一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步，能源的消耗與日俱增，能源的作用日益重要，能源短缺逐漸成為一個世界性的問題。為緩解能源危機(jī)與環(huán)境污染，大規(guī)模開發(fā)以太陽能、風(fēng)能為代表的各類可再生能源是未來持續(xù)發(fā)展一種必然選擇。2011年5月發(fā)布的國標(biāo)《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，對光伏站的低電壓穿越能力、無功功率及電壓調(diào)節(jié)能力做了明確說明。iSVG作為一種動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，具備多種工作模式、優(yōu)異的調(diào)節(jié)性能，在新能源電場發(fā)揮著重要作用。

二、光伏站對電力系統(tǒng)無功電壓的影響

在我國大規(guī)模光伏集中安裝在戈壁、荒漠地區(qū)，光伏電站所在地區(qū)負(fù)荷水平較低，接入電網(wǎng)的短路容量相對較低，大量的光伏電力通過高壓輸電遠(yuǎn)距離外送，受天氣影響，隨機(jī)波動的有功出力影響到系統(tǒng)無功平衡特性，進(jìn)而造成線路電壓大幅波動。同時，并網(wǎng)運(yùn)行的光伏逆變器無功電壓支撐能力偏弱，造成電能質(zhì)量超限或電壓失調(diào)的機(jī)率增加。

三、iSVG裝置介紹

高壓靜止無功發(fā)生器是柔性交流輸電技術(shù)（Flexible AC Transmission System，簡稱FACTS）的主要裝置之一，它代表著現(xiàn)階段電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)新的發(fā)展方向。iSVG是以IGBT組成自換相橋式電路并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流輸出電壓的相位和幅值，或控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或發(fā)出無功電流，實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償。英威騰iSVG是當(dāng)今無功補(bǔ)償領(lǐng)域最新技術(shù)的代表。iSVG 由接入系統(tǒng)的電壓源換流器構(gòu)成，其無功電流可以快速地跟隨負(fù)荷無功電流的變化而變化，自動補(bǔ)償系統(tǒng)所需無功功率。

iSVG采用先進(jìn)的鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過連接電抗器或變壓器并聯(lián)到電網(wǎng)上，不需要改變系統(tǒng)本來的接線，只需將無功補(bǔ)償發(fā)生器并入電網(wǎng)即可。以英威騰10kV高壓靜止無功發(fā)生器電抗器柜內(nèi)方案為例，iSVG10kV裝置每相由12個裝置鏈節(jié)串聯(lián)組成，每個裝置鏈節(jié)與主控系統(tǒng)采用光纖通訊，主控系統(tǒng)分別對裝置側(cè)和電網(wǎng)側(cè)電壓及電流進(jìn)行采集處理，通過KM2和KM1控制裝置并網(wǎng)，通過UDP/IP協(xié)議與人機(jī)界面觸摸屏通訊，主控系統(tǒng)提供多路輸入輸出端子等，裝置的主回路拓?fù)淙鐖D 1所示。

圖 1 10kV iSVG主回路拓?fù)鋱D

四、iSVG在光伏站的應(yīng)用

大唐某30MWp光伏發(fā)電工程位于山西，工程多采用240Wp多晶硅太陽能電池組件，每1MWp 作為一個發(fā)電單元，共有30個發(fā)電單元，總計(jì)安裝30MWp。項(xiàng)目投產(chǎn)發(fā)電后，預(yù)計(jì)年平均上網(wǎng)電量42365MWh，同燃煤電站采取相應(yīng)環(huán)保治理措施后相比，每年可為國家節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤為1.35萬噸，減少多種有害氣體和廢氣排放，對緩解當(dāng)前的能源危機(jī)和環(huán)境壓力有著重要意義。

光伏電站采用10kV/35kV升壓并網(wǎng)的模式，10KV側(cè)共6路光伏支線，iSVG并聯(lián)在10kV母線回路，iSVG分別采集主變高低壓側(cè)電壓電流信號，并以主變高壓側(cè)電壓和無功功率為控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)自動控制功能，根據(jù)項(xiàng)目提供的參數(shù)計(jì)算，該項(xiàng)目需要配置無功補(bǔ)償容量為±7.5MVar ,iSVG裝置可以實(shí)現(xiàn)感性無功到容性無功-7.5~7.5MVar范圍內(nèi)連續(xù)快速調(diào)節(jié)，最終選擇iSVG-7M5-10-CT滿足項(xiàng)目要求。光伏站主回路一次系統(tǒng)圖如圖 2所示。

圖 2光伏站一次系統(tǒng)圖

為配合調(diào)度中心遙控和遙調(diào)的要求，iSVG需要接入光伏站綜合自動化平臺中。自動化平臺與iSVG的通信采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通信協(xié)議，通過后臺實(shí)現(xiàn)對iSVG裝置的電壓、電流、功率單元狀態(tài)信息的檢測，以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)裝置無功或電壓控制目標(biāo)，如圖 3所示。

圖 3 iSVG自動化控制的實(shí)現(xiàn)

iSVG裝置以35kV母線電壓為控制目標(biāo)，實(shí)時跟蹤電網(wǎng)電壓變化和無功功率變化情況，根據(jù)變化需求動態(tài)調(diào)節(jié)裝置無功出力。環(huán)翠山光伏電站以調(diào)度電壓命令為控制目標(biāo)，要求光伏站總出線電壓跟隨調(diào)度電壓指令變化。在加入iSVG系列高壓靜止無功發(fā)生器后，電網(wǎng)電壓得到有效控制，從圖 3所示電壓曲線可以看出iSVG實(shí)時跟蹤給定目標(biāo)電壓，對電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到控制要求。

圖 4光伏站電壓調(diào)節(jié)曲線

五、結(jié)束語

太陽能發(fā)電以其清潔、總量豐富等特點(diǎn)，正逐漸成為最有發(fā)展前景和實(shí)用價值的替代能源。光伏發(fā)電中并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性問題越來越值得關(guān)注，光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定與否很大程度上決定著光伏發(fā)電的發(fā)展。具備快速、準(zhǔn)確動態(tài)無功補(bǔ)償功能的iSVG的重要性也日益突出。iSVG的廣泛使用必然對新能源的健康穩(wěn)定發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。