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第2 7 卷第0 1期变频器世界2 0 2 4年0 1月SVG新型电力系统安全稳定在光伏行业应用Application of SvG to Improve Security and Stability of New Power Systems in thePhotovoltaicIndustry新风光电子科技股份有限公司孟军（Meng Jun）高强（Gao Qiang）周加胜（ZhouJiasheng)摘要：风电光伏等新能源行业的大量并网非线性负荷和冲击性负荷的广泛应用，带来了严重的电能质量问题，功率因数低，电网电压波动及闪变等。本文从治理电网质量的角度，介绍了新风光SVG系列产品的特点，将自换相桥式电路通过变压器或者电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。关键词：光伏发电；SVG；无功补偿；电能质量Abstract:The extensive application of grid-connected non-linear load and impact load in wind,solar and other new energyindustry has brought serious power quality problems,such as low power factor,voltage fluctuation and flicker.In thispaper,the characteristics of the SvG series of Xinfengguang are introduced from the point of view of improving the qualityof power network,by adjusting the amplitude and phase of the output voltage on the AC side of the bridge circuit properly,or directly controlling the current on the AC side of the bridge circuit,the circuit can absorb or emit the required reactivecurrent,the aim of dynamic reactive power compensation is realized.Key words:Photovoltaics;SvG;Reactive power compensation;Power quality【中图分类号】TK514【文献标识码】B【文章编号】156 1-0 330(2 0 2 4)0 1-0 0 10 7-0 41引言山东能源灵台县一期10 万千瓦农光互补项目是全省“十四五”第一批光伏发电重点项目，也是灵台县生态环保产业链重点清洁能源项目。该项目由山东能源内蒙古盛鲁能化公司投资建设，在什字镇、西屯镇流转一般农用地2 950 亩，新建10 万千瓦集中式光伏电站，配套建设5兆瓦储能设施和升压站，概算投资5亿元。项目于2 0 2 1年10 月开工建设，截止目前，累计完成投资4亿元，布设光伏桩基2 6 0 0 亩，安装支架46 0 0 组、组件2 1万块、逆变器2 52 台。项目现场如图1所示。项目运行期2 5年，年发电约1.8 6 亿千瓦时，产值可达57 0 0 万元，创造税收7 40 万元以上。年减少二氧化碳排放约17 万吨，节约标准煤5.7 万吨。该项目采用“光伏+农业”模式，充分开发利用土地，实现清洁能源和高效农业协同发展。在光伏矩阵间种植小麦、芦笋150 0 亩，可实现经济收入40 0 万元以图1项目现场照片上，群众获得土地租金16 8 万元，务工收入7 5万元以上，土地综合效益比较突出。该项目选用了新风光电子科技股份有限公司生产的FGSVG-C20/35-O-W高压动态无功补偿装置（简称SVG)，对电站电网质量进行改善。该SVG装置总容量WWW.CA168.COM107节能与新能源ENERGYSAVINGANDNEWENERGY为2 0 MVar，可以动态输出2 0 MVar的感性无功或容性无功，通过对110 kV目标侧的无功检测，动态补偿系统无功，达到对电压、无功、功率因数的控制。现场SVG如图2 所示。图2 现场SVG照片2光伏发电原理光伏电站，是指一种利用太阳能、采用特殊材料诸如多晶硅、逆变器等电子元件组成的发电体系，与电网相连并向电网输送电力的发电系统，是属于新能源发电的一种。光伏电站是属于国家鼓励力度最大的绿色电力开发项目，我国的太阳能资源非常丰富，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。太阳能电池板如图3所示。伏发电则是利用了半导体的光生伏特效应。硅为什么会称为半导体呢，就是因为它的导电能力是介于导体与绝缘体之间的一种物资，而且这个导电性还会随着环境的变化而变化，比如说温度、光照。用纯硅做的半导体呢我们叫做元素半导体，在这些半导体里面加入一些杂质就被称为杂质半导体，而且掺入的杂质不同也会产生不同的特性。如果在硅里面掺入5价的磷就会因为电子平衡的原因产生一些游离的电子，我们叫它N型半导体，高玉动态无功扑偿装罐Va如果掺入3价的硼也是因为电子平衡的原因会出现一些想要电子而没有得到的空穴，我们叫它P型半导体。光伏面板上有很多光电二极管，当阳光照射在光伏面板上时，二极管上的P/N结在光子的作用下会产生电子，通常我们称之为空穴对，当空穴从N区流向P区，电子从P区流向N区，接通电路后就可以形成电流。光伏发电基本原理图如图4所示。太阳光线图4光伏发电基本原理图但是，此时的电流还是直流电，还不能直接的并入电网，因此要使用逆变器，将直流电转换为交流电以后，接入电站的升压变压器，通过变压器再将电压升高至符合电网要求的电压等级后再并入电网。光伏组件连接至电网示意图如图5所示。上电极N型硅PN结P型硅下电极图3太阳能电池板光伏组件这逆变器1981年，原电力工业部颁发了电力系统安全稳定导则（198 1)，第一次明确了稳控系统作为保障电力系统安全稳定运行的第二道防线。2 0 0 1年，电网运控标委会牵头对导则进行了首次修订。2 0 19年，针对新能源、特高压交流和直流大规模发展的趋势，电网运控标委会牵头进行了第二次修订，颁布了国家强制性标准电力系统安全稳定导则（GB38755-2019），为未来2 0 年的电网安全稳定运行指明了方向。很多人对光伏发电的原理很困惑，为什么一块板子光一照就会发电呢。像传统的火电、风电、水电等发电模式都是通过推动涡轮机工作将动能转化为电能，而光108THEWORLDOFINVERTERS交流电网图5光伏组件连接至电网示意图3发电厂无功的实现从电力学的角度来说，对于发电厂，既要向用户提供一定的有功能量，供用户的用电设备使用，如各种电第 2 7 卷第 0 1 期变频器世界2 0 2 4年0 1月动机将电能转换为机械能，各种电热设备将电能转变为热能供我们使用，各种照明设备将电能转变为光能，供人们生活和工作用。但同时也必须发送一定的无功功率。它是用于电路内电厂与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外做功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，都需要消耗无功功率。无功功率绝不是无用功率，它的用处很大，电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是从电源取得无功功率而建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器也不能吸合。在电网中，有功与无功都要保持相对平衡，否则系统的频率电压就无法维持在额定范围内。而对于火力发电厂来说，一般不需要专用的无功补偿设备，这是因为发电机本身就是一个无功补偿设备，在其发出电力的同时，如果提高励磁电压，就会发出感性无功，如果减少励磁电压，就会发出容性无功。但是对于光伏发电站来说，由于没有发电机，无法靠改变励磁电压来改变线路内的无功，因此必须采用专用的无功补偿装置，保证电网可靠的稳定经济运行。而这种专用的无功补偿装置，现在通常采用的就是静止无功补偿装置，简称SVG.4SVG对光伏发电的作用SVG是一种静止型动态无功补偿装置，它通过调节电压的幅值和相位，或者直接控制交流侧电流，能够迅速吸收和发出系统所需要的无功功率，实现快速调节无功的目的，保障电力系统稳定、高效、优质的运行。电站可以利用SVG的快速响应功能，把电站并网点的电压、功率因数、无功，控制在合理的范围内，减少逆变器的无功输出，从而提高光伏发电的效率，通俗来讲就是将负载的无功反向补偿掉。SVG补偿原理图如图6所示。当光伏电站接入容量过大时会造成并网点电压越限。同时，外界环境光照、温度的变化也会引起并网点有功功率输出发生波动，调节系统的无功输出可以稳定并网点电压。此外，当电网发生故障时，并网点电压跌落，光伏电站若具备一定的无功输出可以为系统提供必要的电压支撑。光伏逆变器也能产生一定的无功功率，但日照强度充沛时，逆变器的有功输出较高，无功功率很小，甚至不足以补偿升压变压器的无功功率损耗，从而造成光伏电站功率因数的低下。因此，具有一定规模的并网光伏电站应配置无功补偿装置，当光伏电站夜间有功出力为零时，亦可作为线路无功补偿装备，提高线路输电能力。Ps,QsPAQ1PsvGvQsvG负载5SVG构造及原理新风光SVG系列产品的主电路采用链式拓扑结构，模块化的结构设计，星型及三角形的连接方式实现不同容量下的最大性价比。控制柜与功率柜信号通过光纤进行隔离控制，实现了高低压的可靠隔离。FGSVG电气结构示意图如图7 所示。无功、功率因数概念图如图8所示。A1O-B1L-内部信号电流采采集及通讯集信号图7 FGSVG电气结构示意图新风光SVG产品的基本原理就是将自换相桥式电路通过变压器或者电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。SVG原理示意图如图9所示。WWW.CA168.COM109SVG图6 SVG补偿原理图上级开关柜A电B抗单元光纤信号联跳就绪等信号外部信号控制系统采集及通讯并机信号RS485V以太网等通讯信号其他SVG电网CT信号PT信号用户后台系统节能与新能源ENERGYSAVINGANDNEWENERGY901351802250SVG图9 SVG原理示意图新风光系列SVG运行方式一共包含了五种：恒装置无功功率模式、恒考核点无功功率模式、恒考核点功率因数模式、恒考核点电压模式、恒考核点无功功率模式2。比较常用的是恒考核点功率因数模式。通过无功的调整，使考核点的功率因数保持恒定，达到国家对电网的考核要求。SVG的运行方式如附表所示。附表SVG的运行方式表运行方式说明恒装置无功功率模式FGSVG固定发送或吸收所设定大小的无功功率在FGSVG补偿容量范围内对考核点以设定的恒考核点功率因数模式功率因数（-10 0%+10 0%）为目标进行补偿。恒考核点电压模式以用户设定电压值为目标，通过调节无功输出从而使电网电压稳定在设定值附近。通过调节FGSVG的无功输出从而使考核点无恒考核点无功功率模式功功率稳定在设定值附近。该模式检测负载侧无功功率，调节FGSVG的恒考核点无功功率模式2无功功率，以使系统侧无功功率为零或稳定在设定值。6结论当前世界各个国家都在大力发展新能源技术，太阳能作为一种清洁的可再生能源，对改变我国能源结构、节能减排具有十分重要的作用。当前，已经有很多光伏电站使用我公司生产的SVG装置，SVG更快的响应时间，更平滑的电压控制能力，大大的改善了光伏电站的110THEWORLDOFINVERTERS周期45振幅（A)901800315270图8 无功、功率因数概念图YnetI1sYnet性能，对提高电网的稳定性和电能质量很有意义。该电站通过使用山东新风光电子科技股份有限公司时间270360(a)(b)的高压SVG产品，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，补偿了因负载波动引起的电压波动，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0.9 8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，当每相不超过2 个模块，总的不超过6 个模块故障时，可采取单元余的方式，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，极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极大的优越性，值得在发电站及用户无功补偿领域大力推广。作者简介：孟军，男，198 4年生，电气工程师，现工作于新风光电子科技股份有限公司，从事电力电子技术工作。高强，男，1993年生，电气工程师，现工作于新风光电子科技股份有限公司，从事电力电子技术工作。