李艷蕓

（冀中能源集團(tuán)股份有限公司邢東礦，河北 邢臺(tái) 054001）

無功功率增加，這就導(dǎo)致供電系統(tǒng)的功率因數(shù)變小，對(duì)電源的要求也會(huì)增強(qiáng)，只有電源容量大的供電系統(tǒng)才能正常維持電力設(shè)備運(yùn)行，但會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的輸出功率減少，減低發(fā)電機(jī)的有功輸出，提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)發(fā)展和電力系統(tǒng)是有重要意義的。

1 高功率因數(shù)矩陣電力變換器在礦企電力系統(tǒng)中的控制研究

1.1 高功率因數(shù)矩陣電力變換器的電流跟蹤控制法

高功率因數(shù)矩陣電力變換器的電流跟蹤控制法指的就是：將其所實(shí)際測(cè)量出來的電流信號(hào)數(shù)據(jù)與三相輸出的電流信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的比較之后，并進(jìn)一步根據(jù)現(xiàn)階段變換器電源開關(guān)的實(shí)際狀態(tài)，來對(duì)比較之后所形成的結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的分析，進(jìn)而確定變換器的開關(guān)動(dòng)作。運(yùn)用電流跟蹤控制法來對(duì)礦企中的高功率因數(shù)矩陣電力變換器進(jìn)行全面控制，不僅操作簡(jiǎn)單且其主要的工作原理也通常比較容易被理解與接受，且其自身的響應(yīng)速度一般也較為迅速，這是該控制法的優(yōu)勢(shì)特征。

1.2 高功率因數(shù)矩陣電力變換器直接變換控制法

在高功率因數(shù)矩陣電力變換器的控制方法中，直接變換控制法又可以被劃分為電流諧波注入法和坐標(biāo)變換法以及等效電導(dǎo)法及標(biāo)量法等重要的部分。一般，高功率因數(shù)矩陣電力變換器直接變換控制法通常是直接對(duì)輸入的電壓進(jìn)行連續(xù)的斬波，并進(jìn)一步將其合成有效的輸出電壓，來對(duì)高功率因數(shù)矩陣電力變換器的電流電壓進(jìn)行全面控制的。雖然說高功率因數(shù)矩陣電力變換器直接變換控制法中的方法組成分類很多，且每一個(gè)方法自身都具有相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)特征，不過和高功率因數(shù)矩陣電力變換器的電流跟蹤控制法相同，其自身也存在明顯的漏洞與缺陷，比如說標(biāo)量法在對(duì)高功率因數(shù)矩陣電力變換器進(jìn)行控制時(shí)，雖然能夠輸入較好的電流波形，但是其所輸出的電流波形就往往會(huì)存在嚴(yán)重的諧波問題。這就導(dǎo)致直接變換控制法在高功率因數(shù)矩陣電力變換器中的應(yīng)用受到了較大的影響與限制。

2 高功率因數(shù)矩陣電力變換器空間矢量調(diào)制

2.1 空間矢量調(diào)制的應(yīng)用研究

在高功率因數(shù)矩陣電力變換器的各種控制法中，空間矢量調(diào)制技術(shù)是其中一項(xiàng)應(yīng)用最為廣泛，且功能價(jià)值較高的控制技術(shù)。一般，又把空間矢量調(diào)制稱為間接變換法，是通過全面運(yùn)用空間矢量變換來達(dá)到電流控制目的的高功率因數(shù)矩陣電力變換器控制方法。運(yùn)用空間矢量調(diào)制控制，往往能夠直接將變換器中的交流-交流模式轉(zhuǎn)變成直交與交直變換的模式，這就使得變換器能夠更加有效的對(duì)高頻整流技術(shù)進(jìn)行全面的應(yīng)用，從而進(jìn)一步改善變換器的實(shí)際性能水平。雖然說該控制方案具有明顯的復(fù)雜性特征，且其往往會(huì)缺乏相應(yīng)的動(dòng)態(tài)理論來為其提供有力的支撐與保障，但是，空間矢量調(diào)制控制在高功率因數(shù)矩陣電力變換器中的應(yīng)用范圍比較廣泛，且其不僅能夠全面的對(duì)輸入波形進(jìn)行合理控制，同時(shí)也能在一定程度上對(duì)輸出波形進(jìn)行有效控制，還能進(jìn)一步完善輸入的功率因數(shù)。在現(xiàn)階段的高功率因數(shù)矩陣電力變換器中，空間矢量調(diào)制控制具有廣闊的發(fā)展空間和光明的發(fā)展前景。

2.3 空間矢量調(diào)制方案的仿真分析

為了能夠進(jìn)一步對(duì)高功率因數(shù)矩陣電力變換器中的空間矢量調(diào)制方案進(jìn)行有效的驗(yàn)證，本文中就通過運(yùn)用MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真軟件，來對(duì)高功率因數(shù)矩陣電力變換器進(jìn)行全面的仿真分析。在進(jìn)行實(shí)際的仿真分析之前，我們首先要對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，一般情況下，我們會(huì)將輸入電壓設(shè)置為220V/60Hz，且將輸出頻率設(shè)置成40Hz，將電感設(shè)置為50mH，將電阻設(shè)置成30Ω，并進(jìn)一步將負(fù)載設(shè)置為阻感負(fù)載，然后運(yùn)用MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真軟件，來為其建立起一個(gè)模塊化子系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析與研究。其中，我們將主電路仿真模型中的開關(guān)設(shè)置成雙向開關(guān)的形式，則高功率因數(shù)矩陣電力變換器中的輸入相電流與其實(shí)際的輸入相電壓相位的對(duì)比情況如圖1所示。

圖1 輸入相電流與其實(shí)際的輸入相電壓相位的對(duì)比

通過仿真模型中所形成的波形情況我們可以看出，運(yùn)用空間矢量調(diào)制的方法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高功率因數(shù)矩陣電力變換器中變壓與變頻功能，同時(shí)也能進(jìn)一步對(duì)MC輸入的功率因素進(jìn)行科學(xué)合理的控制。所以說，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，高功率因數(shù)矩陣電力變換器在礦山變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的應(yīng)用也必將更加廣泛。

3 提高功率因數(shù)的方法

3.1 提高自然功率因數(shù)

能源開采企業(yè)所使用的用電設(shè)備，其運(yùn)行系統(tǒng)功率因數(shù)提高方法需要將自然功率因數(shù)提高上來，才能達(dá)到預(yù)期效果，由于提高用電設(shè)備自然功率因數(shù)不需要額外設(shè)備，主要是依靠降低礦山用電設(shè)備無功功率，而功率因數(shù)的大小、電動(dòng)機(jī)容量及電動(dòng)機(jī)的型號(hào)都是都是對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇有一定限制，使用異步電動(dòng)機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)可以將礦用電器設(shè)備的功率因數(shù)提升上來，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)電器設(shè)備的運(yùn)行方式及變壓器的容量會(huì)對(duì)功率因數(shù)產(chǎn)生影響，因此要將變壓器負(fù)載率低的電機(jī)更換掉，使用負(fù)載率高的電機(jī)提高系統(tǒng)的自然功率，將小容量的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行淘汰，取而代之是大容量電動(dòng)機(jī)，這樣做可以將礦企電氣設(shè)備功率因數(shù)大幅度提升，對(duì)于帶故障運(yùn)行的電機(jī)設(shè)備要及時(shí)進(jìn)行更新，鼓勵(lì)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)革新，同時(shí)礦企也要制定合理的工藝流程，提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。

3.2 人工補(bǔ)償功率因數(shù)

靜止補(bǔ)償器與同步補(bǔ)償器是人工補(bǔ)償裝置的重要組成部分，同步補(bǔ)償器屬于電氣設(shè)備的無功功率發(fā)電機(jī)，它對(duì)電網(wǎng)的功率因數(shù)提升起到一定作用，同時(shí)也對(duì)礦企電氣設(shè)備電路電壓起到了調(diào)節(jié)功能。同步補(bǔ)償器具若超負(fù)荷工作，其能量損耗也會(huì)隨之增加；相比較而言靜止補(bǔ)償器實(shí)際應(yīng)用成本過高，一旦出現(xiàn)故障后期維修較復(fù)雜。使用靜止補(bǔ)償器時(shí)我們可以對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行無功補(bǔ)償。在低壓狀態(tài)下運(yùn)行其運(yùn)行時(shí)間較長的用電設(shè)備可以使用就地補(bǔ)償器，它可以將電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，將無功損耗降到最低。分散補(bǔ)償能夠?qū)㈦娙萜鞣纸M分配在變電所、配電室的分路線上，它的利用率與其它補(bǔ)償方法相比利用率較高；集中補(bǔ)償可以將總降壓變電所安裝電容器組集，這種方法較安全且利用率高。

高壓或低壓補(bǔ)償方式按下式選擇：

若補(bǔ)償量大于低壓電容器經(jīng)濟(jì)容量宜選用低壓補(bǔ)償方式。

式中Qjs為低壓計(jì)算負(fù)荷無功功率；Qcd為低壓電容器組容量；Ud為低壓線路的線電壓；R為包括變壓器和至低壓電容器線路的每相電阻；Ad為低壓電力電容器每千乏的初投資；nb為附加一次投資的還本年限數(shù)；F為電價(jià)；T為電容器組年利用小時(shí)數(shù)。隨機(jī)補(bǔ)充是低壓電容器組合電機(jī)并聯(lián)，可以控制保護(hù)裝置，不需要經(jīng)常調(diào)整補(bǔ)償容量、占地小，且安裝簡(jiǎn)單、安全、維修方便。隨器補(bǔ)償是補(bǔ)償變壓器空載無功的方法，接線簡(jiǎn)易、維修方便、降低無功損耗、經(jīng)濟(jì)性能好。跟蹤補(bǔ)償可以替代隨機(jī)、隨器補(bǔ)償方式，效果也比較好，使用時(shí)間長，應(yīng)用靈活，但前期投入資金較多。

4 結(jié)語

基于有功功率礦山用電設(shè)備的功率因數(shù)小是由于有功功率變大，而用電設(shè)備電壓出現(xiàn)一定波動(dòng)的原因是由無功功率變大而引起的，導(dǎo)致耗電量變大，我國大多數(shù)能源開采企業(yè)的用電設(shè)備耗電量較大，而在國家在大力倡導(dǎo)節(jié)能減排這一大環(huán)境下，想要節(jié)省電能消耗，就需要提高用電設(shè)備的功率因數(shù)，為此研究了提高礦企用電設(shè)備的功率因數(shù)具體方法，例如實(shí)行人工補(bǔ)償方法或提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)，力求為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。