光伏電站無功功率補償裝置與逆變器代替SVG的可行性分析

隨著太陽能作為主要的清潔能源，被廣泛應用于光伏電站中。但由于光伏發電系統的輸出功率會受到天氣和溫度等因素影響，且這種影響具有隨機性，會導致并網點輸出的有功功率出現變動，這時就需要對系統的無功輸出進行調節，從而實現對并網點的電壓進行穩定。

在電網運行過程中，隨著時間變化的功率不僅會對電網的穩定性造成影響，還會對電能的質量造成影響，而隨著新能源發電應用的增多，其對電能和電網的影響會越來越大。

因此，應結合發電站的實際情況，合理配置無功功率補償裝置，為發電站各個系統的安全、穩定運行提供可靠保障和為電力系統提供電力支撐。

無功潮流方向

地面電站對無功功率主要影響設備為站內升壓變壓器、升壓線路和匯集站線路。白天地面電站主要無功功率影響是站內升壓變壓器和線路造成的無功損耗，此時光伏電站從電網吸收無功功率；夜間主要無功功率影響是升壓變壓器空載運行的勵磁無功及線路上的容性無功，容性狀態下無功功率返送電網。

現有SVG補償方案介紹

就目前情況而言，大多數光伏電站采用安裝SVG無功補償裝置方案，由于SVG這種無功補償調節裝置對電壓控制能力平滑、響應時間短，即使在欠電壓的情況下，補償能力也很強，能很好的改善光伏電站的性能，保障電能的質量，有效提高電網穩定性。

1. SVG原理

SVG型無功補償裝置是一種采用IGBT全控型有源型無功發生器，不再采用大容量電容器和電抗器，而是通過電力電子器件開關功能實現無功能量的轉換，能動態發出和吸收無功功率，SVG功率模塊是由多個IGBT元器件與電容器串并聯而成的橋式電路，通過電抗器并聯在電網上。電抗器能有效的抑制SVG開關電路產生的諧波，使SVG輸出的無功功率無階躍波動更加平滑，防止電流沖擊發生故障。SVG原理示意圖如下所示：

2. SVG的設備構成和優勢

2.1 主要設備構成

SVG設備主要由連接電抗器（連接變壓器）、啟動裝置、IGBT換流閥組和控制系統等部分構成。

●連接電抗器：實現電氣隔離，增加系統可靠性，抑制電流突變

●啟動裝置：緩沖啟動電路，減小并網沖擊

●IGBT換流閥組：核心部件，實現功率實時變換

●控制系統：實時采集電流電壓信號，計算分析無功功率與電能質量

2.2 SVG優點

SVG已廣泛應用于發輸配電的各個環節，如新能源發電、電力系統、電氣化鐵道、城市軌道交通、機場、港口、冶金、化工等多個行業，相比于傳統的補償裝置有以下優點：

●響應速度快，SVG能有效的抑制電壓波動閃變

●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

●補償性能好，無功功率雙向可調，能快速調節無功輸出，保證考核點功率因數達標

●運行損耗小，由傳統補償裝置相比，電力電子器件運行效率高，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，一端連接著電網，作為光伏電站和電網的橋梁，對提高光伏電力的電網友好性，起著關鍵作用。根據光伏電站設計通常需要配置光伏電站并網容量的20%--30%的SVG 動態無功補償裝置用于并網點處功率因數的動態補償調節。

目前并網型光伏逆變器有者大范圍的功率因數調節和瞬時響應能力，因此針對逆變器代替SVG補償裝置的可行性做如下分析。

1. 補償容量對比

根據光伏電站設計無功補償配置要求，例10MW光伏電站，需配置無功補償裝置容量為2Mvar--3Mvar，則10MW光伏電站需配置光伏逆變器（HT225kW）約45臺，單臺逆變器的無功補償量為±148.5kVar，逆變器總補償無功量為6682.5kVar。逆變器的無功補償量更大，調節裕量充足，從無功補償容量方面可以替代SVG作用；逆變器具有的SVG功能，從響應時間也同樣滿足電網對電壓動態響應的要求。

2. 運行可靠性分析

目前光伏電站使用的SVG是集中式調節補償裝置，通常SVG以10KV或35KV的電壓等級接入，需要完備的保護裝置及可靠的監控系統，若設備出現故障或檢修時則SVG需退出運行，導致光伏電站無法調節無功補償。

相比于SVG動態無功補償設備，逆變器運行更可靠，即便單臺或多臺設備存在故障也不影響其他光伏陣列逆變器的補償。對于光伏電站受環境因素影響的功率波動，逆變器分散補償更加精準。

3. 運行能耗分析

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

其次由于SVG由多個IGBT功率模塊串聯而成，設備發熱量大，且IGBT功率模塊對周邊環境濕度、溫度、粉塵、腐蝕性等要求比較高，需配置相應的大功率冷卻除濕裝置（工業空調或水冷），因此對于能耗的經濟性方面逆變器存在一定的優勢。

4. 設備安裝對比

SVG動態無功補償設備安裝占地面積大且需要在開關站內留有開關出線柜，提高了相應的建設投資成本和運維成本。對比機SVG設備，逆變器有安裝方便、占地面積小，故障率低且便于運維的優勢。

5. 成本對比

SVG無功補償裝置一般為1.1倍長期運行的過載能力，1.1倍過載能力對光伏系統直流側、升壓設備、電纜等成本節省優勢小。對比逆變器（HT225kW）有1.6倍以上超配能力，對于逆變器設備采購成本、交直流電纜成本節省優勢明顯。

結 論

目前已有地面光伏電站與逆變器廠家進行相應的逆變器代替SVG試驗，且試驗結果滿足電網對無功補償的考核要求。試驗中將原本配置的 SVG 裝置退出電網，全部的無功指令由光伏逆變器執行。測試結果顯示逆變器對于無功控制能力、無功控制精度以及電網電壓控制精度等方面，都符合國標要求。

所以并網逆變器無功補償能力跟 SVG 集中無功補償裝置相比較具有一定的優越性，通過采取并網逆變器對 SVG 集中無功補償裝置替代，就能減少對于 SVG 設備采購的投資支出，同時節約設備運維成本，以及減少光伏升壓站內占地面積。因此逆變器代替SVG動態無功補償裝置有十分顯著的優勢。