Anwendung von Hochspannungs-Dynamik-Blindleistungskompensationsgeräten (SVG) in Photovoltaik-Kraftwerken
March 06 , 2026
Anwendung von Hochspannungs-Dynamik-Blindleistungskompensationsgeräten (SVG) in Photovoltaik-Kraftwerken
1 Einleitung
Angetrieben von den Zielen der „dualen Kohlenstoffreduzierung“ hat sich die neue Energiewirtschaft zu einem zentralen Treiber für Chinas Energiestrukturwandel entwickelt. Die Photovoltaik-Stromerzeugung hat aufgrund ihrer sauberen und erneuerbaren Eigenschaften eine großflächige Entwicklung erreicht. Allerdings ist die Leistung von Photovoltaik-Kraftwerken aufgrund von Änderungen der Lichtintensität volatil und intermittierend, was zu Problemen wie niedrigem Leistungsfaktor im Stromnetz, Spannungsschwankungen und -flimmern sowie Oberwellenbelastung führen kann und die Versorgungsqualität des Stromnetzes und die Netzanschlussstabilität von Photovoltaik-Kraftwerken ernsthaft beeinträchtigt. Als neue Generation von Blindleistungskompensationsgeräten hat sich das dynamische Hochspannungs-Blindleistungskompensationsgerät (SVG) aufgrund seiner technischen Vorteile wie schneller Reaktionszeit und präziser Kompensation zur zentralen Lösung für Photovoltaik-Kraftwerke entwickelt, um Probleme der Stromqualität zu lösen. Ein großflächiges Photovoltaik-Kraftwerk hat die Netzanschluss-Stromqualität des Kraftwerks durch die Installation von Hochspannungs-SVG effektiv verbessert und den stabilen Betrieb des Systems sichergestellt
SVG
, das eine praktische Referenz für die Auslegung und Anwendung der Blindleistungskompensation in großen Photovoltaik-Kraftwerken bietet
2 Standortübersicht
Das Photovoltaik-Kraftwerk befindet sich in einem Photovoltaik-Industriepark mit einer Gesamtprojektfläche von ca. 720.000 Quadratmetern und einer installierten Gesamtleistung von 30 MW, aufgeteilt in 30 unabhängige Stromerzeugungseinheiten. Es ist mit 60 netzgekoppelten Wechselrichtern à 500 kW ausgestattet. Nach der Renovierung überstieg die jährliche Reduzierung der Bewertungsgebühren 3,5 Millionen Yuan, und der Wirkungsgrad der Stromerzeugung des Photovoltaik-Kraftwerks stieg um 1,2 %
3 Kernmerkmale und Funktionsprinzip des dynamischen Hochspannungs-Blindleistungskompensationsgeräts (SVG)
Das Photovoltaikkraftwerk nutzt ein Hochspannungs-Blindleistungskompensationsgerät (SVG) als zentrale Komponente des Netzqualitätsmanagements. Das Gerät ist auf die Netzanschlussanforderungen von Photovoltaikkraftwerken zugeschnitten und realisiert vielfältige Funktionen wie dynamische Blindleistungskompensation, Oberwellenunterdrückung und Spannungsstabilisierung. Es ist optimal auf die schwankende Leistung von Photovoltaikkraftwerken abgestimmt.
3.1 Kernmerkmale von SVG
Der Hochspannungs-SVG ist auf hohe Anpassungsfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit und hochpräzise Kompensation ausgelegt und erfüllt somit die Anforderungen des Netzmanagements von Photovoltaik-Kraftwerken vollständig. Seine Kernmerkmale sind:
Vereinfachte Installations-, Inbetriebnahme- und Parametereinstellungsprozesse sowie ein modulares Design ermöglichen die Anpassung an die schnellen Bauanforderungen des Kraftwerksstandorts;
Schnelle dynamische Reaktionsgeschwindigkeit mit einer Reaktionszeit von weniger als 1 ms, wodurch die momentanen Änderungen der Photovoltaikleistung in Echtzeit erfasst werden können;
Bei ausreichender Kompensationskapazität beträgt die Gesamtklirrfaktor (THD) des Ausgangsstroms des Geräts ≤3 %, ohne Oberwellenbelastung;
Es kann induktive/kapazitive Blindleistung kontinuierlich und reibungslos kompensieren, Netzoberwellen in Echtzeit behandeln, Gegenstrom kompensieren und den Leistungsfaktor der Netzanbindung effektiv verbessern;
Es verfügt über eine ausgezeichnete Spannungsstützfähigkeit, die Spannungsschwankungen und -einbrüche im Netz unterdrücken und die Netzanschlussspannung des Photovoltaik-Kraftwerks stabilisieren kann;
Der Hauptstromkreis verwendet eine Kettenreihenstruktur von H-Brücken-Leistungseinheiten, die aus IGBT-Leistungsbauelementen bestehen, und die Ausgangssprungwelle nähert sich einer Sinuswelle an, wobei die Wellenformqualität nach der Filterung durch die Ausgangsdrossel hervorragend ist;
Durch die redundante Bauweise und die modulare Architektur wird der Ausfall einer einzelnen Stromversorgungseinheit nicht auf den Betrieb des gesamten Systems beeinträchtigt, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit der Geräte gewährleistet wird;
Der Schaltvorgang ist frei von transienten Einwirkungen, Einschaltströmen und Lichtbogenwiederzündungen, sodass die Anlage ohne Entladung wieder in Betrieb genommen werden kann und eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet ist;
Vollständige Schutzfunktionen, die mehrere Schutzmechanismen wie Überspannung, Unterspannung, Überstrom, Überhitzung, Phasenausfall und Ausfall der Stromversorgungseinheit integrieren, mit hoher Betriebsstabilität;
Reservierte Schnittstelle zur Zusammenarbeit mit FC (Fixed Capacitor Compensation), die die Kombination von fester und dynamischer Kompensation ermöglicht und sich an die Kompensationsanforderungen unterschiedlicher Lastbedingungen anpasst;
Ausgestattet mit einem Touchscreen für die Mensch-Maschine-Interaktion, mit umfassender Statusanzeige und komfortabler Parametereinstellung, unterstützt er den Betrieb vor Ort und die Fernüberwachung;
Ausgestattet mit RS485-, Ethernet- und anderen Kommunikationsschnittstellen, unterstützt es das Modbus-Standardkommunikationsprotokoll und kann nahtlos an das Kraftwerksüberwachungssystem angebunden werden;
Die Phasenfolge des Wechselstromsystems muss beim Anschluss an das Stromnetz nicht beachtet werden, und die Verdrahtungsmethode ist einfach, was den Aufwand für die Montage vor Ort verringert;
Die Steuerstromversorgung wird unabhängig über eine USV mit 220 V AC versorgt, und das Gerät kann auch dann noch normal funktionieren, wenn die Steuerstromversorgung unterbrochen wird.
Unterstützt die Parallelinstallation mehrerer Einheiten, wodurch die Kompensationskapazität flexibel erweitert und an die Erweiterungsbedürfnisse der zweiten und dritten Phase des Photovoltaik-Kraftwerks angepasst werden kann.
3.2 Funktionsprinzip von SVG
Das grundlegende Funktionsprinzip des Hochspannungs-SVG ist: Die selbstgeführte Brückenschaltung wird über eine Drossel parallel zum 35-kV-Netzanschlusspunkt des Photovoltaik-Kraftwerks geschaltet. Durch Echtzeit-Erfassung der Netzspannungs- und Stromsignale wird die vom System benötigte Blindstromkomponente berechnet. Anschließend werden Amplitude und Phase der Ausgangsspannung auf der Wechselstromseite der Brückenschaltung mittels der Regelungsstrategie entsprechend angepasst oder der Ausgangsstrom auf der Wechselstromseite direkt geregelt. Dadurch kann das Gerät den den Netzanforderungen entsprechenden Blindstrom präzise senden oder aufnehmen und somit die dynamische Blindleistungskompensation realisieren.
Das Gerät wird je nach Betriebsbedingungen in drei Modi unterteilt: Im Leerlaufbetrieb entspricht die Ausgangsspannung des Geräts in Amplitude und Phase der Netzspannung, es wird kein Kompensationsstrom ausgegeben und es wird keine Kompensationswirkung erzielt. Im induktiven Betriebsmodus ist die Ausgangsspannungsamplitude des Geräts niedriger als die Netzspannung, und es wird ein nacheilender Blindstrom ausgegeben, der einer stufenlos einstellbaren Induktivität entspricht und die kapazitive Blindleistung des Netzes aufnimmt. Im kapazitiven Betriebsmodus ist die Ausgangsspannungsamplitude des Geräts höher als die Netzspannung, und es wird ein voreilender Blindstrom ausgegeben, der einem stufenlos einstellbaren Kondensator entspricht und kapazitive Blindleistung abgibt, um das induktive Blindleistungsdefizit des Netzes auszugleichen.
3.3 SVG-Systemstruktur
Der Hauptstromkreis des Hochspannungs-SVG arbeitet mit einer Kettenwechselrichter-Topologie und drei in Y-Schaltung verbundenen Phasen. Das 35-kV-Gerät ist über einen Aufwärtstransformator an das Netz angeschlossen. Jede Phase besteht aus 15 in Reihe geschalteten Leistungseinheiten im N+1-Redundanzbetrieb. Fällt eine Einheit aus, wird diese automatisch überbrückt, um den kontinuierlichen Betrieb des Systems zu gewährleisten. Das Gerät ist in zwei Teile gegliedert: Leistungsschrank und Steuerschrank. Der Leistungsschrank enthält Kernkomponenten wie IGBT-Leistungseinheiten, Drosseln und Kühlsysteme und ist für die Leistungsumwandlung und die Blindleistungsabgabe zuständig. Der Steuerschrank integriert die analoge Datenerfassung, die Schaltsignalverarbeitung, den Fehlerschutz, die Logiksteuerung, Kommunikationsmodule usw. und ermöglicht so die Echtzeitüberwachung, Betriebssteuerung und Fernsteuerung des Geräts. Der Schaltschrank verfügt über eine Glasfaser-Kommunikationsschnittstelle mit hoher Störfestigkeit und gewährleistet die stabile Übertragung von Steuersignalen.
3.4 Vergleich der Vorteile von SVG- und herkömmlichen Blindleistungskompensationsgeräten
Im Vergleich zu herkömmlichen kapazitiven Blindleistungskompensationsgeräten (FC) und
statische Variablenkompensatoren (SVC)
Hochspannungs-SVG bietet erhebliche technische Vorteile beim Einsatz in Photovoltaik-Kraftwerken, die sich im Einzelnen wie folgt vergleichen lassen:
Höhere Kompensationsgenauigkeit: Der Leistungsfaktor nach herkömmlicher Kondensatorkompensation liegt im Allgemeinen zwischen 0,85 und 0,92, während der Leistungsfaktor nach SVG-Kompensation stabil über 0,98 liegen kann und somit die hohen Anforderungen an den Netzanschluss von Photovoltaik-Kraftwerken erfüllt.
Schnellere Reaktionszeit: Die Ansprechzeit herkömmlicher Blindleistungskompensationsgeräte beträgt ≥200 ms und kann daher nicht auf die momentanen Schwankungen der Photovoltaik-Leistung reagieren. Die Ansprechzeit der SVG-Kompensation beträgt nur 5-20 ms, wodurch eine sofortige und präzise Blindleistungskompensation ermöglicht wird;
Flexiblere Kompensationsmethode: Herkömmliche Geräte arbeiten meist mit einer 3- bis 12-stufigen Stufenkompensation, wobei die Stufenunterschiede die Kompensationskapazität erhöhen oder verringern, was zu Über- oder Unterkompensation führen kann. SVG unterstützt eine stufenlose, kontinuierliche Kompensation ab 0,1 kvar und ermöglicht so eine präzise Anpassung der Blindleistung.
Stärkere Oberwellenunterdrückung: Herkömmliche kapazitive Kompensationsgeräte verstärken Netzoberwellen und verfügen über keine Oberwellenfilterfunktion. SVG selbst erzeugt keine Oberwellen, verstärkt keine Netzoberwellen und kann mehr als 50 % der netzcharakteristischen Oberwellen herausfiltern, wodurch die Stromqualität effektiv verbessert wird;
Bessere Spannungsanpassungsfähigkeit: Die Kompensationsfähigkeit herkömmlicher Geräte sinkt bei einem Spannungseinbruch im Netz deutlich. Selbst wenn die Netzspannung auf 50 % der Nennspannung abfällt, behält SVG seine Nennkompensationsleistung bei und bietet somit eine hervorragende Spannungsstützfähigkeit.
4 Analyse des SVG-Betriebs in einem Photovoltaik-Kraftwerk
Der 6-Mvar-Hochspannungs-SVG des Photovoltaik-Kraftwerks ist an den 35-kV-Sammelschienenanschluss des Kraftwerks angeschlossen und arbeitet parallel zum Aufwärtswandler des Photovoltaik-Wechselrichters. Das Gerät erfasst die Spannungs- und Stromdaten des Netzanschlusspunktes in Echtzeit und führt automatisch Blindleistungskompensation und Oberwellenunterdrückung durch. Durch die Überwachung des laufenden Betriebs ist der SVG optimal an die Umgebungs- und Betriebsbedingungen des Kraftwerksstandorts angepasst, und verschiedene Betriebskennzahlen erfüllen die Auslegungsanforderungen. Die wichtigsten Betriebsfunktionen sind:
(1) Komfortable Installation und Inbetriebnahme, Anpassung an die Gegebenheiten vor Ort
SVG setzt auf ein modulares, integriertes Design. Vor Ort sind lediglich die Montage des Schaltschranks, der Kabelanschluss und die Parameterinbetriebnahme erforderlich, was den Verkabelungsaufwand und die baulichen Schwierigkeiten reduziert. Von der Positionierung der Anlagen bis zur Inbetriebnahme vergehen nur 7 Tage, wodurch sich der Inbetriebnahmezyklus des Kraftwerks erheblich verkürzt. Die modulare Bauweise erleichtert zudem die spätere Wartung, und einzelne Leistungseinheiten können schnell ausgetauscht werden, was die Betriebs- und Wartungskosten senkt.
(2) Komfortable Bedienung und realisierbare intelligente Überwachung
SVG ist mit einer hochauflösenden Mensch-Maschine-Schnittstelle ausgestattet, die wichtige Parameter wie Kompensationskapazität, Leistungsfaktor, Oberschwingungsgehalt und Betriebszustand der Anlage in Echtzeit anzeigt und eine einfache Bedienung vor Ort ermöglicht. Gleichzeitig ist das System über eine RS485-Schnittstelle mit dem zentralen Überwachungssystem des Kraftwerks verbunden und realisiert Funktionen wie Fernstart und -stopp, Parameteränderung, Fehleralarmierung und Daten-Upload. Damit erfüllt es die Anforderungen an einen intelligenten Kraftwerksbetrieb. Das Betriebs- und Wartungspersonal kann die Anlage vollständig von der zentralen Leitwarte aus überwachen.
(3) Stabiler Leistungsfaktor, der die Netzanschlussnormen erfüllt
Die Netzanschlussbedingungen für Photovoltaikanlagen erfordern einen Leistungsfaktor am Netzanschlusspunkt zwischen 0,95 und 0,99. Vor der Inbetriebnahme des SVG-Systems schwankte der Leistungsfaktor aufgrund der schwankenden Photovoltaikleistung stark zwischen 0,88 und 1,0 und erfüllte somit nicht die Netzanschlussbedingungen. Nach der Inbetriebnahme des SVG-Systems erfasst das Gerät in Echtzeit den Blindleistungsbedarf und passt die Kompensationskapazität automatisch an. Dadurch wird der Leistungsfaktor am Netzanschlusspunkt der Anlage stabil zwischen 0,98 und 0,99 gehalten. Dies vermeidet nicht nur Netzstrafen aufgrund eines zu niedrigen Leistungsfaktors, sondern gewährleistet auch die vollständige Netzeinspeisung des Photovoltaikstroms.
(4) Effektive Oberwellenbehandlung, Verbesserung der Stromqualität
Vor der Inbetriebnahme des SVG erreicht die Stromoberwellenverzerrung aufgrund des Betriebs leistungselektronischer Geräte wie Wechselrichter am Netzanschlusspunkt des Kraftwerks 8 % bis 12 % und verursacht eine deutliche Oberwellenbelastung. Nach der Inbetriebnahme des SVG filtert das Gerät die Netzoberwellen effektiv, und die Stromoberwellenverzerrung am Netzanschlusspunkt liegt stabil unter 2 %. Dies ist weit unter den nationalen Normen, wodurch die Versorgungsqualität des Stromnetzes erheblich verbessert und gleichzeitig die Schäden an Kraftwerksanlagen wie Transformatoren und Schaltanlagen durch Oberwellen reduziert und deren Lebensdauer verlängert wird.
(5) Unterdrückung von Spannungsschwankungen, Stabilisierung des Netzbetriebs
Die Last im Stromnetz des Kraftwerksstandorts schwankt stark, und die Leistung der Photovoltaikanlage ändert sich aufgrund von Lichteinflüssen sprunghaft, was zu Spannungsschwankungen und -einbrüchen am Netzanschlusspunkt führen kann. Dank seiner schnellen dynamischen Reaktions- und Spannungsstützfähigkeit unterdrückt SVG effektiv Spannungsschwankungen, stabilisiert die 35-kV-Busspannung des Kraftwerks innerhalb von ±2 % der Nennspannung, verhindert die durch Spannungsanomalien verursachte Abschaltung der Photovoltaik-Wechselrichter und gewährleistet den kontinuierlichen und stabilen Betrieb des Kraftwerks.
(6) Extrem niedriger Energieverbrauch und hervorragende Betriebseffizienz
Das SVG-Gerät nutzt hocheffiziente IGBT-Leistungshalbleiter und optimierte Regelungsstrategien und erreicht einen Wirkungsgrad von bis zu 99,96 % bei extrem niedrigem Stromverbrauch. Der jährliche Eigenstromverbrauch eines einzelnen Geräts beträgt lediglich ca. 2.000 kWh und liegt damit deutlich unter dem herkömmlicher Kompensationsgeräte. Dies reduziert den Eigenstromverbrauch des Kraftwerks erheblich und verbessert dessen Gesamtwirkungsgrad.
(7) Hohe Anpassungsfähigkeit an die Umwelt, Anpassungsfähigkeit an schwierige Arbeitsbedingungen
Der Standort des Kraftwerks zeichnet sich durch kalte Winter, hohe Sommertemperaturen, viele starke Winde und eine gewisse Sand- und Staubbelastung aus. Dies stellt hohe Anforderungen an die Isolierung, Wärmeableitung und Störfestigkeit der Anlagen. Das SVG-Gerät wurde speziell für Hochebenen mit kalten und staubigen Bedingungen entwickelt. Es verfügt über eine optimierte Isolationsstruktur und ein optimiertes Kühlsystem sowie staubdichte Dichtungen. Im praktischen Betrieb konnte das Gerät unter extremen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen sowie bei Sand- und Staubbelastung stabil arbeiten, ohne dass es zu störungsbedingten Abschaltungen kam. Es weist eine hervorragende Anpassungsfähigkeit an verschiedene Umgebungsbedingungen auf.
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