35kVSVG集装箱成套装置的研究与应用

35kVSVG集装箱成套装置的研究与应用

安鸽谢永

（西安西电电力电容器有限责任公司陕西西安710082）

摘要：本文是依托80MW光伏发电工程项目进行设计，介绍了SVG装置的原理，对SVG装置进行数学建模，对装置的可靠性进行分析与建模，同时进行单元模块老化试验、装置试验验证、并网试验验证以及挂网运行，达到预期目标，针对光伏电站负荷随着光照强度的改变，无功、电网电压波动，利用SVG的稳压能力，降低了电压波动，使考核点电网电压满足国标要求，提高了光伏电站低电压穿越能力。

关键词：光伏发电；SVG装置；数学建模；可靠性进行分析与建模；试验；稳压

引言

SVG作为新一代的无功补偿装置，在补偿效果、功率密度和运行效率等技术指标上具有传统无功补偿设备无法比拟的优势，是目前解决配电网尤其是快速变化的电网无功补偿问题的技术手段。用于变电站、新能源发电、电气化铁路、冶金、矿山等领域，为电网或用电负荷提供快速的动态无功补偿和谐波抑制，可有效提高电网电压暂态稳定性、抑制母线电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数。它以全控型器件IGBT作为核心元件，以瞬时无功理论为基础，集电力电子技术、微机控制技术、光电触发技术为一体的高压动态无功补偿装置。

1SVG装置的原理

SVG装置将自换相桥式电路组成的电压源型变流器通过变压器或者电抗器并联到电网上。然后通过调节逆变桥中IGBT器件的开关，控制直流电压逆变到交流电压的幅值和相位，因此，对于无功率损耗的SVG，仅改变其输出电压的幅值即可调节与系统的无功交换：当输出电压小于系统电压时，SVG工作于“感性”区，吸收无功功率（相当于电抗器）；反之，SVG工作于“容性”区，发出无功功率（相当于电容器），通过控制连接电抗器两端的端电压即可控制SVG发出的无功功率性质以及容量。将自换相桥式电路通过电抗并联在电网上，适当的调节桥式电路交流输出电压的相位和幅值，或控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或发出无功电流，实现动态无功补偿，具体实现过程见式（1）。

3工程项目及设计

3.1工程情况介绍

本期80MWp，远期100MWp，电压等级110/35kV。本工程装设容量10.0Mvar/35kV动态无功补偿装置2套，每套装置为额定容量的大功率可关断电力电子器件组成的逆变器为其核心部分的SVG型静止无功发生器成套装置，并配备相应的自动控制监控和保护系统等。采用户外集装箱式安装。现场实际环境条件：环境极端最低气温：-40℃；极端最高气温：+40℃；相对湿度：月平均值不大于90﹪(25℃)，无凝露；海拔高度：海拔1000米以下；地震烈度：8度；污秽等级：Ⅲ级；

3.2SVG装置技术要求及设计

成套装置以母线侧功率因数、母线电压作为控制目标，在额定频率50Hz工作，SVG装置额定补偿容量为：（-10～+10）Mvar范围内连续平滑调节。动态响应时间小于5ms。成套装置具有短时过载能力，过载无功补偿容量为成套装置额定容量的120%、时间持续1分钟保护停机。采用强迫风冷。注入系统公共连接点（P.C.C.点）母线的谐波电压总畸变率、奇次谐波电压含有率、偶次谐波电压含有率及各次谐波电流均满足中华人民共和国国家标准《GB/T14549-93电能质量公用电网谐波》的要求。公共连接点母线引起的电压不平衡度≤2%，满足中华人民共和国国家标准《GB/T155432008电能质量三相电压允许不平衡度》的要求。去除背景电压波动后，在电网公共连接点母线的电压波动d％≤2%，满足中华人民共和国国家标准《GB12326-2008电能质量电压波动和闪变》的要求。光伏电站在任何运行方式下，其无功功率有一定的调节容量，该容量为光伏电站额定运行时功率因数0.98（超前）～0.98（滞后）所确定的无功功率容量范围，光伏电站的无功功率能实现动态连续调节，保证光伏电站具有在系统事故情况下能够调节并网点电压恢复至正常水平的足够无功容量。以110kV母线电压、110kV母线功率因数为控制目标，且满足35kV母线电压质量的要求。SVG装置损耗小鱼0.8%；谐波特性：＜3%IN；户外箱体防护等级:≥IP54。成套装置采用进口全控型器件IGBT，开关频率不低于500Hz。装置主回路元件留有足够的电压、电流裕度，元件应有良好的dv/dt，di/dt特性。换流元件IGBT芯片选用原装进口英飞凌器件，考虑过电压、过电流裕度及系统冲击尖峰毛刺后选取英飞凌全进口的全控型器件IGBT，模块耐压1700V，300A，每个模块与DC-Link电容器并联。系统主电路采用链式结构；星型连接，每相由多个换流链模块组成，并采用冗余设计，满足运行要求。主控制器根据系统电压/无功的变化情况，实现脉冲发生和分配功能，自动调节装置无功输出；成套装置具有参数设置功能，设置的内容不受停电和干扰信号的影响；SVG控制系统采用RS485或以太网通讯方式，RS485接口可支持MODBUS通讯协议，电力CDT通讯规约，以太网通讯协议为IEC/104。实时电压、电流、功率因数等参数显示；实时曲线和历史曲线（电流、电压、功率）；历史事件记录（故障记录、操作记录、停机原因记录）；运行数据记录；故障录波；无功阶跃录波；电压阶跃录波；在线电能监测功能；链式装置单元状态监视；软件版本查询；HMI存储空间查询；显示当前时间、保护动作时间，显示保护类型、保护动作时间等信息。SVG装置具有母线过压、母线欠压、过流、速断、直流过压、电力电子元件损坏检测保护、丢脉冲、触发异常、过压击穿、单元模块功率柜超温、保护输入接口、保护输出接口控制和系统电源异常等保护功能。闭锁功能：控制器具有CT、PT断线检测及闭锁调节功能。控制器内部电路具有完善的保护功能，内部出现任何电路故障均不会有误动作输出。SVG开关跳闸时，报警并闭锁微机控制器的无功出口。SVG装置一般配备12%或者15%电抗率的电抗器。集装箱用于安装链式SVG装置的电器设备，按链式SVG装置所在安装变电站现场位置及平面来设计门及接口。

4总结

本文所涉及项目采用恒考核点功率因数模式和恒考核点电压模式，依托80MW光伏发电项目进行设计，通过对光伏电站中负荷情况充分分析，考虑SVG装置的优势，选用SVG装置进行治理，通过对SVG装置进行时域数学建模、计算、单元老化试验验证、装置试验验证、并网试验验证及运行实测可以看出：SVG装置在系统发生故障或者突增负载时，动态提供电压支撑，稳定系统电压；存在瞬时闪变时，投入SVG装置时，闪变将在5ms内被抑制掉；输出电流总的畸变率为1.3%，满足公用电网谐波电压（相电压）要求；针对光伏电站中光照强度随着天气情况变化较大，无功、电网电压波动较大，负荷冲击性较大，SVG装置具有容性～感性突变性能优异；SVG采用新型低损耗IGBT功率器件，直接输出电压范围（1～35）kV，省去了连接变压器，装置效率可达99％以上；装置损耗≤0.8%；SVG装置中换流链分相控制技术实现了对三相不平衡负荷的补偿，消除了负序电流；采用重构电流法实现对SVG三相输出分别进行控制，大大提高了不平衡状态下的控制效果；当电网电压降低10%以上时，电压每跌1%，SVG多输出2%额定电流，电网电压2s恢复后，切换到正常工作状态；SVG装置可实现并机无功补偿扩容的需求；采用背挂电容方式，单元安装灵活，占地省；对于19次及以下谐波可滤除掉95%及以上，对于19次以上可以滤除掉85%；支持多种通信接口；SVG特有的开机自检功能大幅度降低了调试难度，提高了整机调试进度。通过现场运行，SVG装置达到预期目标，实现进线侧功率因数达到0.98～0.99，PCC点谐波考核指标达到（GB/T14549-1993）《电能质量公用电网谐波》的考核要求，同时克服强烈负荷对电网的冲击，能够实现（-10～+10）MVar动态补偿调节，利用SVG稳电压能力，降低了电压波动，提高了光伏电站低电压穿越能力，成功并网运行。

参考文献

[1]杨冠城.电力系统自动装置原理.北京：水利电力出版社，1986.

[2]FACTSOverview.IEEEPowerEngineeringSociety,1995.

[3]武守信，周孝信，赵贺等。电力系统最新技术—灵活交流输电系统的发展及研究.电网技术,1996,20（5）：13.