1、浅析 水冷 S V G 在风电场的应用曹刚（中节能（肃北）风力发电有限公司 马鬃山第二风电场）摘 要随着新能源的迅速增长，电能质量越来越重要。SVG在大型风电场、光伏电站得到了广泛的应用，但对于如此恶劣的风电场、光伏电站，给常规风冷式SVG稳定性带来来严峻的挑战。从甘肃2013年、2014年电网运行通报中来看SVG装置故障率极高，给电网的安全运行增添了隐患，为此研究SVG性能的稳定性迫在眉睫，刻不容缓，本文以目前水冷SVG、风冷SVG为背景探索分析SVG的性能。关键词：SVG 电能质量 稳定性目 录一、引言.1二、SVG原理与作用1三、我风场SVG的组成与拓扑图.2四、SVG的性能影响因素分析
2、5（一）不同型号SVG的特点5（二）SVG的性能影响因素分析.6五、结束语.8参考文献.91水冷与风冷SVG的性能分析一、引言随着酒泉风电二期、敦煌光伏819 项目的相继并网运行，新能源企业分散式接入集控运行已成规模，变电站运行趋于无人或少人值班，对于各系统的稳定可靠提出了更高的要求，特别是无功补偿装置的稳定运行。由于SVG调节速率较快，使用越来越频繁，如何提高SVG稳定性是关键。本文以不同厂家的水冷式SVG、风冷式SVG为背景，分析各系统的功能、稳定性，为风电场SVG可靠运行提供建议。二、SVG原理与作用SVG以大功率电压型逆变器为核心，通过调节逆变器输出电压幅值和相位，或者直接控制交流侧电
3、流的幅值和相位，迅速吸收或发出所需的无功功率，实现快速（5ms）动态调节无功功率的目的。风电场机组较多、规模较大，但单机机组容量相对火电机组较小，无功补偿装置对电能质量的影响举足轻重。其分析SVG具有如下几点作用：提高线路输电稳定性。正常运行情况下补偿线路无功损耗，提高有效输电容量。补偿系统无功功率，提高功率因数，节能损耗。功率因数2低会造成线路的能量损耗，降低电能质量。SVG可以补偿无功功率，提高功率因数，改善电能质量。抑制电压波动和闪变。负荷急剧变化导致电压波动，SVG能够快速提供无功电流，补偿负荷变化引起的电压波动和闪变。抑制三相不平衡。配电系统中存在大量三相不平衡负载，导致三相电流不平
4、衡，造成电能质量降低，SVG具有抑制三相不平衡的作用。三、我风场SVG组成与拓扑图。目前甘肃风电场SVG主要以思源电气股份有限公司（以下简称“思源”）和荣信电力电子股份有限公司（以下简称“荣信”）两家为主。我公司不同风场均使用上述两家公司研制的不同冷却方式的SVG。马鬃山风场使用荣信35KV直挂SVG，冷却方式为水冷，如图1所示。图1马鬃山风场SVG运行示意图3荣信35KV直挂水冷式SVG由电阻、电抗器、单元模块、水冷系统及控制系统组成。A、B、C三相单元模块星形连接，每相42个单元模块之间串联（单元模块根据配置容量有所变化）。SVG启动时启动电流较大，单元模块容易过流而损坏电子元器件，从而在
5、设计时加装了电阻、电抗器，限制了启动电流，当控制系统检测到各模块电压正常后（单元模块充电至500V左右），系统将电阻短路，直接将35KV电压施加于单元模块中，此时单元模块电压将在1000V左右正常运行。单元模块中发热量最大的部分是IGBT，也是单元模块的核心组件，水冷系统的就是通过将冷却水直接通过IGBT使其散热。在运行过程中不会因外界天气变化而造成SVG故障。如图2所示为思源降压风冷SVG，由降压变压器、开关、电阻、电抗器、单元模块、风机、控制系统组成。在公司昌西三风场、大坝风场使用该类型设备。降压风冷式SVG技术已相对成熟，每组模块设置若干个通风口，使风机向外排风，从而保证模块温度正常。
6、图2思源降压风冷SVG运行示意图4SVG接收到启动指令后，SVG启动，单元模块充电电压约为570V左右，充电结束后内部开关自动合闸，将电阻短路，系统正常运行，单元模块电压正常运行时电压为1000V左右。图3荣信35KV直挂风冷SVG运行示意图如图3所示为荣信35KV直挂风冷式SVG。由开关、电阻、电抗、单元模块、风机、控制系统组成，在公司特许权风场使用该类型设备。连接方式与水冷式SVG类似，只是单元模块选择材料不同，冷却方式不同。四、SVG的性能影响因素分析。（一）不同型号SVG的特点无论对于思源SVG，还是荣信SVG水冷、风冷都有不同的特点，稳定性也存在差异。1.冷却方式不同。顾名思义，水冷
7、SVG使用水作为冷却介质，5而风冷SVG使用风作为冷却介质。运行中水冷系统可基本不受外界恶略天气的影响，运行相对稳定。2.接入电压等级不同。对于思源SVG使用降压式，而荣信SVG使用35KV直挂式。运行中荣信35KV直挂SVG相对思源降压式电压等级较高，对于单元模块耐压、稳定性要求较高。降压式SVG故障后35KV侧开关不会跳闸，对于风电场、调度运行管理方便。3.设计结构不同。荣信SVG单元模块设计近似于抽屉开关，更换方便。而思源SVG单元模块体积相对大，更换相对不方便。思源降压式SVG有降压变压器，相应增加了设备。荣信直挂式没有变压器，减少了设备。思源SVG短路开关在内部，而荣信SVG在外部。
8、4.模块故障检测方法不同。思源SVG模块故障检测需用专用的模块检测仪，通过观察指示灯和检测电压就可以初步判断故障类型。对于荣信SVG检测单元模块使用万用表测量电阻和电压来判断单元模块的好坏。（二）SVG的性能影响因素分析SVG性能的稳定性在电网的考核中占有相当的比例,同样SVG的稳定运行直接关系到电能质量、风场运行管理。因此需从多方面分析影响SVG设备的性能的因素，确保电能质量合格，保证电网运行安全。以下就从SVG型号、冷却方式等多方面分析影6响运行性能稳定性的因素，取长补短，建立有效的预防措施，从易发生、最薄弱环节入手，进一步提高设备的可控性。1.单元模块的散热。目前无论是思源SVG、还是荣
9、信SVG都使用电力电子元件，其中IGBT发热量较高，容易发生故障。常规设备散热都以风冷为主，但对于风场恶劣的天气，风冷式SVG容易进雨雪导致电子元器件损坏，例如特许权风场采用荣信风冷式SVG在运行中时常因为散热问题而束手无策。通过对水冷式SVG的运行情况来看，水冷式SVG运行情况相对稳定，不因外界气候变化而使装置发生故障。对于直挂、还是降压SVG使用水冷方式冷却，将彻底解决SVG散热问题，性能进一步提高。随着水系统的增加相应也给SVG控制系统增加了难点：（1）增加水系统与SVG的控制策略。（2）设备的绝缘性能。（3）水系统的密封。设备的绝缘性能、水系统的密封问题从设备材料、工艺方面可以有效的解
10、决，而水系统与SVG之间的控制相互牵制，一旦水系统发生故障，SVG将必须无条件停止运行，以防止损坏单元模块。在实际运行中难免会出现切换备自投或瞬间断电等操作，造成SVG非故障跳闸。在设计时稍微改动控制策略可以提高稳定性，可在水系统在发生故障时具备延时10S向SVG控制系统发送故障信息，以防水冷系统误发信号，造成SVG停运。同样对于风冷SVG，可以设置当冷却风扇故障时短时间内不跳闸，而是将向7监控后台发告警信息提醒值班人员及时处理恢复，同样可以提高设备可靠性。对于风冷式SVG可以将冷却方式改为内循环与内部强迫风冷，同样也能解决SVG散热与通风的有效途径，目前在特许权风场试运行，运行相对稳定。2.
11、光纤的连接。在荣信SVG中光纤较多，通讯问题故障率也相对较高，最常见的故障报文为“上行、下行光纤中断”。检查发现光纤松动或灰尘较多。控制系统与单元模块之间通讯全部使用光纤，如果其中有一根光纤发生异常，SVG会误动跳闸。在思源SVG中灯板处光纤较脏或接触不良时易发生故障，且时常会损坏灯板。在首次运行中需彻底清扫灰尘，确保每一根光纤接触牢固，防止光纤损伤问题也是有效降低故障率的一种办法。3.T型插头或软连接。对于荣信SVG模块构造近似于抽屉，动静触头接触不良，长时间发热，极易造成T型插头损坏。在更换或检查模块后保证轨道干净、无杂物，将单元模块推放至固定位置，保证接触面接触均匀。思源SVG模块之间通
12、过铜排连接，接触不良，也会发生故障，在连接过程中保证连接可靠。4.冷却系统。水冷SVG当水系统发生故障时同样造成SVG跳闸，为此在运行中首先保证水循环系统运行正常。SVG监控后台需实时监测水系统运行情况，发生报警信息需及时查看分析，首先保证水系统运行良好。同样风冷系统故障也会造成SVG因散热不良而跳闸。在运行中及时处理风冷系统故障，保证系统稳定运8行。5.水冷SVG的水质。运行中由于管道老化破裂或更换模块，将水喷射到电子元器件中，如果水中金属离子含量较多，容易导电，造成单元模块电子元器件二次损坏，因此水系统中水质必须合格，保证去离子系统正常运行。五、结束语通过对思源、荣信不同电压等级、不同冷却方式的SVG分析，影响SVG设备稳定运行的主要因素有：单元模块的散热、光纤的连接，单元板本身质量、冷却系统的稳定性等。在运行中保证以上几点，SVG基本可稳定运行，满足风电场、调度运行管理。9参考文献1 思源电气股份有限公司。SVG使用说明书。2 荣信电力电子股份有限公司。SVG用户手册。2013 年 12月。3 广州高澜节能技术股份有限公司 。水冷系统操作手册。2013年 8月。
