筠山風(fēng)電場(chǎng)SVG的改造與優(yōu)化

劉 濤，談敦超

(湖北能源集團(tuán)黃石風(fēng)電有限公司，湖北 黃石 435000)

筠山風(fēng)電場(chǎng)位于陽新縣和開發(fā)區(qū)·鐵山區(qū)筠山山脈，裝機(jī)規(guī)模80 MW，安裝40臺(tái)2 MW容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。2016年6月首批風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，同步SVG(靜止無功發(fā)生器)投入運(yùn)營(yíng)。

SVG作為風(fēng)電場(chǎng)重要電氣設(shè)備，起到無功調(diào)節(jié)和提高功率因數(shù)的作用，也是AGC和AVC系統(tǒng)的重要組成部分[1]。風(fēng)電場(chǎng)SVG從2016年6月投產(chǎn)至2018年8月，在2年多的時(shí)間內(nèi)發(fā)生多次跳閘事件，SVG也在一段時(shí)間內(nèi)處于停運(yùn)狀態(tài)。在2018年9月完成整改后，至今一直處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。本文就SVG的運(yùn)行和整改過程做簡(jiǎn)要介紹。

1 風(fēng)電場(chǎng)SVG簡(jiǎn)介

SVG(靜止無功發(fā)生器)采用瞬時(shí)無功功率理論的無功監(jiān)測(cè)方式，以功率因數(shù)、網(wǎng)側(cè)電壓作為控制目標(biāo)，動(dòng)態(tài)跟蹤電網(wǎng)電能相關(guān)指標(biāo)的變化，根據(jù)變化情況調(diào)節(jié)無功輸出，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，優(yōu)化電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高電能質(zhì)量運(yùn)行[2]。

筠山風(fēng)電場(chǎng)SVG無功的調(diào)節(jié)范圍為-20 Mvar至20 Mvar，共有五種控制方式：恒無功控制、恒功率因數(shù)控制、恒電壓控制、無功電壓協(xié)調(diào)控制和有源濾波[3]。主要由充電部分、功率部分和控制部分組成，如圖1所示。

圖1 SVG主要組成部分圖

2 運(yùn)行中存在的問題

SVG從2016年6月至2018年8月共發(fā)生發(fā)生跳閘事件18次，其中因功率控制板過壓跳閘9次，因功率控制板過流跳閘7次，因IGBT模塊過流跳閘2次，因功率因數(shù)考核電費(fèi)35.06萬元。

3 整改策略

3.1 SVG跳閘原因分析

由于風(fēng)電場(chǎng)所處位置濕度比較大，而SVG采用的是強(qiáng)迫風(fēng)冷的設(shè)備，散熱風(fēng)機(jī)由接觸器控制，待高壓斷路器合上后，散熱風(fēng)機(jī)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，且風(fēng)機(jī)風(fēng)速風(fēng)量均按設(shè)備滿載運(yùn)行考慮。SVG一直處于高壓熱備用狀態(tài)或者輕載狀態(tài)，使SVG室內(nèi)負(fù)壓較大，造成戶外的灰塵和潮濕的空氣進(jìn)入戶內(nèi)，附著在控制板和模塊上，導(dǎo)致控制板和模塊多次損壞，故障率較高。

3.2 整改措施

3.2.1 加裝散熱風(fēng)機(jī)變頻器

變頻器工作原理：將IGBT散熱器的實(shí)際溫度采集到變頻器控制器中，通過控制器的解碼，將溫度轉(zhuǎn)化為4～20 mA的模擬量。將此模擬量信號(hào)接入變頻器中，由變頻器來控制SVG室的散熱風(fēng)機(jī)，形成真正的閉環(huán)控制(如圖2)[4]。這樣設(shè)備就會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的溫度變化來合理的調(diào)整散熱風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少灰塵、濕氣吸入量，并能有效延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)使用壽命，同時(shí)能節(jié)約電能[5]。

圖2 變頻器50、10 Hz工作圖

當(dāng)SVG室內(nèi)溫度低時(shí)，此時(shí)的散熱器的溫度也不會(huì)很高，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在極低的狀態(tài)，外界的冷空氣基本不進(jìn)入SVG室內(nèi)部。這樣SVG室的內(nèi)部由于半導(dǎo)體器件的通態(tài)損耗而使SVG室內(nèi)部溫度升高，就可以保持住SVG室的溫度恒定在一定的范圍內(nèi)。

當(dāng)SVG室內(nèi)溫度升高時(shí)，散熱器的溫度會(huì)大幅度提升，而變頻器轉(zhuǎn)速隨著溫度升高而加速，增大其進(jìn)風(fēng)量，保證散熱器的散熱。

通過溫度的控制，可以保證SVG一直處于一個(gè)自適應(yīng)的狀態(tài)，由設(shè)備處于自動(dòng)的調(diào)節(jié)，減少了人為的干預(yù)，也減少了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的維護(hù)工作。加裝變頻器的材料清單見表1。

表1 加裝變頻器的材料清單表

3.2.2 進(jìn)風(fēng)口的百葉更換為防雨百葉窗

防雨百葉窗具有高效的防雨、防塵效果，是專為新能源設(shè)備間特殊研發(fā)的產(chǎn)品，折疊型窗口可以更有效的防止雨水流入，并且加大了進(jìn)入室內(nèi)的外部空氣與金屬表面的接觸面積，再通過溫差凝露，起到干燥進(jìn)入室內(nèi)空氣的作用，而最內(nèi)層增加過濾棉，可以過濾空氣中的雜質(zhì)及水分。原理如圖3所示，實(shí)物見圖4。

圖3 百葉窗原理圖

圖4 百葉窗實(shí)物圖

其中在百葉窗的內(nèi)部增加了初效和中效兩種過濾棉，能將潮濕的氣體直接過濾掉，這樣使進(jìn)入到戶內(nèi)的風(fēng)變得干凈。保證了SVG室的環(huán)境，也大大加強(qiáng)了設(shè)備的穩(wěn)定性。

3.2.3 SVG室加裝除濕機(jī)和空調(diào)

由于SVG室內(nèi)不是完全密封的，風(fēng)電場(chǎng)周圍環(huán)境比較潮濕，室內(nèi)還是會(huì)有一部分濕潤(rùn)空氣進(jìn)入，加裝除濕機(jī)后能降低室內(nèi)環(huán)境濕度。在夏天溫度較高時(shí)，打開空調(diào)能降低室內(nèi)溫度，進(jìn)一步改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境。除濕機(jī)及空調(diào)見圖5。

圖5 除濕機(jī)及空調(diào)圖

3.2.4 改造B相通風(fēng)風(fēng)道

SVG室共有A、B、C 3個(gè)散熱風(fēng)機(jī)的通風(fēng)風(fēng)道，考慮到散熱風(fēng)機(jī)受變頻器控制，只有在溫度較高時(shí)所有散熱風(fēng)機(jī)才會(huì)滿負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致散熱風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間較少，3個(gè)通風(fēng)風(fēng)道利用率不高。特別是在冬天的時(shí)候，室內(nèi)比較潮濕?，F(xiàn)場(chǎng)將B相通風(fēng)風(fēng)道拆除一節(jié)，并對(duì)外通風(fēng)口進(jìn)行封閉，讓柜體的熱風(fēng)在SVG室內(nèi)形成自循環(huán)目的，達(dá)到減少功率單元受潮的效果。改造效果圖見圖6、圖7。

圖6 散熱通道改造前圖

圖7 散熱通道改造后圖

3.2.5 更換功率控制單元板和IGBT模塊

由于前期SVG室內(nèi)濕度過大，功率控制單元板腐蝕嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)將全部114塊功率控制單元板和6塊IGBT模塊進(jìn)行了更換，并對(duì)柜體進(jìn)行了清灰處理，保證設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。

3.3 整改后的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和效果

3.3.1 功率因數(shù)情況

從2018年9月整改完成后，在將近2年的運(yùn)行時(shí)間里，除了在2019年4、6月因雷擊導(dǎo)致SVG故障，其余時(shí)間一直未發(fā)生故障，處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。各月的功率因數(shù)如表2、表3。

表2 整改前各月功率因數(shù)表(2017年)

表3 整改后各月功率因數(shù)(2019年)

3.3.2 整改后節(jié)省電費(fèi)計(jì)算

整改前SVG室共18臺(tái)散熱風(fēng)機(jī)，每臺(tái)功率0.002 12 MW，全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)為0.038 16 MW，一年的總電費(fèi)為：38.16×8 760×0.532 4=17.80萬元。整改后由于散熱風(fēng)扇受變頻器控制，不是一直處于滿負(fù)荷運(yùn)行，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，全年平均運(yùn)行的容量為滿負(fù)荷的50%，即0.019 08 MW，一年的電費(fèi)為8.9萬元，全年共節(jié)約電費(fèi)8.9萬元左右。從實(shí)際運(yùn)行來看，2018年風(fēng)電場(chǎng)全年下網(wǎng)電費(fèi)為52.11萬元，2019年全年下網(wǎng)電費(fèi)為39.62萬元，共節(jié)約電費(fèi)12.49萬元，達(dá)到了整改目的。

4 結(jié) 語

隨著華中地區(qū)風(fēng)電投產(chǎn)規(guī)模的逐步增加，新能源電源點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)的影響也逐漸加大，特別是“兩個(gè)細(xì)則”的實(shí)施，進(jìn)一步要求風(fēng)電場(chǎng)SVG需要處于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。本文從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，完成了風(fēng)冷式SVG的改造，并穩(wěn)定運(yùn)行了近2年，滿足了風(fēng)電場(chǎng)和調(diào)度的運(yùn)行要求，減少了下網(wǎng)電費(fèi)。目前很多風(fēng)電場(chǎng)還是采用的風(fēng)冷式SVG，本文的改造方式也提供了一種參考。