唐 榕，何文宇

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州？貴陽？550081)

0 引 言

我國豐富的光資源決定了能源建設發(fā)展方向?qū)⒀刂伴_發(fā)大基地、依托大電網(wǎng)、融入大市場”的道路持續(xù)推進，但大規(guī)模新能源基地在接入電網(wǎng)系統(tǒng)的過程中出現(xiàn)了很多電網(wǎng)穩(wěn)定性方面的問題；如電能跨區(qū)外送時系統(tǒng)抵御沖擊的能力較弱，暫態(tài)過程中的無功大范圍波動導致電網(wǎng)電壓劇烈變化引發(fā)連鎖脫網(wǎng)事故等；因此需在新能源場站配置足夠的無功備用容量。根據(jù)強制性國家標準《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》(GB 38755—2019)要求，電力系統(tǒng)應具備基本的慣量和短路容量支持能力，在新能源并網(wǎng)發(fā)電比重較高的地區(qū)，新能源場站應提供必要慣量與短路容量支撐。

1 分布式調(diào)相機補償優(yōu)勢

目前新能源場站配置的無功補償設備主要為SVG動態(tài)無功補償裝置，其主要原理是通過快速響應的電子元件控制，準確地測量電力系統(tǒng)的無功功率，并與電力系統(tǒng)中的負載所需無功功率進行匹配；它在電力系統(tǒng)中的應用，不僅可以提高電能的質(zhì)量和效率，還可以降低能耗和電能的損耗。

分布式調(diào)相機是另一種向電力系統(tǒng)提供或者吸收無功功率的同步電機無功功率補償裝置，它能自動在電網(wǎng)電壓下降時增加無功輸出，在電網(wǎng)電壓上升時吸收無功功率，以維持電壓，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)供電質(zhì)量。

與SVG動態(tài)無功補償裝置相比，分布式調(diào)相機因其機械性質(zhì)具備較高的轉(zhuǎn)動慣量，在系統(tǒng)瞬時電壓支撐方面優(yōu)勢突出；且過負荷能力遠高于 SVG等電力電子式動態(tài)無功補償設備。在運行電壓跌落幅度較大時，分布式調(diào)相機能夠在很短時間內(nèi)提供高于2倍額定容量的無功。分布式調(diào)相機的高壓和低壓穿越能力更強，一定程度上可以提高新能源系統(tǒng)的短路容量，在穩(wěn)定并網(wǎng)點電壓和抑制新能源脫網(wǎng)方面發(fā)揮了重要作用。各發(fā)電公司已在青海、西藏、內(nèi)蒙等地區(qū)新能源項目使用分布式調(diào)相機。

2 工程設計應用

2.1 工程概況

某大型光伏項目位于西藏芒康縣境內(nèi)，距芒康縣城直線距離約45 km，與金沙江直線距離約60 km，規(guī)劃面積88 km2。場區(qū)多丘陵，整體較為平緩，場址區(qū)海拔高程在4 200～4 800 m之間，場址區(qū)南距G318國道直線距離30 km，項目總占地面積約31.7 km2。生產(chǎn)區(qū)包括光伏陣列、35 kV 箱式變及道路等，管理區(qū)包括綜合樓、生產(chǎn)樓、設備用房等。該項目為光伏復合項目，采用高支架設計方案，組件下沿距地高度為2 m，線纜采用架空敷設。項目設計裝機容量為1 800 MW，采用540 Wp 單晶硅光伏組件，電站共設572個子方陣，采用組串式逆變器方案，每個子陣容量 3.15 MW。光伏電站在運行期25 a內(nèi)總上網(wǎng)電量為8 894 637.2萬kW·h，平均年上網(wǎng)電量為355 785.5萬kW·h。

2.2 調(diào)相機電氣接線設計

工程建設2座220 kV升壓站，1、2號升壓站主變規(guī)模為4×240 MVA，主變低壓側(cè)35 kV側(cè)采用擴大單元接線方式，每臺主變35 kV側(cè)設置兩段母線。根據(jù)主變建設規(guī)模及系統(tǒng)無功補償容量需求，需在1、2號升壓站每臺主變下裝設1臺50 Mvar調(diào)相機及裝設1組20 Mvar電容器。主變低壓側(cè)對應一段母線接入電容器成套裝置，另一段母線接入調(diào)相機組，每臺調(diào)相機組采用“調(diào)相機—升壓變壓器組”單元接線，以35 kV 電壓等級接入220 kV 匯集站對應的220 kV 主變低壓側(cè)35 kV 母線上，詳見圖1。

圖1 調(diào)相機系統(tǒng)接線圖

接線方案中，SFC起動電源及廠用電源取自升壓站35 kV母線，不考慮10 kV 調(diào)相機出口斷路器，主勵磁電源由調(diào)相機機端獲得。

2.3 調(diào)相機設備選擇及布置方式

(1)設備選擇

分布式調(diào)相機站系統(tǒng)設備包括調(diào)相機、變壓器、潤滑油系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、變頻啟動系統(tǒng)、開關(guān)設備、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、同期裝置、繼電保護裝置等。其中，調(diào)相機主機轉(zhuǎn)子有凸極和隱極兩種構(gòu)造形式，相對于凸極機的調(diào)相機，隱極機的調(diào)相機具有暫態(tài)特性好、占地較小、重量輕等優(yōu)點。目前50 Mvar級調(diào)相機主機采用空氣冷卻，即定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、定子鐵心及端部結(jié)構(gòu)件全部采用空氣冷卻，借助轉(zhuǎn)子兩端風扇驅(qū)動機內(nèi)風路循環(huán)。

本工程每座升壓站配置4套50 Mvar調(diào)相機組，每套設備具體參數(shù)配置如下：

(2)布置方式

本光伏項目升壓站站址區(qū)域海拔高、日夜溫差大，為了保證調(diào)相機主機及潤滑油系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、變頻啟動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)的安全運行，提高供電可靠性，減少工作人員在高海拔缺氧地區(qū)的檢修維護工作量，本工程推薦調(diào)相機及附屬設施采用戶內(nèi)廠房式布置。

調(diào)相機布置在廠房0 m層，其主出線為共箱封閉母線上出線，直流勵磁母線上進線。調(diào)相機出線從調(diào)相機側(cè)面通過封閉母線引出穿過廠房與升壓變相連，升壓變壓器高壓側(cè)出線采用電纜形式。封閉母線在主廠房外部分用鋼支架支撐，在廠房內(nèi)采用吊裝方式。根據(jù)總平面布置，目前無法實現(xiàn)升壓變與調(diào)相機廠房墻凈空滿足10 m的要求；根據(jù)相關(guān)防火技術(shù)規(guī)定，已要求建筑專業(yè)對調(diào)相機廠房墻體做了防火處理，詳見圖2。

圖2 調(diào)相機組設備布置方式

2.4 控制及繼電保護配置

(1)控制

本工程電氣設備的監(jiān)視和控制由DCS完成，監(jiān)控范圍主要包括：機組勵磁系統(tǒng)、機組變頻起動系統(tǒng)(SFC)、機組同期、35 kV斷路器、220 V直流系統(tǒng)、交流不間斷電源系統(tǒng)、發(fā)變組保護、發(fā)變組測量系統(tǒng)、主變以及中、低壓廠用電系統(tǒng)等。 調(diào)相機房不設置控制室，操作員站設置在原升壓站集控室進行集中控制。

(2)繼電保護

根據(jù)《同步調(diào)相機控制保護系統(tǒng)技術(shù)導則》(DL/T 2250)和《調(diào)相機變壓器組保護技術(shù)規(guī)范》(Q/GDW 11767—2017)，調(diào)相機主要配置如下保護：差動保護、定子匝間、定子接地保護、復壓過流保護、過勵磁保護、過電壓保護、失磁保護、定子過負荷保護、負序過負荷保護、勵磁繞組過負荷保護、啟機差動保護、啟機過電流保護、啟機零序電壓保護、誤上電保護及低壓解列保護等。

2.5 輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)的配置力求經(jīng)濟適用、簡單高效，在保證機組安全、可靠、經(jīng)濟、高效運行的前提下，對輔助系統(tǒng)進行優(yōu)化，合理減少了備用設備數(shù)量和備用容量，簡化了工藝流程，降低了系統(tǒng)阻力及工質(zhì)損失，減少了能耗；因此既降低了初投資，又減少了運行成本。

輔助系統(tǒng)的設計壓力、設計溫度選用以及流速、最小計算壁厚的計算均按照《火力發(fā)電廠汽水管道設計規(guī)范》(DL/T 5054—2016)中的有關(guān)規(guī)定。

輔助系統(tǒng)中主要設施為調(diào)相機廠房外設置的事故油池，調(diào)相機事故油池與變壓器事故油池共用，容量按調(diào)相機事故放油量與變壓器事故放油量的最大者考慮。調(diào)相機潤滑油主油箱設有事故放油管道，排油至事故油池。

3 結(jié) 語

依托實體工程，根據(jù)當前國家規(guī)范和標準，對分布式調(diào)相機的電氣接線設計方案、設備選擇及布置方式、繼電保護配置方案進行了詳細介紹，類似新能源場站分布式同步調(diào)相機項目建設時可參考執(zhí)行。