筠山风电场SVG的改造与优化

刘 涛，谈敦超

(湖北能源集团黄石风电有限公司，湖北 黄石 435000)

筠山风电场位于阳新县和开发区·铁山区筠山山脉，装机规模80 MW，安装40台2 MW容量的风力发电机组。2016年6月首批风机并网发电，同步SVG(静止无功发生器)投入运营。

SVG作为风电场重要电气设备，起到无功调节和提高功率因数的作用，也是AGC和AVC系统的重要组成部分[1]。风电场SVG从2016年6月投产至2018年8月，在2年多的时间内发生多次跳闸事件，SVG也在一段时间内处于停运状态。在2018年9月完成整改后，至今一直处于稳定运行状态。本文就SVG的运行和整改过程做简要介绍。

1 风电场SVG简介

SVG(静止无功发生器)采用瞬时无功功率理论的无功监测方式，以功率因数、网侧电压作为控制目标，动态跟踪电网电能相关指标的变化，根据变化情况调节无功输出，进行无功功率补偿，提高功率因数，优化电能质量，实现电网的高电能质量运行[2]。

筠山风电场SVG无功的调节范围为-20 Mvar至20 Mvar，共有五种控制方式：恒无功控制、恒功率因数控制、恒电压控制、无功电压协调控制和有源滤波[3]。主要由充电部分、功率部分和控制部分组成，如图1所示。

图1 SVG主要组成部分图

2 运行中存在的问题

SVG从2016年6月至2018年8月共发生发生跳闸事件18次，其中因功率控制板过压跳闸9次，因功率控制板过流跳闸7次，因IGBT模块过流跳闸2次，因功率因数考核电费35.06万元。

3 整改策略

3.1 SVG跳闸原因分析

由于风电场所处位置湿度比较大，而SVG采用的是强迫风冷的设备，散热风机由接触器控制，待高压断路器合上后，散热风机会自动运行，且风机风速风量均按设备满载运行考虑。SVG一直处于高压热备用状态或者轻载状态，使SVG室内负压较大，造成户外的灰尘和潮湿的空气进入户内，附着在控制板和模块上，导致控制板和模块多次损坏，故障率较高。

3.2 整改措施

3.2.1 加装散热风机变频器

变频器工作原理：将IGBT散热器的实际温度采集到变频器控制器中，通过控制器的解码，将温度转化为4～20 mA的模拟量。将此模拟量信号接入变频器中，由变频器来控制SVG室的散热风机，形成真正的闭环控制(如图2)[4]。这样设备就会根据现场的温度变化来合理的调整散热风机的转速，减少灰尘、湿气吸入量，并能有效延长风机使用寿命，同时能节约电能[5]。

图2 变频器50、10 Hz工作图

当SVG室内温度低时，此时的散热器的温度也不会很高，风机的转速稳定在极低的状态，外界的冷空气基本不进入SVG室内部。这样SVG室的内部由于半导体器件的通态损耗而使SVG室内部温度升高，就可以保持住SVG室的温度恒定在一定的范围内。

当SVG室内温度升高时，散热器的温度会大幅度提升，而变频器转速随着温度升高而加速，增大其进风量，保证散热器的散热。

通过温度的控制，可以保证SVG一直处于一个自适应的状态，由设备处于自动的调节，减少了人为的干预，也减少了现场维护人员的维护工作。加装变频器的材料清单见表1。

表1 加装变频器的材料清单表

3.2.2 进风口的百叶更换为防雨百叶窗

防雨百叶窗具有高效的防雨、防尘效果，是专为新能源设备间特殊研发的产品，折叠型窗口可以更有效的防止雨水流入，并且加大了进入室内的外部空气与金属表面的接触面积，再通过温差凝露，起到干燥进入室内空气的作用，而最内层增加过滤棉，可以过滤空气中的杂质及水分。原理如图3所示，实物见图4。

图3 百叶窗原理图

图4 百叶窗实物图

其中在百叶窗的内部增加了初效和中效两种过滤棉，能将潮湿的气体直接过滤掉，这样使进入到户内的风变得干净。保证了SVG室的环境，也大大加强了设备的稳定性。

3.2.3 SVG室加装除湿机和空调

由于SVG室内不是完全密封的，风电场周围环境比较潮湿，室内还是会有一部分湿润空气进入，加装除湿机后能降低室内环境湿度。在夏天温度较高时，打开空调能降低室内温度，进一步改善设备运行环境。除湿机及空调见图5。

图5 除湿机及空调图

3.2.4 改造B相通风风道

SVG室共有A、B、C 3个散热风机的通风风道，考虑到散热风机受变频器控制，只有在温度较高时所有散热风机才会满负荷运行，导致散热风机满负荷运行时间较少，3个通风风道利用率不高。特别是在冬天的时候，室内比较潮湿。现场将B相通风风道拆除一节，并对外通风口进行封闭，让柜体的热风在SVG室内形成自循环目的，达到减少功率单元受潮的效果。改造效果图见图6、图7。

图6 散热通道改造前图

图7 散热通道改造后图

3.2.5 更换功率控制单元板和IGBT模块

由于前期SVG室内湿度过大，功率控制单元板腐蚀严重，现场将全部114块功率控制单元板和6块IGBT模块进行了更换，并对柜体进行了清灰处理，保证设备的运行环境。

3.3 整改后的运行监测和效果

3.3.1 功率因数情况

从2018年9月整改完成后，在将近2年的运行时间里，除了在2019年4、6月因雷击导致SVG故障，其余时间一直未发生故障，处于稳定运行状态。各月的功率因数如表2、表3。

表2 整改前各月功率因数表(2017年)

表3 整改后各月功率因数(2019年)

3.3.2 整改后节省电费计算

整改前SVG室共18台散热风机，每台功率0.002 12 MW，全负荷运转为0.038 16 MW，一年的总电费为：38.16×8 760×0.532 4=17.80万元。整改后由于散热风扇受变频器控制，不是一直处于满负荷运行，根据现场情况，全年平均运行的容量为满负荷的50%，即0.019 08 MW，一年的电费为8.9万元，全年共节约电费8.9万元左右。从实际运行来看，2018年风电场全年下网电费为52.11万元，2019年全年下网电费为39.62万元，共节约电费12.49万元，达到了整改目的。

4 结 语

随着华中地区风电投产规模的逐步增加，新能源电源点对电网的影响也逐渐加大，特别是“两个细则”的实施，进一步要求风电场SVG需要处于长期稳定运行的状态。本文从现场实际出发，完成了风冷式SVG的改造，并稳定运行了近2年，满足了风电场和调度的运行要求，减少了下网电费。目前很多风电场还是采用的风冷式SVG，本文的改造方式也提供了一种参考。