地面光伏電站無(wú)功功率補(bǔ)償裝置：逆變器代替SVG的可行性

隨著太陽(yáng)能作為主要的清潔能源，被廣泛應(yīng)用于光伏電站中。但由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率會(huì)受到天氣和溫度等因素影響，且這種影響具有隨機(jī)性，會(huì)導(dǎo)致并網(wǎng)點(diǎn)輸出的有功功率出現(xiàn)變動(dòng)，這時(shí)就需要對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓進(jìn)行穩(wěn)定。

在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，隨著時(shí)間變化的功率不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成影響，還會(huì)對(duì)電能的質(zhì)量造成影響，而隨著新能源發(fā)電應(yīng)用的增多，其對(duì)電能和電網(wǎng)的影響會(huì)越來(lái)越大。

因此，應(yīng)結(jié)合發(fā)電站的實(shí)際情況，合理配置無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，為發(fā)電站各個(gè)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障和為電力系統(tǒng)提供電力支撐。

無(wú)功潮流方向

地面電站對(duì)無(wú)功功率主要影響設(shè)備為站內(nèi)升壓變壓器、升壓線路和匯集站線路。白天地面電站主要無(wú)功功率影響是站內(nèi)升壓變壓器和線路造成的無(wú)功損耗，此時(shí)光伏電站從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率；夜間主要無(wú)功功率影響是升壓變壓器空載運(yùn)行的勵(lì)磁無(wú)功及線路上的容性無(wú)功，容性狀態(tài)下無(wú)功功率返送電網(wǎng)。

現(xiàn)有SVG補(bǔ)償方案介紹

就目前情況而言，大多數(shù)光伏電站采用安裝SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置方案，由于SVG這種無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置對(duì)電壓控制能力平滑、響應(yīng)時(shí)間短，即使在欠電壓的情況下，補(bǔ)償能力也很強(qiáng)，能很好的改善光伏電站的性能，保障電能的質(zhì)量，有效提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。

1． SVG原理

SVG型無(wú)功補(bǔ)償裝置是一種采用IGBT全控型有源型無(wú)功發(fā)生器，不再采用大容量電容器和電抗器，而是通過(guò)電力電子器件開(kāi)關(guān)功能實(shí)現(xiàn)無(wú)功能量的轉(zhuǎn)換，能動(dòng)態(tài)發(fā)出和吸收無(wú)功功率，SVG功率模塊是由多個(gè)IGBT元器件與電容器串并聯(lián)而成的橋式電路，通過(guò)電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上。電抗器能有效的抑制SVG開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的諧波，使SVG輸出的無(wú)功功率無(wú)階躍波動(dòng)更加平滑，防止電流沖擊發(fā)生故障。SVG原理示意圖如下所示

2． SVG的設(shè)備構(gòu)成和優(yōu)勢(shì)

2．1 主要設(shè)備構(gòu)成

SVG設(shè)備主要由連接電抗器（連接變壓器）、啟動(dòng)裝置、IGBT換流閥組和控制系統(tǒng)等部分構(gòu)成。

● 連接電抗器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，增加系統(tǒng)可靠性，抑制電流突變

● 啟動(dòng)裝置緩沖啟動(dòng)電路，減小并網(wǎng)沖擊

● IGBT換流閥組核心部件，實(shí)現(xiàn)功率實(shí)時(shí)變換

● 控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集電流電壓信號(hào)，計(jì)算分析無(wú)功功率與電能質(zhì)量

2．2 SVG優(yōu)點(diǎn)

SVG已廣泛應(yīng)用于發(fā)輸配電的各個(gè)環(huán)節(jié)，如新能源發(fā)電、電力系統(tǒng)、電氣化鐵道、城市軌道交通、機(jī)場(chǎng)、港口、冶金、化工等多個(gè)行業(yè)，相比于傳統(tǒng)的補(bǔ)償裝置有以下優(yōu)點(diǎn)

● 響應(yīng)速度快，SVG能有效的抑制電壓波動(dòng)閃變

● 低電壓特性好，輸出電流不受母線電壓影響，能有效支撐母線電壓

● 補(bǔ)償性能好，無(wú)功功率雙向可調(diào)，能快速調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，保證考核點(diǎn)功率因數(shù)達(dá)標(biāo)

● 運(yùn)行損耗小，由傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置相比，電力電子器件運(yùn)行效率高，損耗小

● 諧波特性好，輸出電壓、電流諧波畸變率小

逆變器代替SVG的可行性

逆變器一端連接著光伏系統(tǒng)，一端連接著電網(wǎng)，作為光伏電站和電網(wǎng)的橋梁，對(duì)提高光伏電力的電網(wǎng)友好性，起著關(guān)鍵作用。根據(jù)光伏電站設(shè)計(jì)通常需要配置光伏電站并網(wǎng)容量的20％－－30％的SVG 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置用于并網(wǎng)點(diǎn)處功率因數(shù)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償調(diào)節(jié)。

目前并網(wǎng)型光伏逆變器有者大范圍的功率因數(shù)調(diào)節(jié)和瞬時(shí)響應(yīng)能力，因此針對(duì)逆變器代替SVG補(bǔ)償裝置的可行性做如下分析。

1． 補(bǔ)償容量對(duì)比

根據(jù)光伏電站設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償配置要求，例10MW光伏電站，需配置無(wú)功補(bǔ)償裝置容量為2Mvar－－3Mvar，則10MW光伏電站需配置光伏逆變器（HT225kW）約45臺(tái)，單臺(tái)逆變器的無(wú)功補(bǔ)償量為±148．5kVar，逆變器總補(bǔ)償無(wú)功量為6682．5kVar。逆變器的無(wú)功補(bǔ)償量更大，調(diào)節(jié)裕量充足，從無(wú)功補(bǔ)償容量方面可以替代SVG作用；逆變器具有的SVG功能，從響應(yīng)時(shí)間也同樣滿足電網(wǎng)對(duì)電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求。

2． 運(yùn)行可靠性分析

目前光伏電站使用的SVG是集中式調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置，通常SVG以10KV或35KV的電壓等級(jí)接入，需要完備的保護(hù)裝置及可靠的監(jiān)控系統(tǒng)，若設(shè)備出現(xiàn)故障或檢修時(shí)則SVG需退出運(yùn)行，導(dǎo)致光伏電站無(wú)法調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償。

相比于SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，逆變器運(yùn)行更可靠，即便單臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備存在故障也不影響其他光伏陣列逆變器的補(bǔ)償。對(duì)于光伏電站受環(huán)境因素影響的功率波動(dòng)，逆變器分散補(bǔ)償更加精準(zhǔn)。

3． 運(yùn)行能耗分析

首先大型地面電站的SVG由電抗器或變壓器與電網(wǎng)連接，夜間光伏無(wú)出力時(shí)，SVG設(shè)備自身的空載損耗和光伏系統(tǒng)線路、升壓變壓器等設(shè)備的無(wú)功損耗可視為固定值，在夜間待機(jī)時(shí)SVG的能耗大于逆變器。

其次由于SVG由多個(gè)IGBT功率模塊串聯(lián)而成，設(shè)備發(fā)熱量大，且IGBT功率模塊對(duì)周邊環(huán)境濕度、溫度、粉塵、腐蝕性等要求比較高，需配置相應(yīng)的大功率冷卻除濕裝置（工業(yè)空調(diào)或水冷），因此對(duì)于能耗的經(jīng)濟(jì)性方面逆變器存在一定的優(yōu)勢(shì)。

4． 設(shè)備安裝對(duì)比

SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備安裝占地面積大且需要在開(kāi)關(guān)站內(nèi)留有開(kāi)關(guān)出線柜，提高了相應(yīng)的建設(shè)投資成本和運(yùn)維成本。對(duì)比機(jī)SVG設(shè)備，逆變器有安裝方便、占地面積小，故障率低且便于運(yùn)維的優(yōu)勢(shì)。

5． 成本對(duì)比

SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置一般為1．1倍長(zhǎng)期運(yùn)行的過(guò)載能力，1．1倍過(guò)載能力對(duì)光伏系統(tǒng)直流側(cè)、升壓設(shè)備、電纜等成本節(jié)省優(yōu)勢(shì)小。對(duì)比逆變器（HT225kW）有1．6倍以上超配能力，對(duì)于逆變器設(shè)備采購(gòu)成本、交直流電纜成本節(jié)省優(yōu)勢(shì)明顯。

結(jié) 論

目前已有地面光伏電站與逆變器廠家進(jìn)行相應(yīng)的逆變器代替SVG試驗(yàn)，且試驗(yàn)結(jié)果滿足電網(wǎng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)目己艘?。試?yàn)中將原本配置的 SVG 裝置退出電網(wǎng)，全部的無(wú)功指令由光伏逆變器執(zhí)行。測(cè)試結(jié)果顯示逆變器對(duì)于無(wú)功控制能力、無(wú)功控制精度以及電網(wǎng)電壓控制精度等方面，都符合國(guó)標(biāo)要求。

所以并網(wǎng)逆變器無(wú)功補(bǔ)償能力跟 SVG 集中無(wú)功補(bǔ)償裝置相比較具有一定的優(yōu)越性，通過(guò)采取并網(wǎng)逆變器對(duì) SVG 集中無(wú)功補(bǔ)償裝置替代，就能減少對(duì)于 SVG 設(shè)備采購(gòu)的投資支出，同時(shí)節(jié)約設(shè)備運(yùn)維成本，以及減少光伏升壓站內(nèi)占地面積。因此逆變器代替SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。