Применение ZDDQ STATCOM в фотоэлектрической станции
2025-04-29
Аннотация: В данной статье описывается применение SVG/STATCOM, высоковольтного динамического устройства компенсации реактивной мощности, производимого компанией ZDDQ Electric Co., Ltd. Анализируется его роль в компенсации реактивной мощности для нового энергетического строительства и указываются его применения в электрических и электронных областях. Ключевые слова: SVG;STATCOM; Фотоэлектрическая станция; Компенсация реактивной мощности; Применение
1 Введение
По мере роста мировой экономики разработка и использование новых источников энергии, включая генерацию фотоэлектрических систем и ветровых установок, является эффективным решением кризиса нехватки энергии и сильного давления на окружающую среду — двух проблем, которые беспокоят мир. Крупные фотоэлектрические станции и подключенные к сети фотоэлектрические системы на крышах зданий являются многообещающими тенденциями для использования солнечной энергии. Быстрое развитие фотоэлектрической генерации также влечет за собой множество новых проблем, среди которых реактивное напряжение является одной из самых тревожных. Фотоэлектрическая система зависит от интенсивности света и температуры, изменения которых вызывают колебания напряжения в точке подключения к сети. Подключение крупных фотоэлектрических станций к сети оказывает дополнительное влияние на безопасную и стабильную работу сети, особенно внезапное отключение фотоэлектрических станций в случае отказа сети еще больше ухудшает работу сети. По мере ввода в эксплуатацию все большего количества крупных фотоэлектрических станций технические проблемы, связанные с фотоэлектрическими станциями, например, внезапное отключение от сети, будут вызывать все большую обеспокоенность. 2 критические проблемы, которые необходимо решить для фотоэлектрических станций
В случае высокого проникновения или увеличения выхода фотоэлектрических станций сеть склонна к сбоям, что приводит к отключению фотоэлектрической станции. Для повторного подключения фотоэлектрических станций к сети после восстановления требуется определенное время. Дефицит электроэнергии, возникающий в этот период, приводит к отключению соседних фотоэлектрических станций, что приводит к отключению в большой области и влияет на безопасность и стабильность сети.
С этой целью важно, чтобы существующие фотоэлектрические станции оставались подключенными в короткий период более низкого напряжения сети. Правильное управление прохождением низкого напряжения крупных фотоэлектрических станций может гарантировать их стабильную и безопасную работу после подключения к сети. Прохождение низкого напряжения редко возможно на фотоэлектрических станциях, как в Китае, так и за рубежом, из-за выходной реактивной мощности. Узкое место, которое ограничивает прохождение низкого напряжения фотоэлектрической станции, заключается в токе, выдаваемом на стороне переменного тока инвертора. Если выходной сигнал значительно превышает номинальное значение, электрические и электронные компоненты будут повреждены. По этой причине на шинах фотоэлектрических станций устанавливаются Statcom или другие аналогичные устройства для компенсации реактивной мощности и обеспечения возможности электростанциям оставаться подключенными и выдавать определенную реактивную мощность в сеть для поддержания напряжения в точке подключения к сети в случае нарушения работы сети, что является механизмом, который смягчает неблагоприятные последствия внезапного отключения фотоэлектрических станций от сети.
3 Необходимость установки STATACOM
Статический синхронный компенсатор Statcom (также известный как статический генератор реактивной мощности konwn SVG) способен быстро и плавно регулировать реактивную мощность, обеспечивать динамическую поддержку напряжения и улучшать эксплуатационные характеристики системы. Установив Statcom на выходе фотоэлектрической станции и управляя реактивной мощностью, компенсируемой STATCOM, на основе отклонения напряжения в точке подключения к сети, можно стабилизировать напряжение сети на фотоэлектрической станции и снизить влияние колебаний мощности на напряжение сети. В случае короткого замыкания системы, благодаря своей способности динамической регулировки реактивной мощности, Statcom может ускорить процесс восстановления внутренних напряжений фотоэлектрической станции и напряжений в точке подключения к сети после устранения короткого замыкания. В случае изменения нагрузки STATCOM может эффективно снизить изменение напряжения фотоэлектрической станции, что способствует безопасной работе фотоэлектрической станции и стабильности качества электроэнергии. Статком способен быстро и плавно регулировать реактивную мощность, обеспечивать динамическую поддержку напряжения и улучшать эксплуатационные характеристики системы.
В случае короткого замыкания системы, благодаря своей динамической способности регулировки реактивной мощности, Statcom может ускорить процесс восстановления внутренних напряжений и напряжений точек подключения к сети фотоэлектрической станции после устранения короткого замыкания. В случае изменения нагрузки Statcom может эффективно снизить изменение напряжения фотоэлектрической станции, что будет полезно для безопасной эксплуатации оборудования фотоэлектрической станции и стабильности качества электроэнергии.
4 Обзор проекта
Плавучая солнечная ферма State Grid мощностью 40 МВт на водохранилище Санлихэ, город Чжусян, округ Чанфэн, была предложена для использования 2*79200 поликремниевых сборок, каждая из которых имеет мощность 225 Вт. Общая мощность рассчитана на 40,392 МВт, обеспечиваемых 2*1920 солнечными панелями в массиве. 20 панелей образуют цепочку; таким образом, имеется 3960*2 цепочек. На ферме будут установлены 64 инвертора, подключенных к сети, и 32 трансформатора по 1250 кВА. Ожидаемая годовая мощность генерации проекта составляет 44 миллиона киловатт-часов после ввода в эксплуатацию. Этот проект может скорректировать местную структуру электроснабжения, помочь местному правительству выполнить задачу по сокращению выбросов, улучшить качество жизни людей и способствовать устойчивому развитию местной экономики.
Для повышения стабильности напряжения в сети и снижения воздействия крупномасштабной фотоэлектрической станции на сеть, низковольтный режим становится обязательным условием. Крупномасштабные фотоэлектрические станции слабы в низковольтном режиме, если они зависят исключительно от фотоэлектрических преобразователей. Согласно Техническому правилу Q/GDW 6127-2011 по подключению фотоэлектрических электростанций к электросети, «крупные и средние фотоэлектрические станции должны быть оснащены системой управления напряжением для реактивной мощности, чтобы должным образом контролировать реактивную мощность и напряжение. В соответствии с командами диспетчерского органа по электроэнергии автоматический регулятор фотоэлектрической станции поставляет (или поглощает) реактивную мощность, способ управления напряжением точки подключения к сети в пределах нормального диапазона; скорость и точность регулировки должны соответствовать требованиям по регулировке напряжения для электросистемы. Во время прохождения низкого напряжения фотоэлектрическая станция должна лучше обеспечивать динамическую поддержку реактивной мощности». Статья 5.2 Технической спецификации GB/T29321-2012 по компенсации реактивной мощности фотоэлектрической станции указывает, что «устройства компенсации реактивной мощности для фотоэлектрических станций должны иметь возможность отслеживать выходные колебания фотоэлектрических станций и требования к напряжению системы, а также быстро реагировать в течение 30 мс». Владелец фотоэлектрической станции в этом проекте выбрал HVSVG-C9.0/35T, крупномасштабное высоковольтное динамическое устройство компенсации реактивной мощности и подавления гармоник, произведенное WindSun, в процессе торгов. Устройство было установлено на фотоэлектрической станции для компенсации реактивной мощности сети и подавления гармоник. После всего лишь одной попытки устройство было успешно запущено в производство и обеспечило ожидаемые характеристики.
5 ZDDQ 35kv STATCOM HVSVG-C9.0/35T
5.1 Технические преимущества HVSVG
Благодаря современным электрическим и электронным технологиям, автоматизации, микроэлектронике и сетевой связи, передовой теории мгновенной реактивной мощности и алгоритму развязки мощности на основе синхронного преобразования системы отсчета серия HVSVG направлена на обеспечение требуемого характера и количества реактивной мощности, коэффициента мощности и напряжения сети, динамического отслеживания изменений качества электроэнергии в сети для регулировки реактивной мощности и обеспечения требуемых рабочих кривых, тем самым улучшая качество сети. Это компенсационное устройство, основанное на инверторе типа источника напряжения с ШИМ, в корне изменило способ обеспечения компенсации реактивной мощности. Вместо использования конденсаторов и индукторов большой емкости оно преобразует реактивную энергию путем очень частого переключения электронных и электрических компонентов.
Серия HVSVG, простая в использовании и высоконадежная с высокой производительностью, специально разработана для удовлетворения неотложных потребностей пользователей в повышенном коэффициенте мощности передающей и распределительной сети, сниженных гармониках и компенсации тока обратной последовательности со следующими характеристиками:
● Модульная конструкция облегчает установку, ввод в эксплуатацию и настройку
● Быстрый динамический отклик ≤ 5 мс
● Суммарное гармоническое искажение (THD) при условии достаточной компенсации составляет ≤ 3%.
● Для максимального удовлетворения потребностей пользователей предусмотрено несколько режимов работы, а именно: режим реактивной мощности устройства; режим реактивной мощности целевой точки; режим коэффициента мощности целевой точки; режим напряжения целевой точки и режим компенсации нагрузки с целевыми значениями, которые можно изменять в режиме реального времени.
● Отслеживание изменения нагрузки в реальном времени помогает динамически компенсировать реактивную мощность, увеличивать коэффициент мощности системы, немедленно контролировать гармоники и компенсировать ток обратной последовательности, тем самым улучшая качество электроэнергии в сети.
● Мерцание напряжения можно подавить, чтобы улучшить качество напряжения и стабильное напряжение системы.
● Специально разработанные параметры схемы обеспечивают низкое тепловыделение, высокую эффективность и низкие эксплуатационные расходы.
● Компактная структура требует небольшого пространства
● Главная цепь представляет собой последовательную цепь блоков питания H-моста, состоящих из цепей IGBT; каждая фаза главной цепи состоит из множества одинаковых блоков питания; выход представляет собой прямоугольную волну, наложенную из сигналов ШИМ, приближающуюся к синусоидальной форме и функционирующую гораздо более похожей на синусоидальную форму после фильтрации выходным реактором.
● Он может автоматически регулировать несущую частоту, адаптируясь к изменениям окружающей среды и мощности.
● Точность компенсации составляет менее 0,2 А.
● Избыточность и модульная конструкция позволяют устройству SVG соответствовать высоким требованиям надежности системы.
● Модульная конструкция силовой цепи гарантирует простоту обслуживания и хорошую взаимозаменяемость.
● Полная защита, т. е. перенапряжение, пониженное напряжение, перегрузка по току, перегрев блока и дисбаланс напряжения, а также запись переходной формы волны при отказе, могут помочь локализовать точку отказа, обеспечить простоту обслуживания и высокую эксплуатационную надежность.
● HMI разработан в режиме работы Windows, его меню и все функциональные клавиши адаптированы к привычкам работы компьютера. Доступны удобные страницы и внешние порты, включая RS485, в дополнение к поддержке стандартного протокола Modbus. Помимо отображения цифровых и аналоговых величин в реальном времени, запроса записей истории работы и кривых истории, мониторинга состояния блока, запроса системной информации и запроса истории отказов, устройство может обеспечить самотестирование системы после включения, включение/выключение одной кнопкой, управление с разделением времени, осциллограф (обязательная запись волны канала AD) и запись переходного напряжения/тока во время отказа.
● STATCOM разработан с учетом интерфейсов, которые работают с FC, что позволяет эффективно сочетать статическую и динамическую компенсацию, обеспечивая более экономичные и гибкие варианты компенсации. Он имеет 4 интерфейса FC, с помощью которых порядок включения 4 ветвей FC может быть предопределен с учетом фактических обстоятельств, а состояния FC могут контролироваться в режиме реального времени. Это обеспечивает интеллектуальное управление Statcom+FC.
● Отсутствуют импульсы переходного процесса переключения, перенапряжения переключения и повторного зажигания дуги, а также не требуется разрядка перед повторным переключением.
● DSP от TI и FPGA от ALTERA используются для 3-ядерного управления. 3 DSP обеспечивают внешнюю связь, основные вычисления управления и управление силовым блоком; а 3 FPGA играют вспомогательную роль в обработке и обмене данными. Продукты с этой архитектурой обеспечивают быстрый отклик, так что для реагирования на изменение с емкостной мощности на индуктивную требуется всего 3,7 мс. ● Последовательность фаз в системе переменного тока не является фактором, который необходимо учитывать при подключении устройства к более крупной системе, что упрощает работу по подключению.
● Разрешена параллельная установка, что позволяет легко расширить емкость. Волоконно-оптическая связь, используемая для параллельной работы, может обеспечить более быструю связь и лучшую компенсацию в реальном времени. Расширение емкости довольно просто, особенно для реконструкции сайта или сайта, который не введен в эксплуатацию. Если фактическая мощность оказывается недостаточной после ввода в эксплуатацию STATCOM, допускается расширение емкости путем замены блока питания вместо удаления всего устройства. Если на сайте установлено несколько устройств, легко сформировать Ethernet или обеспечить управление ведущий/ведомый через высокоскоростные волоконно-оптические кабели.
5.2 Технические параметры HVSVG-C9.0/35T
Технические параметры ZDDQ HVSVG-C9.0/35T подробно описаны в Таблице 1
| No. | Item | Technical Parameter |
| 1 | Product Name | 35Kv STATCOM |
| 2 | Rated Voltage | 35Kv,50Hz |
| 3 | Rated Capacity | -9.0Mvar~+9.0Mvar |
| 4 | Reactive Power Compensation Capability | Continuous compensation from inductive to capacitive reactive power |
| 5 | Response Frequncey | 50Hz |
| 6 | Full Response time | ≤5ms |
| 7 | Voltage THD after compensation THD u | 1MVAr~42MVAr |
| 8 | Current THD after compensation THD i | 5KVAr |
| 9 | 3 phase unbalance compensation effect | Compensate Harmonics, Reactive Power, 3 Phase imbalance |
| 10 | Efficiency | PF≥99.2% after compensation (at rated working conditions) |
| 11 | Operation temperature | -20℃~+40℃ |
| 12 | Storage temperature | -40℃~+65℃ |
| 13 | Human Machine Interface | Colorized color touched LCD panel |
| 14 | Humidity | <90% without condensation monthly |
| 15 | Altitude | ≤1000m Rated Capacity, |
| 16 | Seismic intensity | ≤8 Scale |
5.3 Структура системы
Главная цепь HVSVG представляет собой цепочечную топологию с модульной конструкцией и соединением по схеме «звезда». Каждая фаза представляет собой серию из 20 силовых блоков, а соединение по схеме «звезда» является звездообразным.
Сигналы шкафа управления и силовых шкафов разделены оптоволоконными кабелями, что является надежным способом разделения высокого напряжения от низкого напряжения. Значительное улучшение структуры серии HVSVG обеспечивает более простое обслуживание. Для шкафа управления принята строгая защита от помех, чтобы предотвратить систему управления от главной цепи высокого напряжения. Силовой блок улучшен таким образом, что он требует меньшего пространства, что позволяет снизить инвестиционные требования пользователя.
HVSVG (Statcom) в основном состоит из трех частей: механизма управления, силового шкафа и реакторного шкафа. Силовой шкаф в значительной степени стандартизирован, что обеспечивает удобство для расширения мощности и стабильности. Устройства HVSVG разных уровней напряжения состоят из шкафа управления, силовых шкафов и реакторных шкафов (или реакторов с воздушным сердечником). Основные компоненты каждого шкафа и их функции перечислены в таблице 2.
| System structure | Main device | Functions |
| Control cabinet | Switching device | Switch On or off the main circuit |
| Buffer Resistance | Suppress the voltage spikes on bus when the module is being charged | |
| Data Controller | Collect switching quantities and analog quantities | |
| Control box | Data processing | |
| Logic Controller | Logic control | |
| HMI | Parameter setting and display as well as waveforms recording | |
| Secondary powersystem | Power source processing for a stable control system | |
| Power cabinet | Power cell/unit | Voltage of certain amplitude and phase is cascaded according to signals |
| Forced air cooling system | Forced air cooling of the modular unit | |
| Reactor cabinet | Reactors | Realization of reactive voltage source grid connected and current filtering |
5.3.1 Механизм управления
Главная цепь включает в себя изолирующий выключатель QS1, выключатель QF, демпфирующий резистор R, детектор состояния и т. д., как показано на рисунке 1.
Стандартный главный блок управления, независимо разработанный ZDDQ, прошел сертификацию EMC в соответствии с GB/T17626 и испытания на температурный удар и вибрацию, что свидетельствует о его чрезвычайно высокой надежности.
Ядро управления главного блока управления обеспечивается синергетическим вычислением между 32-битным высокоскоростным цифровым сигнальным процессором (DSP) и сложным программируемым логическим устройством (CPLD)/FPGA. Тщательно разработанный алгоритм обеспечивает оптимальную производительность HVSVG. Контроллер на основе крупномасштабной интеграции изготовлен с использованием технологии поверхностной сварки, что обеспечивает чрезвычайно высокую надежность системы. ПЛК Siemens повышает гибкость системы.
Кнопка аварийной остановки расположена на двери, чтобы облегчить пользователю работу в случае чрезвычайной ситуации. Дружественный HMI от Weinview, ведущего китайского поставщика, который использует оборудование мирового класса и стандартизированные рабочие процедуры, соответствующие международным стандартам, для обеспечения его высочайшего качества.
5.3.2 Силовой шкаф
Силовой шкаф в основном состоит из силовых ячеек, которые составляют основную часть устройства компенсации реактивной мощности FGSVG. Силовая ячейка делится на три фазы для установки, и номера каждой фазы одинаковы. Выходная форма волны накладывается каждой ячейкой. Каждая силовая ячейка должна выдерживать полный выходной ток, 1/N фазного напряжения, 1/3N выходной мощности. Поскольку модуль ячейки будет выделять тепло во время работы, необходимо использовать вентилятор на верхнем шкафу или дверце шкафа для принудительного охлаждения. Расположение силовой ячейки показано на рисунке 2.
Специально подобранные пленочные конденсаторы постоянного тока изготовлены из высокотемпературной PP-пленки PHD производства Treofan Germany GmbH, что гарантирует надежность продукта.
Каждый блок питания обеспечивает полную защиту (перегрузка по току, перенапряжение, перегрев, исключение срабатывания привода и исключение связи). Оптоволоконная связь используется между контроллером и блоками питания с полным и надежным разделением низкого напряжения от высокого напряжения. Таким образом, система отличается безопасностью и устойчивостью к электромагнитным помехам.
Благодаря модульной конструкции все блоки питания имеют одинаковую структуру и обеспечивают высокую взаимозаменяемость. Только два или четыре выводных терминала и два оптоволоконных разъема спроектированы как внешние интерфейсы, что обеспечивает более простое обслуживание и ремонт. Каждый блок питания обеспечивает синусоидальное ШИМ-управление через инверторный мост на основе IGBT, так что можно получить выходную форму сигнала блока, показанную на рисунке 3.
После того, как каждый блок питания соединен цепочкой, три фазы, соединенные звездой или треугольником, затем подключаются к сети через реакторы. Наложение всех сигналов ШИМ от всех блоков приводит к квадратному сигналу ШИМ, похожему на синусоидальный сигнал.
6 Работа STATCOM на плавучей солнечной ферме мощностью 40 МВт на водохранилище Санлихэ,
Основная схема электропроводки для плавучей солнечной фермы мощностью 40 МВт на водохранилище Санлихэ, город Чжусян, уезд Чанфэн, выглядит следующим образом,
Общая мощность установки этого проекта составляет 40 МВтп. С 64 единицами инверторов по 630 кВт, подключенными к сети, выходные напряжения переменного тока подключенных инверторов составляют 0,3 кВ и 0,27 кВ, которые увеличиваются до 35 кВ с помощью повышающего трансформатора и сходятся к интервалу розеток 35 кВ на трансформаторной подстанции Rayspower 110 кВ.
Для удовлетворения своих эксплуатационных потребностей плавучая солнечная ферма приобрела динамическое устройство компенсации реактивной мощности 9 Мвар (HVSVG-C9.0T), произведенное WindSun (партнер ZDDQ). Устройство монтируется в сеть 35 кВ через повышающий трансформатор 10 кВ/35 кВ.
HVSVG обеспечивает надлежащую производительность после ввода в эксплуатацию, отвечая требованиям солнечной фермы к устройству компенсации реактивной мощности, и прошло приемку. Устройство имеет следующие характеристики:
(1) Соответствующая конструкция для легкой установки. Модульная структура упрощает установку и обслуживание, сокращает количество электропроводки на месте и снижает объем работ по вводу в эксплуатацию, что позволяет быстро запустить ее в эксплуатацию.
(2) Простота эксплуатации и наблюдения
HVSVG имеет простую панель управления, которая легко управляется и обеспечивает стандартную связь с хостом, доступную связь. На панели можно отображать все состояния и легко выполнять настройку функций.
(3) Стабильный коэффициент мощности, который можно предварительно установить
Подключение солнечной фермы к сети требует коэффициента мощности от 0,95 до 0,99 при использовании STATCOM и коэффициента мощности около 1 при неиспользовании STATCOM. Для поддержания стабильности электросистемы STATCOM поставляет индуктивную реактивную мощность для удовлетворения требований к коэффициенту мощности. При использовании STATCOM коэффициент мощности плавучей солнечной фермы 40 МВт поддерживается на уровне 0,98~0,99, что соответствует как спросу на электроэнергию, так и требованиям к коэффициенту мощности.
(4) Улучшенное качество электроэнергии в сети
Статком способен фильтровать гармоники. Гармонический ток в точке подключения к сети после ввода СТАТКОМа в эксплуатацию удерживается на уровне ниже 2%. По сравнению с обычными устройствами компенсации реактивной мощности СТАТКОМ обеспечивает гораздо более высокую скорость реакции в течение 5 мс. Он может подавлять падение напряжения в сети и мерцание. Форма волны после подключения к сети представлена на рисунке 5.
(5) Снижение потребления энергии
Эксплуатационная эффективность HVSVG составляет до 99,97%, что снижает потребление электроэнергии самой солнечной фермой.
7 Заключение
Эксплуатация плавучей солнечной фермы мощностью 40 МВт за последние полтора года показывает, что HVSVG обеспечивает стабильную и надежную работу в условиях высокой автоматизации, улучшает качество сети и оправдывает ожидания. STATCOM — это эффективная и качественная технология компенсации реактивной мощности, разработанная в последние годы, новое применение технологий электричества, электроники и инверторов для новой энергии. Она играет важную роль в контроле гармоник, компенсации реактивной мощности и поддержании стабильности сети для фотоэлектрических станций.
ZDDQ Сопутствующие товары
Внутренний STATCOM
Внешний STATCOM
