筠山風電場SVG的改造與優化

劉 濤，談敦超

(湖北能源集團黃石風電有限公司，湖北 黃石 435000)

筠山風電場位于陽新縣和開發區·鐵山區筠山山脈，裝機規模80 MW，安裝40臺2 MW容量的風力發電機組。2016年6月首批風機并網發電，同步SVG(靜止無功發生器)投入運營。

SVG作為風電場重要電氣設備，起到無功調節和提高功率因數的作用，也是AGC和AVC系統的重要組成部分[1]。風電場SVG從2016年6月投產至2018年8月，在2年多的時間內發生多次跳閘事件，SVG也在一段時間內處于停運狀態。在2018年9月完成整改后，至今一直處于穩定運行狀態。本文就SVG的運行和整改過程做簡要介紹。

1 風電場SVG簡介

SVG(靜止無功發生器)采用瞬時無功功率理論的無功監測方式，以功率因數、網側電壓作為控制目標，動態跟蹤電網電能相關指標的變化，根據變化情況調節無功輸出，進行無功功率補償，提高功率因數，優化電能質量，實現電網的高電能質量運行[2]。

筠山風電場SVG無功的調節范圍為-20 Mvar至20 Mvar，共有五種控制方式：恒無功控制、恒功率因數控制、恒電壓控制、無功電壓協調控制和有源濾波[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 運行中存在的問題

SVG從2016年6月至2018年8月共發生發生跳閘事件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，因功率因數考核電費35.06萬元。

3 整改策略

3.1 SVG跳閘原因分析

由于風電場所處位置濕度比較大，而SVG采用的是強迫風冷的設備，散熱風機由接觸器控制，待高壓斷路器合上后，散熱風機會自動運行，且風機風速風量均按設備滿載運行考慮。SVG一直處于高壓熱備用狀態或者輕載狀態，使SVG室內負壓較大，造成戶外的灰塵和潮濕的空氣進入戶內，附著在控制板和模塊上，導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 加裝散熱風機變頻器

變頻器工作原理：將IGBT散熱器的實際溫度采集到變頻器控制器中，通過控制器的解碼，將溫度轉化為4～20 mA的模擬量。將此模擬量信號接入變頻器中，由變頻器來控制SVG室的散熱風機，形成真正的閉環控制(如圖2)[4]。這樣設備就會根據現場的溫度變化來合理的調整散熱風機的轉速，減少灰塵、濕氣吸入量，并能有效延長風機使用壽命，同時能節約電能[5]。

圖2 變頻器50、10 Hz工作圖

當SVG室內溫度低時，此時的散熱器的溫度也不會很高，風機的轉速穩定在極低的狀態，外界的冷空氣基本不進入SVG室內部。這樣SVG室的內部由于半導體器件的通態損耗而使SVG室內部溫度升高，就可以保持住SVG室的溫度恒定在一定的范圍內。

當SVG室內溫度升高時，散熱器的溫度會大幅度提升，而變頻器轉速隨著溫度升高而加速，增大其進風量，保證散熱器的散熱。

通過溫度的控制，可以保證SVG一直處于一個自適應的狀態，由設備處于自動的調節，減少了人為的干預，也減少了現場維護人員的維護工作。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 進風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，是專為新能源設備間特殊研發的產品，折疊型窗口可以更有效的防止雨水流入，并且加大了進入室內的外部空氣與金屬表面的接觸面積，再通過溫差凝露，起到干燥進入室內空氣的作用，而最內層增加過濾棉，可以過濾空氣中的雜質及水分。原理如圖3所示，實物見圖4。

圖3 百葉窗原理圖

圖4 百葉窗實物圖

其中在百葉窗的內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，這樣使進入到戶內的風變得干凈。保證了SVG室的環境，也大大加強了設備的穩定性。

3.2.3 SVG室加裝除濕機和空調

由于SVG室內不是完全密封的，風電場周圍環境比較潮濕，室內還是會有一部分濕潤空氣進入，加裝除濕機后能降低室內環境濕度。在夏天溫度較高時，打開空調能降低室內溫度，進一步改善設備運行環境。除濕機及空調見圖5。

圖5 除濕機及空調圖

3.2.4 改造B相通風風道

SVG室共有A、B、C 3個散熱風機的通風風道，考慮到散熱風機受變頻器控制，只有在溫度較高時所有散熱風機才會滿負荷運行，導致散熱風機滿負荷運行時間較少，3個通風風道利用率不高。特別是在冬天的時候，室內比較潮濕?，F場將B相通風風道拆除一節，并對外通風口進行封閉，讓柜體的熱風在SVG室內形成自循環目的，達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室內濕度過大，功率控制單元板腐蝕嚴重，現場將全部114塊功率控制單元板和6塊IGBT模塊進行了更換，并對柜體進行了清灰處理，保證設備的運行環境。

3.3 整改后的運行監測和效果

3.3.1 功率因數情況

從2018年9月整改完成后，在將近2年的運行時間里，除了在2019年4、6月因雷擊導致SVG故障，其余時間一直未發生故障，處于穩定運行狀態。各月的功率因數如表2、表3。

表2 整改前各月功率因數表(2017年)

表3 整改后各月功率因數(2019年)

3.3.2 整改后節省電費計算

整改前SVG室共18臺散熱風機，每臺功率0.002 12 MW，全負荷運轉為0.038 16 MW，一年的總電費為：38.16×8 760×0.532 4=17.80萬元。整改后由于散熱風扇受變頻器控制，不是一直處于滿負荷運行，根據現場情況，全年平均運行的容量為滿負荷的50%，即0.019 08 MW，一年的電費為8.9萬元，全年共節約電費8.9萬元左右。從實際運行來看，2018年風電場全年下網電費為52.11萬元，2019年全年下網電費為39.62萬元，共節約電費12.49萬元，達到了整改目的。

4 結 語

隨著華中地區風電投產規模的逐步增加，新能源電源點對電網的影響也逐漸加大，特別是“兩個細則”的實施，進一步要求風電場SVG需要處于長期穩定運行的狀態。本文從現場實際出發，完成了風冷式SVG的改造，并穩定運行了近2年，滿足了風電場和調度的運行要求，減少了下網電費。目前很多風電場還是采用的風冷式SVG，本文的改造方式也提供了一種參考。