孫 凱 李洪國(guó)

（1.濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)海納科技公司，山東濟(jì)寧272100；2.新汶礦業(yè)集團(tuán)孫村煤礦，山東新泰271219）

1 課題的提出

煤礦企業(yè)是用電大戶，解決好電網(wǎng)的無(wú)功功率因數(shù)補(bǔ)償和諧波濾波問題，對(duì)于提高電能質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、節(jié)能、充分利用電氣設(shè)備等問題具有重要意義。

孫村煤礦為生產(chǎn)直接服務(wù)的降壓站有礦內(nèi)降壓站和北立井降壓站，礦內(nèi)降壓站兩回路35KV電源孫良支線和孫村1#線，其中孫良支線來自東都變電站，孫村1#線來自35KV中心區(qū)配電站；北立井降壓站兩路35KV電源線路，由北風(fēng)井降壓站轉(zhuǎn)供，其中北立井1#線路東孫線來自東都變電站，北立井2#線路來自泰安頂峰熱電廠。該站安裝一臺(tái)SF9-12500/35和一臺(tái)SF7-16000/35變壓器，最大負(fù)荷9800KW，最小負(fù)荷7500KW，平均負(fù)荷穩(wěn)定在8000KW。供電系統(tǒng)改造完成，撤除北風(fēng)井降壓站后，無(wú)功補(bǔ)償電容器容量嚴(yán)重不足，地面高壓供電系統(tǒng)改造完成后，北立井降壓站負(fù)荷由原來的9000KW,增加到11000KW,而撤除北風(fēng)井降壓站后，固定補(bǔ)償電容器容量減少，不能滿足供電系統(tǒng)的要求；為凈化供電系統(tǒng)、提高功率因數(shù)、提高供電質(zhì)量，對(duì)北立井降壓站無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行改造，在提高功率因數(shù)的同時(shí)，濾除諧波，達(dá)到為凈化供電系統(tǒng)、提高功率因數(shù)、減少網(wǎng)絡(luò)損耗、提高供電質(zhì)量的目的。

2 方案選擇

提出兩套設(shè)計(jì)方案，分別為FC濾波器方案和靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償（SVG）方案，經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算和比較之后，選擇使用SVG+FC方案。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 補(bǔ)償容量確定

本期工程依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況及用戶的要求，裝設(shè)容量為2.5Mvar的SVG及3.6Mvar的FC各一套?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)的諧波問題，設(shè)置FC為5、7兩組，利用較低次諧波濾波器可抑制高次諧波的特性，可在進(jìn)行系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)濾除網(wǎng)內(nèi)含量較大的5次、7次及11次諧波。SVG設(shè)備可進(jìn)行動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償，兼有濾除諧波的作用。

3.2 濾波器設(shè)計(jì)

濾波器設(shè)計(jì)原則

（1）濾波器發(fā)出的無(wú)功應(yīng)滿足補(bǔ)償功率因數(shù)、抑制電壓波動(dòng)及閃變的要求；

（2）選取的濾波電容器的額定電壓應(yīng)保證濾波器的安全可靠運(yùn)行；應(yīng)考慮以下因素：

a）母線電壓水平；

d）電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起電壓升高。

（3）濾波器的分組應(yīng)滿足濾除諧波電流的要求；

（4）濾波器設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行充分的計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算及數(shù)據(jù)庫(kù)選優(yōu)，經(jīng)多個(gè)方案比較，選擇最佳方案；

（5）對(duì)選定的濾波器應(yīng)進(jìn)行濾波器各種運(yùn)行方式下的計(jì)算機(jī)仿真，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振；

（6）對(duì)濾波器的安全運(yùn)行應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)校驗(yàn)。

3.3 濾波器設(shè)計(jì)

根據(jù)以上濾波器設(shè)計(jì)原則及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的諧波電流進(jìn)行分析，將濾波器設(shè)為5、7次共2組濾波通道。5次濾波通道基波補(bǔ)償容量為1830kvar，7次濾波通道基波補(bǔ)償容量為1793kvar，母線諧波電流可滿足用戶要求。

表1 濾波器參數(shù)配置表

3.4 濾波器安全性能校核

校核公式如下：

Ic1—流過電容器的基波電流

Icn—電容器的額定電流（A）

UcN—電容器的額定電壓

Uc1—濾波電容器承受的基波電壓

Ucn—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—諧波次數(shù)

Ucn=Icn/nwC（C為每相電容器的電容值）

Icn—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。

3.5 SVG組成

圖1

本工程SVG容量為2.5Mvar。SVG由一系列的功率單元組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：SVG裝置并網(wǎng)于6kV母線側(cè)，裝置入口電壓為6kV。鑒于目前IGBT的工藝水平和應(yīng)用需求，榮信SVG選用處于國(guó)際領(lǐng)先水平的EUPEC公司的IGBT。

3.6 SVG及FC柜體設(shè)計(jì)

設(shè)備投運(yùn)后達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和性能考核:

（1）電網(wǎng)實(shí)時(shí)功率因數(shù)高于0.95（滯后，無(wú)過補(bǔ)）。

（2）SVG設(shè)備輸出調(diào)節(jié)范圍為-2.5Mvar～+2.5Mvar。

（3）FC設(shè)備的5次諧波補(bǔ)償容量約為1.8Mvar，7次諧波補(bǔ)償容量約為1.8Mvar。

（4）SVG設(shè)備的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間≤5ms。

（5）裝置具備完善的控制、保護(hù)和報(bào)警措施。在裝置故障時(shí)應(yīng)提供報(bào)警信號(hào)，嚴(yán)重故障時(shí)可將裝置退出運(yùn)行。FC裝置除裝有常規(guī)的電流速斷和過流保護(hù)外，還具有不平衡電流保護(hù)、過電壓保護(hù)及低電壓保護(hù)等一系列保護(hù)措施，確保裝置安全。SVG裝置除裝有常規(guī)的電流速斷和過流保護(hù)外，還具有不平衡電流保護(hù)、過電壓保護(hù)及低電壓保護(hù)等一系列保護(hù)措施，確保裝置安全。

（6）擴(kuò)容方便。

（7）滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93。總諧波電壓畸變率≤4.0%（奇次畸變≤3.2%；偶次畸變≤1.6%）。

（8）滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量、電壓波動(dòng)和閃變》GB/T12326－2000。電壓波動(dòng)范圍：-3%-7%

4 實(shí)施效果

改造前北立井降壓站補(bǔ)償容量為2400Kvar，功率因數(shù)為0.80，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，不能滿足礦井功率因數(shù)不低于0.9的要求，線路年損耗35.66萬(wàn)Kwh。改造后年節(jié)約電費(fèi)23.179萬(wàn)元；減少了諧波對(duì)供電系統(tǒng)的影響，提高了供電質(zhì)量，年節(jié)省電能140萬(wàn)Kwh，節(jié)約電費(fèi)91萬(wàn)元。

采用SVG+FC對(duì)礦井無(wú)功功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，并進(jìn)行諧波治理，增強(qiáng)了供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，提高了用電能力，改善了電能質(zhì)量，為礦井安全供電和可靠供電提供了保障。

5 結(jié)語(yǔ)

SVG高壓靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是近幾年來發(fā)展起來的一種基于大功率逆變器的無(wú)功補(bǔ)償裝置，是電力行業(yè)世界前沿科技柔性交流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，隨著技術(shù)越來越成熟，該技術(shù)具有廣闊的推廣前景。