劉 凱

（河南神火煤電有限公司新莊煤礦，河南 永城 476600）

隨著煤礦現(xiàn)代化程度的提高，井下采掘、運(yùn)輸?shù)裙ぷ飨驒C(jī)械化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。煤礦供電系統(tǒng)存在著功率因數(shù)低、諧波含量大、沖擊壓降大和供電損耗大等問題。SVG本體部分、連接電抗器組成，具有動(dòng)態(tài)快速跟隨負(fù)荷變化的特性，能有效地提高電網(wǎng)的電能品質(zhì)、功率因數(shù)和節(jié)約電能，同時(shí)具有極高的可靠性。

1 工程概況

新莊煤礦35 kV變電站目前有SZ11-16000/35/10有載調(diào)壓變壓器2臺(tái)，運(yùn)行方式為分段并列運(yùn)行。10 kV兩段母線側(cè)，目前各有一套容量3 000 kVar TBB無功補(bǔ)償設(shè)備。所帶負(fù)荷有功功率今后將增至30 000 kVar。礦內(nèi)主要用電負(fù)荷為：主副井提升機(jī)（2 500 kW、1 100 kW）、通風(fēng)風(fēng)機(jī)（2×630 kW）、水泵、絞車等。

2 SVG原理及技術(shù)優(yōu)勢

SVG的基本原理，是將電壓源型逆變器，經(jīng)過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上。電壓源型逆變器包含直流電容和逆變橋兩個(gè)部分，其中逆變橋由可關(guān)斷的半導(dǎo)體器件IGBT組成。

圖1 SVG的技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理圖

圖1為SVG的技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理圖，將系統(tǒng)看作一個(gè)電壓源，SVG可以看作一個(gè)可控電壓源，連接電抗器或者可以等效成一個(gè)線形阻抗元件。

3 SVG方案設(shè)計(jì)

3.1 無功補(bǔ)償容量計(jì)算

（1）主變?nèi)萘俊?/p>

型號(hào) SZ11-16000/35/10型三相兩卷有載調(diào)壓變壓器；

數(shù)量2臺(tái)；

容量16 MVA。

（2）無功補(bǔ)償容量。

系統(tǒng)負(fù)荷總有功功率P=3萬kW；

取自然功率因數(shù)為cos Φ1=0.83；

目標(biāo)功率因數(shù)為cos Φ2=0.97。

所需補(bǔ)償無功容量為：

因此，本變電所所需補(bǔ)償無功功率容量取12 000 kVar。

3.2 無功設(shè)計(jì)

根據(jù)本礦供電系統(tǒng)對(duì)無功補(bǔ)償容量的技術(shù)要求和工程經(jīng)驗(yàn)，以及考慮投資性價(jià)比。決定分別在1#、2#兩段10 kV母線各安裝一套額定輸出容量為3.0 MVar的鏈?zhǔn)絊VG型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置+3.0 MVarFC的電容器固定補(bǔ)償裝置。

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，以進(jìn)線無功功率及母線電壓作為控制目標(biāo)，動(dòng)態(tài)跟蹤電網(wǎng)電能品質(zhì)變化，并根據(jù)變化情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功輸出，實(shí)現(xiàn)變電站在任意負(fù)荷下的高功率因數(shù)運(yùn)行。本裝置采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，滿足無功功率、電壓調(diào)節(jié)、功率因數(shù)等的技術(shù)要求，并達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：

（1）功率因數(shù)補(bǔ)償。在補(bǔ)償容量足夠前提下，PCC點(diǎn)的功率因數(shù)值大于0.95（無滯后、無過補(bǔ)）。

（2）輸出容量。本裝置分別10 kV母線電壓和進(jìn)線電流，對(duì)10 kV的電壓和功率因數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化，調(diào)節(jié)逆變器的無功輸出，根據(jù)本變電所實(shí)際負(fù)荷情況，可滿足系統(tǒng)補(bǔ)償容量為：容性0 MVar至容性6.0 MVar連續(xù)調(diào)節(jié)。

（3）響應(yīng)時(shí)間。本裝置采用的鏈?zhǔn)絊VG響應(yīng)速度快，采用瞬時(shí)無功補(bǔ)償算法和高速可關(guān)斷電力電子器件IGBT，在5 ms內(nèi)即可完成額定感性無功到額定容性無功（額定容性無功到額定感性無功）的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)場實(shí)測最快3 ms左右即可完成階躍響應(yīng)（如圖2所示的階躍響應(yīng)實(shí)測曲線），滿足以上要求動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間10 ms以內(nèi)。

圖2 響應(yīng)時(shí)間實(shí)測曲線 （局部放大后3ms）

（4）諧波特性。成套裝置輸出諧波電流總畸變率（THD）小于3%，SVG具有有源濾波功能，達(dá)到輸出電壓諧波含量滿足國標(biāo)要求。

3.3 濾波器設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)濾波器設(shè)計(jì)原則，諧波電流分析，經(jīng)上機(jī)多個(gè)方案仿真計(jì)算比較擇優(yōu)，濾波器設(shè)計(jì)為5、7次兩組濾波通道?？偘惭b容量約9 000 kVar，基波補(bǔ)償容量約6 000 kVar，從濾波效果仿真結(jié)果分析，采用表1所示濾波器配置后，母線諧波電流全部滿足國標(biāo)要求。

（2）濾波器安全性能校核公式如下：

表1 濾波器參數(shù)配置

其中，

Ic1為流過電容器的基波電流；

Icn為電容器的額定電流（A）。

UcN為電容器的額定電壓；

Uc1為濾波電容器承受的基波電壓。

Ucn為流過電容器的諧波電流在電容器兩端產(chǎn)生的諧波電壓；

n為諧波次數(shù)。

ΣUcn=（C為每相電容器的電容值），

Icn為流過電容器的所有諧波電流的均方根值。

校核結(jié)果，所有濾波支路能安全運(yùn)行。

4 結(jié)束語

SVG是新一代靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，通過對(duì)SVG成套裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償和諧波治理情況看出，SVG可以提高煤礦電網(wǎng)功率因數(shù)，治理諧波，抑制電壓波動(dòng)，達(dá)到節(jié)能降耗和改善電能品質(zhì)的效果，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用改善供電品質(zhì)的方法。

[1]徐你俊，楊洪濤.礦井電網(wǎng)靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的研制[J].煤礦機(jī)電，2009，（2）：44-46.

[2]李世林.無功補(bǔ)償裝置標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊[K].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[3]袁 亮.煤礦總工程師手冊[K].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.