摘要：光伏电站配置无功补偿装置可提高光伏输送容量和系统的稳定性，并防止电压崩溃。目前电力系统中最常用的无功补偿装置为SVG，本文深入研究了SVG的工作原理和系统构成，并针对光伏电站的无功补偿范围、补偿位置及补偿容量进行了理论分析与计算。
关键词：SVG；光伏电站；无功补偿；应用
根据国家电网公司发布的《国家电网公司促进新能源发展白皮书（2016）》的数据，截至2015年，我国光伏装机容量首次超过德国，跃居世界第一。不同于常规能源发电，光伏发电系统的输出功率和天气等因素息息相关。这种随机的，随时间变化的功率在并网运行中容易对电网的稳定性及电能质量造成很大影响，并且随着新能源发电的规模不断增大，这种影响也越来越大。当前，已有很多光伏电站使用SVG装置作为无功补偿调节装置。SVG更快的响应时间，更平滑的电压控制能力、欠电压条件下更强的补偿能力，能大大改善光伏电站性能，对提高电网稳定性和电能质量很有意义。
1 SVG原理
SVG装置属于大功率电力电子技术领域。装置以链式H桥电压逆变器为核心，通过调节其输出电压幅值与系统电压幅值的关系来确定输出功率的性质与容量。
SVG通过调节其输出电压幅值、相位与系统电压幅值、相位的关系来确定输出无功功率的性质与容量，当其幅值（和相位）大于系统侧电压幅值（和相位）时输出容性无功，反之，输出感性无功。
2 SVG的特点
2.1补偿能力强
光伏电站由于多使用电缆接线，而电缆本身是标准的圆柱形电容器。这使得光伏电站在光伏停发状态下，需要感性的无功补偿；而在光伏满发状态下，又需要容性的无功补偿。根据国家电网公司《光伏电站接入电网技术规定》，大型和中型光伏电站的功率因数应能够在0.98（超前）～0.98（滞后）范围内连续可调。SVG可实现感性无功和容性无功的连续平滑双向快速调节，在选型合适的情况下，任意时刻的功率因数接近于1.0。
2.2谐波特性好
《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-1993）指出谐波的定义为：对周期性交流量进行傅里叶级数分解，得到频率为基波频率大于1的整数倍的分量。谐波问题属于非线性负荷用电特性问题，是非线性负荷所固有的特性。只要有这类负荷接入电网，就会产生谐波问题。光伏电站的核心器件之一是逆变器，属于典型的非线性负荷，因此，往往会产生较大的谐波。SVG采用桥式电路的PWM技术可以消除低次谐波，对于次数较高的谐波电流也可以减小到可以接受的程度。所以在光伏电站若以SVG为无功补偿装置，就不再需要配置额外的消谐装置。
2.3响应速度快
在常用的无功补偿装置中，SVG的响应速度是最快的。自动投切电容器组装置，由于电容器放电时间的限制，响应需要几秒钟；SVC的响应时间约为20～100ms；SVG的响应时间小于10ms，不少厂商宣称可做到小于5ms，可实现真正的动态补偿。
2.4运行安全性、可靠性高
SVG是电流可控型，对系统参数不敏感，不会出现补偿能力随着电压降低而变弱的情况。SVG还具备较强的短时过载能力（为额定电流的25%），只要不是持续（秒级以上）的运行在额定电流之上，IGBT都具有很强的过载能力。由于SVG的谐波特性，SVG不需设置滤波器组，并且IGBT是可关断器件，这就从机理上避免了谐振现象。最后，大部分厂商的SVG都采用了IGBT功率模块N+1运行方式，即某单个IGBT功率模块出现故障，并不影响整个系统的运行。这些特点和措施，都大大提高了SVG运行的安全性和可靠性。
2.5占地面积小，运行损耗低
目前来讲，限制SVG发展的一个主要问题在于，SVG的价格相对较高。目前来看，在同等条件下，SVG设备的初期投资为普通电容器组的6倍，抑制谐波型电容器组的4倍，晶闸管投切电容器组（TSC）的2倍，SVC的1.5倍。从这个角度上讲，SVG是当前最昂贵的无功补偿装置。但是，从另一个角度上讲，SVG的等效运行损耗一般只有SVC的1/3到1/2，等效运行耗电量大大低于SVC。同时，SVG不含有体积庞大的滤波支路和电抗器，安装尺寸一般只有SVC的1/5到1/3。运行损耗低，可以降低运行成本；占地面积小，可以节约土地资源。这两点，都可以弥补SVG初期投资高的不足。
3光伏电站中SVG选型
依据在给光伏电站配置SVG时，优选考虑SVG的补偿范围。而SVG的无功补范围，又以光伏电站实际的无功补偿容量为依据。光伏电站要精确配置无功损耗装置，需要详细计算，其配置的容性无功补偿容量，应为光伏电站额定出力时升压变压器无功损耗、线路无功损耗和线路充电功率的和，其配置的感性无功补偿容量，应该能够补偿全部线路的充电功率。
线路无功损耗的计算公式为：QL=3I2X
式中，QL为线路电抗产生的无功损耗，单位为kVar；I为线路额定电流，单位为A；X为线路的阻抗。
线路的充电功率计算公式为：QC=U22πfcL/1000
式中，U为线路额定电压，单位为kV；f为电力系统频率，取50Hz；c为单位长度导线单相对地电容，单位uF/km；L为导线长度，单位为km。
式中，QT变压器无功损耗，单位为kVar；UK变压器短路电压百分数；Io%为空载电流百分数；S为变压器的视在功率，单位为kVA；SN为变压器额定容量，单位为kVA。
4某光伏电站并网工程实例
该光伏电站设计安装总容量为30.03MWp，釆用采用多晶硅260W光伏组件115500块，建设30个1MWp光伏发电单元。该光伏电站直流系统共有逆变器60台，每2台500kW逆变器交流输出接入1台1000kVA升压变压器，将电压从315V升至35kV，形成1个1MWp光伏发电单元。每5个1MWp光伏发电单元经1回35kV电缆集电线路接入35kV配电室，通过110kV升压站35kV母线汇集经主变压器升压并网发电。
光伏电站容性无功补偿主要用于补偿光伏升压变、35kV集电线路、110kV升压站主变以及110kV外送线路一半无功损耗。
本工程全部集电线路采用电缆方案，每回集电线路连接5个光伏发电单元，每个光伏发电单元装机1MW，共6回35kV集电线路接至升压站35kV母线。35kV集电线路电缆型号及长度合计为YJV22-26/35-3*70型电缆共10.8km，YJV22-26/35-3*95型电缆共5.4km。
该光伏箱式升压变采用30台SC11-1000/35型油浸箱式变压器，容量1000kVA，电压等级36.5±2×2.5%/0.315kV，接线组别y，d11，d11短路阻抗5%。
光伏电站110kV升压主变采用SZ11-31500/110三相双卷有载调压升压变压器，容量31.5MVA，电压等级121±8×1.25%/38.5kV，接线组别YN，d11，短路阻抗10.5%。
该光伏电站110kV外送线路导线型号LGJ-300，长度约3km；单位公里电抗0.382Ω/km，单位充电功率0.14MVar/km。
经以上计算，如表1所示。该光伏电站最大满发状态下，升压变压器、箱式变压器、集电线路、以及110kV外送线路无功损耗合计为3.6MVar，约占光伏装机容量12%；光伏停发状态下，光伏电站送出线路充电功率为1.77MVar。
考虑到光伏电站无功补偿配置除补偿自身无功损耗外，还需为系统提供一定的无功备用，保证其无功功率有一定的调节容量，建议光伏电站升压站无功补偿的容量按光伏装机容量的30%配置，即在光伏升压站35kV母线上装设1组9MVar的SVG动态无功补偿装置，总的调节范围为-9MVar（感性）～+9MVar（容性），采用的SV可连续调节，要求可分别根据电压或功率因数两种模式进行调整。SVG无功装置要求响应时间小于30ms。
参考文献
[1]孟庆天，李莉美.光伏电站无功补偿容量分析[J].电力电容器与无功补偿，2012.
[2]汪明，南东亮.SVG在霍城图开光伏电站的研究与应用[J].新疆电力技术.2014.
作者简介
朱秀海（1988.3.3），男，汉，北京市，单位：中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，本科，电气一次，
论文作者:朱秀海
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/6/30
标签：光伏论文; 电站论文; 电压论文; 谐波论文; 装置论文; 变压器论文; 容量论文; 《电力设备》2017年第7期论文;