resumen: la aplicación de svg / sta tcom , un dispositivo de compensación de potencia reactiva dinámica de alto voltaje, producido por zddq electric co., ltd. se describe en este documento. Se analiza su papel en la compensación de potencia reactiva para la construcción de nueva energía y se indican sus aplicaciones en campos eléctricos y electrónicos.

palabras clave: svg; statcom; estación fotovoltaica; compensación de potencia reactiva; solicitud

1. Introducción

A medida que la economía mundial crece, el desarrollo y la utilización de nuevas energías, incluida la generación de energía fotovoltaica y la planta eólica, es una solución eficaz a la crisis de escasez de energía y la fuerte presión ambiental, dos problemas que preocupan al mundo. Las grandes estaciones fotovoltaicas y los sistemas fotovoltaicos de techo conectados a la red son tendencias prometedoras para la utilización de la energía solar. El rápido desarrollo de la generación pv también trae muchos problemas nuevos, entre los cuales, el voltaje reactivo es uno de los más preocupantes. El sistema pv depende de la intensidad de la luz y la temperatura, cambios que causan fluctuaciones de voltaje en el punto de conexión a la red. La conexión de grandes estaciones de pv a la red ejerce una mayor influencia en el funcionamiento seguro y estable de la red, especialmente la desconexión repentina de las estaciones de pv en caso de falla de la red empeora aún más la operación de la red. A medida que más y más estaciones de pv se ponen en producción, los problemas técnicos relacionados con las estaciones de pv, por ejemplo, la desconexión repentina de la red, se verán cada vez más preocupados.

2 problemas críticos a resolver para estaciones de pv

En el caso de alta penetración o aumento de la producción de las estaciones de pv, la red es propensa a fallas, lo que provoca el disparo de la estación de pv. se necesita cierto tiempo para volver a conectar las estaciones de pv a la red después de la recuperación. La escasez de energía causada en este período resulta en el disparo de estaciones de pv adyacentes, causando la interrupción en un área grande y afectando la seguridad y estabilidad de la red.

Para este fin, es importante permitir que las estaciones pv existentes permanezcan conectadas en un período corto de voltaje de red más bajo. El control adecuado del recorrido de bajo voltaje a través de grandes estaciones de pv puede garantizar su funcionamiento estable y seguro después de conectarse a la red. La conducción de baja tensión rara vez es posible en las estaciones fotovoltaicas, ya sea en China o en el extranjero, debido a la potencia de salida reactiva. El cuello de botella que restringe el recorrido de baja tensión de la estación fotovoltaica se encuentra en la corriente de salida en el lado de CA del inversor. Si la salida excede su valor nominal por un amplio margen, los comentarios eléctricos y electrónicos se dañarán. por esta razón, sta tcom u otros dispositivos similares se instalan en los autobuses de la estación de pv para compensar la potencia reactiva y permitir que las estaciones de energía permanezcan conectadas y emitan una cierta potencia reactiva a la red para mantener el voltaje en el punto de conexión de la red, en caso de que se produzca un atasco, un mecanismo eso mitiga el efecto adverso de la desconexión repentina de las estaciones de pv en la red.

3 necesidad de instalación statacom

un compensador estático síncrono statcom (también como konwn static var generator svg) es capaz de ajustar rápida y suavemente la potencia reactiva, proporcionar soporte de voltaje dinámico y mejorar el rendimiento operativo del sistema. instalando un statcom en la salida de una estación de pv y controlando la potencia reactiva compensada por statcom en función de la desviación de voltaje en el punto de conexión a la red, se puede estabilizar el voltaje de la red en la estación de pv y disminuir la influencia de la fluctuación de potencia en el voltaje de la red . en el caso de cortocircuito del sistema, con su capacidad de ajuste de potencia reactiva dinámica, statcom puede acelerar el proceso de recuperación de los voltajes de punto de conexión interno y de red de la estación de pv después de que se elimine el cortocircuito. en el caso de cambio de carga, statcom puede reducir efectivamente el cambio de voltaje de la estación de pv, siendo útil para la operación segura de la estación de pv y la estabilidad de la calidad de la electricidad.

Un statcom es capaz de ajustar de forma rápida y sin problemas la potencia reactiva, proporcionar soporte de voltaje dinámico y mejorar el rendimiento operativo del sistema

en el caso de cortocircuito del sistema, con su capacidad de ajuste de potencia reactiva dinámica, statcom puede acelerar el proceso de recuperación de los voltajes de punto de conexión interno y de red de la estación de pv después de que se elimine el cortocircuito. en el caso de cambio de carga, statcom puede reducir efectivamente el cambio de voltaje de la estación de pv, siendo útil para la operación segura del equipo de la estación de pv y la estabilidad de la calidad de la electricidad.

4 resumen del proyecto

La granja solar flotante de 40mwp de la red estatal en el embalse de sanlihe, ciudad de zhuxiang, condado de changfeng se propuso utilizar 2 * 79200 conjuntos de polisilicio, cada uno de los cuales es de 225wp. La capacidad total está diseñada para ser 40.392mw proporcionada por 2 * 1920 paneles solares en una matriz. 20 paneles forman una cadena; De esta manera, hay 3960 * 2 cadenas. en la granja se instalarían 64 inversores conectados a la red y transformadores de 32 x 1250kva. La capacidad de generación anual esperada del proyecto es de 44 millones de kilovatios-hora después de su puesta en producción. Este proyecto puede ajustar la estructura eléctrica local, ayudar al gobierno local a completar la tarea de reducción de emisiones, mejorar la calidad de vida de las personas y promover el desarrollo sostenible de la economía local.

Para aumentar la estabilidad del voltaje de la red y reducir el impacto de la estación fotovoltaica a gran escala en la red, el uso de baja tensión se convierte en un requisito previo. las estaciones fotovoltaicas a gran escala son débiles en la conducción de bajo voltaje si dependen únicamente de los convertidores fotovoltaicos. de acuerdo con la norma técnica q / gdw 6127-2011 para conectar estaciones de energía fotovoltaica a la red eléctrica, las estaciones de PV de escala grande y media deben estar equipadas con un sistema de control de voltaje para que la energía reactiva controle adecuadamente la energía reactiva y el voltaje. sujeto a los comandos de la autoridad de despacho de electricidad, el regulador automático de una estación de pv suministra (o absorbe) potencia reactiva, una forma de controlar el voltaje del punto de conexión a la red dentro del rango normal; La velocidad de ajuste y la precisión deben cumplir con los requisitos de ajuste de voltaje para el sistema eléctrico. durante el recorrido de bajo voltaje, una estación de pv debería proporcionar mejor soporte dinámico de potencia reactiva ". El artículo 5.2 de la especificación técnica gb / t29321-2012 para la compensación de potencia reactiva de la estación de potencia pv especifica que" los dispositivos de compensación de potencia reactiva para estaciones de pv deben ser capaces para rastrear las fluctuaciones de salida de las estaciones de pv y los requisitos de voltaje del sistema, y ​​responder rápidamente en 30 ms. El propietario de la estación de pv en este proyecto seleccionó hvsvg-c9.0 / 35t, una compensación de potencia reactiva dinámica de alto voltaje a gran escala y supresión de armónicos dispositivo, fabricado por windsun, en un proceso de licitación. el dispositivo se instaló en la estación pv para compensar la potencia reactiva de la red y los armónicos de supresión. Después de un solo intento, el dispositivo se puso en producción con éxito y proporcionó el rendimiento esperado.

5 5 zddq 35kv statcom hvsvg-c9.0 / 35t

5.1 fortalezas técnicas de hvsvg

con tecnologías eléctricas y electrónicas modernas, automatización, microelectrónica y comunicación en red, teoría de potencia reactiva instantánea de vanguardia y algoritmo de desacoplamiento de potencia basado en la transformación del marco de referencia síncrono, la serie hvsvg tiene como objetivo proporcionar la naturaleza y la cantidad requerida de potencia reactiva, factor de potencia y red voltaje, traza dinámicamente los cambios en la calidad de la electricidad de la red para ajustar la salida reactiva y asegura las curvas de operación requeridas, mejorando así la calidad de la red. Este dispositivo de compensación, basado en el inversor pwm de fuente de voltaje, ha cambiado fundamentalmente la forma en que se proporciona la compensación de potencia reactiva. En lugar de utilizar condensadores e inductores de gran capacidad, transforma la energía reactiva al cambiar frecuentemente componentes electrónicos y eléctricos.

La serie hvsvg, que es fácil de usar y altamente confiable con alto rendimiento, está especialmente diseñada para satisfacer las necesidades urgentes de los usuarios de un mayor factor de potencia de la red de transmisión y distribución, armónicos reducidos y compensación de corriente de secuencia negativa, con las siguientes características:

● diseño modular facilita la instalación, puesta en marcha y configuración

● respuesta dinámica rápida ≤ 5 ms

● la distorsión armónica total (thd) sujeta a una compensación suficiente es ≤ 3%.

● para satisfacer las necesidades del usuario en la mayor medida, hay varios modos de funcionamiento, es decir, modo de potencia reactiva del dispositivo; modo de potencia reactiva puntual objetivo; modo de factor de potencia de punto objetivo; modo de voltaje de punto objetivo y modo de compensación de carga, con valores específicos que se pueden cambiar en tiempo real.

● el seguimiento en tiempo real del cambio de carga ayuda a compensar dinámicamente la potencia reactiva, aumentar el factor de potencia del sistema, controlar de inmediato los armónicos y compensar la corriente de secuencia negativa, mejorando así la calidad de potencia de la red.

● el parpadeo de voltaje puede inhibirse para mejorar la calidad del voltaje y el voltaje estable del sistema.

● los parámetros del circuito diseñados deliberadamente permiten una baja generación de calor, alta eficiencia y bajo costo operativo.

● estructura compacta requiere un espacio pequeño

● el circuito principal es una cadena en serie de unidades de potencia de puente h que consta de circuitos igbt; cada fase del circuito principal se compone de muchas mismas unidades de potencia; la salida es una onda cuadrada superpuesta a las formas de onda pwm, que se aproxima a una forma de onda sinusoidal y tiene un rendimiento mucho más similar a la forma de onda sinusoidal después de ser filtrada por el reactor de salida.

● puede ajustar automáticamente la frecuencia de la portadora al adaptarse a los cambios ambientales y de energía.

● la precisión de compensación es menor que 0.2a.

● La redundancia y el diseño modular hacen que el dispositivo svg cumpla con los requisitos de alta confiabilidad del sistema.

● El diseño modular del circuito de alimentación garantiza un fácil mantenimiento y una buena intercambiabilidad.

● protecciones completas, es decir, sobretensión, subtensión, sobrecorriente, sobrecalentamiento de la unidad y desequilibrio de tensión, y el registro de la forma de onda transitoria en caso de falla, pueden ayudar a localizar el punto de falla, proporcionar un mantenimiento sencillo y una alta confiabilidad operativa.

● hmi está diseñado en el modo operativo Windows, con su menú y todas las teclas de función adaptadas a los hábitos operativos de la computadora. Están disponibles páginas amigables y puertos externos, incluido rs485, además de admitir el protocolo Modbus estándar. Además de la visualización en tiempo real de cantidades digitales y analógicas, consulta de registros de historial operativo y curvas de historial, monitoreo del estado de la unidad, consulta de información del sistema y consulta de fallas del historial, el dispositivo puede proporcionar una autocomprobación del sistema después del encendido, encendido / apagado de una tecla, control de tiempo compartido, osciloscopio (grabación obligatoria de ondas del canal publicitario) y registro de la tensión / corriente transitoria en el momento del fallo.

● statcom está diseñado para tener interfaces que combinen con fc, una forma que puede combinar efectivamente la compensación estática y dinámica, brindando opciones de compensación más económicas y flexibles. tiene 4 interfaces fc, con las cuales se puede predefinir el orden en que se conectan 4 ramas fc dada la circunstancia real y los estados fc se pueden monitorear en tiempo real. Esto asegura el control inteligente de statcom + fc.

● no hay impulso transitorio de conmutación, no hay sobretensión de conmutación ni reinicio del arco, y no es necesario descargar antes de volver a conmutar.

● dsp de ti y fpga de altera se utilizan para el control de 3 núcleos. 3 dsps proporcionan comunicación externa, computación de control principal y control de la unidad de potencia; y 3 fpgas juegan un papel de apoyo en el procesamiento e intercambio de datos. Los productos con esta arquitectura proporcionan una respuesta rápida de tal manera que solo se requieren 3,7 ms para responder al cambio de potencia capacitiva a potencia inductiva.

● la secuencia de fase en el sistema de CA no es un factor que deba considerarse cuando el dispositivo está conectado a un sistema más grande, lo que facilita el trabajo de conexión.

● Se permite la instalación en paralelo, lo que hace que sea fácil ampliar la capacidad. La comunicación de fibra utilizada para la operación en paralelo puede garantizar una comunicación más rápida y una mejor compensación en tiempo real. la expansión de capacidad es bastante fácil, especialmente para una renovación del sitio o un sitio que no se pone en producción. Si la potencia real se encuentra inadecuada después de que statcom se ponga en servicio, se le permite ampliar la capacidad cambiando la unidad de potencia en lugar de quitar todo el dispositivo. Si se instalan varios dispositivos en un sitio, es fácil formar un ethernet o proporcionar control maestro / esclavo a través de cables de fibra óptica de alta velocidad.

5.2 parámetros técnicos hvsvg-c9.0 / 35t

Los parámetros técnicos de zddq hvsvg-c9.0 / 35t se detallan en la tabla 1

tabla 1 hvsvg-c9.0 / 35t parámetros técnicos

5.3 estructura del sistema

El circuito principal de hvsvg es una topología encadenada, con un diseño modular y una conexión en estrella. cada fase es una serie de 20 unidades de potencia, y la conexión en estrella es de tipo estrella.

Las señales del gabinete de control y los gabinetes de alimentación están separadas por cables de fibra óptica, una forma confiable de separar el alto voltaje del bajo voltaje. La mejora significativa en la estructura de la serie hvsvg garantiza un mantenimiento más fácil. Se toma una protección antiinterferente estricta para el gabinete de control para evitar que el sistema de control contra el circuito principal de alto voltaje. la unidad de potencia se mejora para que requiera un espacio más pequeño, una forma de reducir los requisitos de inversión del usuario.

un hvsvg (statcom) se compone principalmente de tres partes: equipo de control, gabinete de potencia y gabinete del reactor. El gabinete de alimentación está muy estandarizado, lo que proporciona comodidad para la extensión de la capacidad y la estabilidad. Los dispositivos hvsvg de diferentes niveles de voltaje consisten en gabinetes de control, gabinetes de energía y gabinetes de reactores (o reactores de núcleo de aire). Los componentes principales de cada gabinete y sus funciones se enumeran en la tabla 2.

5.3.1 equipo de control

el circuito principal incluye un interruptor aislador qs1, un interruptor qf, una resistencia amortiguadora r, un detector de estado, etc., como se muestra en la figura 1.

figura 1 circuito principal de statcom

la caja de control principal estándar desarrollada independientemente por zddq ha pasado la certificación emc bajo gb / t17626 y las pruebas de temperatura y vibración, lo que indica su fiabilidad extremadamente alta.

El núcleo de control de la caja de control principal es proporcionado por el cálculo de sinergia entre un procesador de señal digital de alta velocidad de 32 bits (dsp) y un dispositivo lógico programable complejo (cpld) / fpga. El algoritmo cuidadosamente diseñado garantiza el rendimiento operativo óptimo del hvsvg. El controlador basado en la integración a gran escala está fabricado con tecnología de soldadura de superficie, lo que garantiza la extrema fiabilidad del sistema. siemens plc aumenta la flexibilidad del sistema.

Se coloca un botón de parada de emergencia en la puerta para facilitar que el usuario opere en caso de emergencia. un amigable hmi de weinview, un proveedor chino líder que adopta equipos de clase mundial y procedimientos operativos estandarizados que son paralelos a los estándares internacionales para garantizar su calidad superior.

5.3.2 armario eléctrico

El gabinete de energía está compuesto principalmente por celdas de energía que constituyen el cuerpo principal del dispositivo de compensación de energía reactiva fgsvg. La celda de alimentación se divide en tres fases para instalar, y los números de cada fase son los mismos. la forma de onda de salida se superpone por cada celda. cada celda de potencia debe soportar la corriente de salida completa, 1 / n de voltaje de fase, 1 / 3n de potencia de salida. debido a que el módulo de celda producirá calor durante la operación, es necesario usar un ventilador en el gabinete superior o en la puerta del gabinete para un enfriamiento forzado. La disposición de la celda de potencia es como se muestra en la figura 2,

figura 2 disposición de celda del gabinete de energía y celda de energía (módulo)

Los condensadores de CC de película seleccionados deliberadamente están hechos de la película de PP resistente a altas temperaturas phd fabricada por treofan germany gmbh, garantizan la confiabilidad del producto.

cada unidad de potencia proporciona protecciones completas (sobrecorriente, sobretensión, sobrecalentamiento, excepción de activación del variador y excepción de comunicación). La comunicación de fibra óptica se utiliza entre el controlador y las unidades de potencia con una separación completa y confiable de bajo voltaje de alto voltaje. De esta manera, el sistema sobresale en seguridad e inmunidad.

El diseño modular hace que todas las unidades de potencia compartan la misma estructura y garantiza una alta intercambiabilidad. solo dos o cuatro terminales de salida y dos conectores de fibra óptica están diseñados como interfaces externas, un diseño que garantiza un mantenimiento y servicio más fáciles. cada unidad de potencia proporciona control senoidal pwm a través del puente inversor basado en igbt para que se pueda obtener la forma de onda de salida de la unidad que se muestra en la figura 3.

Figura 3: forma de onda de salida de la celda de potencia y superposición de forma de onda de cada celda

Después de encadenar cada unidad de potencia, tres fases conectadas en estrella o en triángulo se conectan a la red a través de reactores. La superposición de todas las formas de onda pwm de todas las unidades da como resultado una forma de onda pwm cuadrada que es similar a una forma de onda sinusoidal.

6 operación de statcom en una granja solar flotante de 40mwp en el embalse de sanlihe,

El diagrama de cableado primario para la granja solar flotante de 40mwp de la red estatal en el embalse de Sanlihe, ciudad de Zhuxiang, condado de Changfeng es el siguiente,

Figura 4 Diagrama unifilar de planta solar de 40 MW

La capacidad total de instalación de este proyecto es de 40mwp. con 64 unidades de inversores de 630kw conectados a la red, los voltajes de salida de CA de los inversores conectados son 0.3kv y 0.27 kv, que se incrementan a 35kv a través de un transformador elevador y convergen a la separación de salida de 35kv en la subestación del transformador de 110kv de la potencia de rayos.

Para satisfacer sus necesidades de operación, la granja solar flotante compró un dispositivo de compensación de potencia reactiva dinámica de 9 mvar (hvsvg-c9.0t) producido por windsun (socio zddq). El dispositivo está montado en la red de 35kv a través de un transformador elevador de 10kv / 35kv.

hvsvg proporciona un rendimiento adecuado después de su puesta en producción, cumple con los requisitos de la granja solar para el dispositivo de compensación de potencia reactiva y ha pasado la aceptación. El dispositivo tiene las siguientes características:

(1) diseño apropiado para una fácil instalación. La estructura basada en módulos simplifica la instalación y el mantenimiento, reduce el cableado en el sitio y reduce la carga de trabajo de puesta en marcha de manera que se pone rápidamente en producción.

(2) fácil operación y observación

hvsvg tiene un panel de control simplemente estructurado que se maneja fácilmente y proporciona comunicación estándar con brujas, la comunicación con su anfitrión está disponible. en el panel, se pueden mostrar todos los estados y se puede configurar fácilmente la función.

(3) factor de potencia estable que puede preestablecerse

La conexión de la granja solar a la red requiere un factor de potencia entre 0,95 y 0,99 cuando statcom está en uso, y un factor de potencia de aproximadamente 1 cuando statcom no está en uso. Para mantener la estabilidad del sistema eléctrico, statcom suministra energía reactiva inductiva para cumplir con el requisito del factor de potencia. Con statcom en uso, el factor de potencia de la granja solar flotante de 40mwp se ha mantenido en 0.98 ~ 0.99, lo que cumple con la demanda de generación de energía y el requisito del factor de potencia.

(4) mejora de la calidad de la red eléctrica

Un statcom puede filtrar armónicos. La corriente armónica en el punto de conexión a la red después de la puesta en producción de statcom se ha mantenido por debajo del 2%. en comparación con los dispositivos convencionales de compensación de potencia reactiva, statcom proporciona una respuesta mucho mayor en 5 ms. Puede suprimir la caída y el parpadeo del voltaje de la red. la forma de onda después de la conexión a la red se da en la figura 5.

(5) consumo de energía reducido

La eficiencia operativa de hvsvg es de hasta el 99,97%, lo que reduce la electricidad consumida por la propia granja solar.

figura 5 factor de potencia rendimiento de potencia después de la conexión statcom

7. Conclusión

La operación de la granja solar flotante de 40mwp durante el último año y medio indica que hvsvg proporciona un rendimiento estable y confiable de una manera altamente automatizada, mejora la calidad de la red y cumple con las expectativas. statcom es una técnica de compensación de potencia reactiva eficiente y de calidad desarrollada en los últimos años, una nueva aplicación de las tecnologías de electricidad, electrónica e inversores a la nueva energía. Desempeña un papel importante en el control de armónicos, la compensación de potencia reactiva y el mantenimiento de la estabilidad de la red para las estaciones fotovoltaicas.

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