赔偿的规定。

5SVG的基本概念

SVG产品系列的基本原理图示如下图2所显示。在直流电路中，电压和交流电的位置有三种状况，当负荷展现纯电阻特点时，电压和电流量位置同样；当负荷展现电感器特点时，电压相位差**前的电流量相位差；当负荷展现电容器特点时，电压相位滞后电流量相位差。




图2SVG电路原理图

SVG产品系列基本概念是将自换相电桥电路根据变电器或是串联电抗器并接到电网上，适度地调整电桥电路沟通交流侧输出电压的峰峰值和相位差，或是可以直接操纵其沟通交流侧电流量使该电源电路消化吸收或传出符合要求的无功功率电流量，完成动态无功补偿的目地，如表1所显示




6髙压SVG的主控制电路构造

髙压SVG产品系列的主控制电路选用链条式网络拓扑结构，模块化设计的总体设计，星形及三角形的接口方式完成不一样容积下的较高性价比高，既保证客户项目投资的实效性，又确保了供电系统平稳、高效率、高品质的运作。星形接线方法的结构示意图如下图3所显示。




图3SVG的系统框图

控制箱与功率柜数据信号根据金属开展防护操纵，完成了高压低压的靠谱防护。SVG产品系列对系统构造上作出了很大程度的改善解决，使维护保养更便捷。控制箱开展了严苛的抗干扰性解决，确保自动控制系统不会受到髙压主电路的危害。功率控制模块（单元）的改进促使功率柜占地总面积更小，巨大减少了客户机器设备室内空间，降低了项目投资。

功率柜关键由功率单元构成，组成了SVG无功功率补偿的行为主体。功率单元分三相安装，每相单元数量相同，单元输出波形累加成整体输出波形。每一个功率单元都承担所有的输入输出电流量、1/N的相电压、1/(3N)的输出功率。单元控制模块工作中的时候造成一部分发热量，由柜上或后箱门设计方案的离心风机强制性排热。功率柜单元排列如下图4所显示。每一个功率单元均具备健全的**作用（过电流、过电压、过温、推动开启出现异常、通信出现异常等），各单元情况均意见反馈到主控芯片系统软件，控制板与功率单元中间选用电力载波技术性，低电压一部分和髙压一部分彻底靠谱防护，系统软件具备较高的安全系数，与此同时具备非常好的抗电磁辐射特性。




图4功率柜单元排列

功率单元构造上完全一致，模块化设计的总体设计，促使功率单元可以随意交换，单元的外界插口仅有2个或四个输出接线端子及2个金属插孔，这促使维护保养和维修更简易。在单元已经有多余的情形下其他功率单元产生常见故障，客户可以简易拆换预留功率单元，为恢复生产获得宝贵时间。

每一个单元根据IG逆变电源桥完成正弦函数PWM操纵，可获得如下图5所显示的单元输出波形。




图5单元输出波形

单元连接后三相中间开展星形或角型联接并根据电感连接电网，根据对每一个单元的PWM波形的累加，可获得靠近正弦函数的台阶PWM波形，如下图6所显示为星形联接的单相电波形。




图6星形联接的单相电波形

SVG产品系列使用了优秀的智能化规范载波通信移相技术性，它的特性是单元输出的基波相累加、谐波彼此之间相相抵，串连后又通过输出电抗器过滤，总输出波形正弦函数度好，dv/dt小，谐波成份成分小，可降低对电线电缆的绝缘层毁坏，在输出侧不用再提升输出过滤器。

7SVG的主要用途

SVG产品系列可以提高电力工程传送工作能力、减少电磁能耗损、赔偿无功功率功率、整治谐波、抑止闪变、平稳电网电压、均衡三相系统软件、更改系统软件的减振特点、提升操作系统的可靠性，具备比较广泛的运用范畴。

SVG产品系列可广泛运用于石油化工设备、供电系统、冶金工业、电气化铁路、城市规划建设等领域中，为各种各样异步电机、变电器、可控硅并网逆变器、变频调速器、感应加热炉、中频炉、照明灯具、内燃机车、斗提机、起重设备、冲压机床、风能发电机、直流焊机、轧钢机、热处理炉、石英石熔化炉等机器设备给予高品质、可靠性高的无功功率补偿的解决方法。

（1）原油、化工厂、矿山开采、港口、**重型工业生产：

a平稳配电电压；

b给较多中低电压电动机配电的配电站集中化赔偿；

c大中型电动机的无功功率就地动态补偿；

d对各种破碎机、粉碎机、球磨机开展无功功率集中化赔偿；

e降低牵引带传动系统的无功功率起伏与谐波；

f大中型起重机械、涵闸自动控制系统、锻造设备等的集中化赔偿；

（2）钢材、冶金工业：

a提升功率因素减少无功功率耗损；

b减少电压起伏，抑止闪变，提升生产率；

c滤掉谐波，确保机器设备安全性；

d均衡负序；

（3）大城市配电网及农网配电：

a提升功率因素减少无功功率耗损；

b处理不确定性负载造成的电压起伏与闪变;；

c平稳受电尾端电压；

d合适对好几个客户的无功功率与谐波集中化赔偿，特别是在冲击性型负荷较多的场合；

（4）新能源接入：

a控制风电、光伏发电设备电源接入点无功，防止无功倒送；

b稳定电网电压，减少发电功率波动造成的电压波动；

c维持接入点电压，提高低电压穿越能力；

（5）电气化铁道及城市轨道交通行业：

a牵引供电系统的无功与谐波综合治理，改善电能质量，提高牵引能力，节能降耗；

b平衡机车负荷产生的负序电流。

8现场应用情况

SVG应用现场如图7所示，现场运行人机界面截图如图8所示。




图7SVG应用现场




图8现场运行人机界面

，建站后采用了新生产的SVG产品，型号是FGSVG-C6.5/35-O，共4台用于电站的动态无功补偿。自2018年投入运行，接近两年的时间，通过运行实践，带来明显的经济效益，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：

（1）电网电压稳定。发电厂自投运以来，由于大部分面向农村供电，电网波动比较频繁。特别在夏季，电网用电高峰，呈现波峰与波谷的交替变换。使用SVG恒电压补偿后，电网电压基本保持在37.5V，有效保持了输电电压的稳定，补偿了因负载波动因起的电压波动，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，能实时的检测电网的无功，平滑的调整无功，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**过2个模块，总的不**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，较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。总之，通过现场使用，新风光SVG产品在调节电网无功、恒定功率因数及稳定电网电压方面都具有较大的优越性，值得在发电站及用户无功补偿领域大力推广。


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