光伏電站SVG的直掛與降壓

在光伏及風電新能源范疇，目前一般采用星接級聯H橋SVG拓撲結構，通過級聯重疊可以實現更高壓和更多電平的輸出波形，從而增加設備輸出容量和改善輸出波形質量。SVG整機通過連接電抗器、隔離開關與35kV高壓母線系統側連接起來的為直掛機型。通過3kV（6kV 或10kV）/35 kV升壓變壓器、隔離開關與35kV高壓母線連接起來的為降壓機型。

圖1 直掛及降壓連接方式

1、SVG直掛與降壓對比分解

（1）波形正弦度

采用調制波反向的單極倍頻移相載波調制方式，相鄰兩個三角載波移相角度θc采用半周期移相，即θc=π/N(N為級聯單元個數)。由圖2可以看出，級聯模塊多的直掛機型，輸出電壓及電流波形的正弦度，要分明好于級聯模塊數量少的降壓機型。

圖2 降壓及直掛機型輸出電壓及電流波形

（2）電壓及電流變化率

對于SVG整機系統，瞬間的電壓沖擊（du/dt)或電流沖擊(di/dt)萌生的過電壓，如果超過IGBT的安全工作區，容易導致IGBT失效。

表1 直掛及降壓工作參數對比

相對于相同無功配置容量的表1對照參數來看，直掛式du/dt僅為降壓式40%，di/dt僅為降壓式11%，從電壓及電流的變化率來講，直掛機型的工作可靠性更高。

（3）應和速度

SVG可在極短的時間之內完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率的相互轉換，這種無可比擬的應和速度完全可以勝任對沖擊性負荷的補償。相對于相同無功配置容量來講，直掛機型由于無變壓器遲滯作用，應和速度相比較降壓機型更快。

（4）控制難度

對于星接級聯SVG系統，需要進行每相各模塊之間均衡控制，三相總電壓控制及三相之間均衡控制。由于直掛機型涉及的H橋模塊數量增多，相比較降壓機型，增加了故障出現的概率，所以對功率模塊、鏈路采樣及控制環節的可靠性提出了較高的要求。

（5）安規絕緣

表2 安規距離查詢圖表（海拔1000米以下）

裝置內不同極性或不同相的裸露帶電體之間以及它們與地之間的電氣間隙和爬電距離要按照表2來考慮。從安規絕緣設計角度考慮，直掛機型的功率柜體最小電氣間隙及爬電距離相比較降壓機型，都要嚴格的多。

（6）損耗

降壓機型由于存在降壓變壓器，變壓器的損耗所占的比重較大，一般為額定容量0.5%。由于直掛機型電流小，單個模塊損耗降低，但由于模塊數量增加，整機損耗和降壓機型差不多。

（7）占地面積

圖3 直掛及降壓機型占地面積示意圖

對于同等容量的無功補償裝置，直掛機型由于無變壓器及油池，結構相對緊湊，相比較降壓機型連接升壓變壓器的占地面積，優點不是很分明。

（8）維護

直掛機型由于不存在升壓變壓器，不需要考慮消防、變壓器維護等問題，維護工作量減小。但是由于模塊數量增加，相應提高了故障出現的概率，在維護方面的優點不分明。

（9）成本

對于直掛機型，通過電抗器與高壓母線筆直連接，節約了變壓器昂貴的造價成本，但是模塊數量的增加，使整機系統成本上升。進行成本對比，對于10 MVar以上的機型，采用直掛方案，成本比較有優點。對于10 MVar以下的機型，采用降壓方案，成本比較有優點。

2、結論

所以，在目前直掛技術已經成熟的條件下，新能源電站SVG直掛還是降壓的選擇，主要還是在成本上考慮。對于10 MVar以上的系統，提議采用直掛方案；對于10 MVar以下的系統，提議采用降壓方案。

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