DOI:10.16545/j.cnki.cmet.2012.06.003 ·601· 煤 矿 机 电 2012 年第 6 期 10 kV 静止型动态无功补偿装置 在煤矿供电系统中的应用 曹品伟，胡红雨，李凯 ( 河南神火煤电有限公司 泉店煤矿，河南 许昌 ) 461000 摘 要: 为进一步提高煤矿电网的电能质量、功率因数及节约电能，分析了泉店煤矿供电系统的 现状，采用 SVG 动态无功补偿装置方案，并介绍了系统原理、技术特点。经现场运行验证， SVG 无 功动态补偿装置具有动态快速跟随负荷变化特性，能有效提高电网的电能质量、功率因数及节约电 能，给煤矿带来了明显的经济效益。 关键词: 供电系统; 静止型; 无功补偿 文献标识码: 中图分类号: 文章编号: 1001 － 0874( 2012) 06 － 0106 － 03 TM714． 3 A Application of 10kV Static Dynamic Reactive Power Compensation Device in Coal Mine Power Supply System CAO Pin-wei ， HU Hong-yu ( Quandian Coal Mine ， Shenhuo Coal and Electricity Co． ， ， LI Kai ， Ltd． Xuchang 461000 ， China ) In order to improve the power quality power factor and energy-saving of coal mine grid ， ， the current : Abstract situation of power supply system is analyzed at Quandian coal mine． The proposal of SVG reactive compensation device system SVG + FC is adopted． And the system principle and technology features are introduced． The on ( ) site operation verifies that the SVG static dynamic reactive device can quickly follow changes with load variable and brings economic benefits to coal mine． power supply system static ; ; reactive power compensation : Keywords 0 引言 。 随着电力电子技术的发展，大量的电力电子装 绞车等供电系统中得 置在泉店煤矿的矿井提升机 、 但这些装置在运行过程中，不但产生大量 以使用 的谐波，而且对大型电动机在启动时无功冲击大，引 起供电系统电网电压波动较大，降低了系统的功率 因数，而传统的无功补偿及谐波治理设备因响应速 度慢，大容量电容器组频繁投切，与产生谐波的设备 不能同步，造成整个供电系统的电压不稳定和功率 因数忽高忽低，不能保证煤矿供电的稳定性和可靠 性 目前矿内主要用电负荷为: 主 副井提升机( 、 。 500 kW、1 100 kW 车等 调压变压器 35 kV 其 。 2 ) 通风机( 、 变电站有 2 × 630 kW SZ11-16 000 /35 /10 台，为分段并列运行 。10 kV ) 水泵 、 2 绞 、 有载 两段母 线侧各有一套容量 为了有效提高煤矿电网的电能质量，经研究采用 3 000 kvar TBB 无功补偿设备 。 10 kV SVG 静止型动态无功补偿装置 。 1 SVG 原理及技术优势 1． 1 SVG SVG 原理 静业型动态无功补偿装置的基本原理是 将电压源型逆变器，经过电抗器并联在电网上 电 压源型逆变器包含直流电容和逆变桥两个部分，其 中逆变桥由可关断的半导体器件 为 源， 等效成一个线形阻抗元件 空载运行模式; 容性运行模式; 感性运行模式 1 的技术原理图，它是将系统看作一个电压 看作一个可控电压源，连接电抗器或者可 有三种运行模式: 。SVG 组成 IGBT SVG SVG 图 。 。 。 工作中，通过调节逆变桥中 IGBT 器件的开关， 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

2012 年第 6 期 煤 矿 机 电 ·701· 频率和相 可以控制直流逆变到交流的电压的幅值 、 位，整个装置相当于一个调相电源 通过检测系统 中所需的无功，可以快速发出大小相等 相位相反的 、 无功，实现无功就地平衡，保持系统实时高功率因数 的运行 。 。 图 1 SVG 的技术原理图 1． 2 SVG SVG 技术优势 是基于电压源型变流器的补偿装置，它不 电感器件，而是通过大功率电 再采用大容量的电容 、 力电子器件的高频开关实现无功能量的变换，可适 应于高压快速变化的无功补偿场合，确保电压稳定， 快速补偿，补偿时间在 较传统 的无功补偿装置有如下优势: 5 ～ 10 ms 。SVG 以内 1 SVG ，而 响应时间: ≤10 ms。SVG ) 响应速度更快: 传统的补偿装置响应时间: 可在极 ≥10 ms 短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性 无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完 全可以胜任对冲击性负荷的补偿 ) 电压闪变抑制能力更强: 对电压闪变的 由于响应速度极快， 抑制可以达到 若增大装置容量还可以继续提高抑制电压闪变的能 力 ，甚至更高 SVG 5∶ 1 。 。 2 。 3 ) 运行范围更宽: 不仅能在额定感性到额 定容性的范围内工作，而且在系统电压变低时，还能 输出与额定工况相近的无功电流 SVG 4 ) 补偿功能多样化: 具有快速补偿系统的 无功功率，同时根据用户实际需要，对负荷谐波电 流 负序电流等电能质量问题可进行综合补偿 、 SVG ) 谐波含量极低: 三 电平技术和多重化技术，自身产生的谐波含量极低， 能实现有源滤波的功能，真正做到多功能化 采用了 PWM SVG 。 技术 、 5 。 。 6 ) 成套装置的安全性可靠性高: 该装置采用成 套装置模块化的工艺结构设计，所有线缆采用高温 阻燃型，确保产品的稳定性能 短路 、 谐 断电保护 及过流保护 、 、 温度控制保护 、 缺相保护 、 具有电压保护 。 波超限保护等多项保护措施 的电容器和电抗器做储能元件， 常只有相同容量 的 。 SVC 50% 。 由于无需高压大容量 的占地面积通 SVG 2 SVG 方案设计 无功补偿容量计算 按 35 kV P = 30 000 kW ，目标功率因数为: 2． 1 功率 0． 83 变电站的现状，其系统负荷的总有功 ，取自然功率因数为: cos Φ1 = ，则所需补偿 cos Φ2 = 0． 97 ( 1 － cos2 Φ1 cos2 Φ槡 1 QC = P ，变电站所 需 补 偿 无 功 功 率 容 量 取 1 － cos2 Φ2 cos2 Φ槡 2 － ) 无功容量为: = 12 120 kvar 12 000 kvar。 2． 2 SVG 3． 0 Mvar FC 10 kV 的链式 的电容器固定补偿装置 容性 系统设计 在 1 #、2 # 两段 母线各安装一套额定输出 型动态无功补偿装置 容量为 3． 0 Mvar 该装置可 和 以实现补偿范围为容性 连 续可调，它以进线无功功率及母线电压作为控制目 标，动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动 态调节无功输出，实现变电站在任意负荷下的高功 率因数运行 主要技术指标为: 6． 0 Mvar 0 Mvar ～ 。 。 ) 功率因数补偿 在补偿容量足够前提下，功 。 ( 无滞后 无过补) 、 。 。 根据变电站实际负荷情况，可满 连 至容性 0 Mvar 6． 0 Mvar 1 2 率因数值可大于 ) 输出容量 0． 95 足系统补偿容量为: 容性 续调节 。 ) 响应时间 。 5 ms 该装置采用链式结构，响应速度 3 快，在 内即可完成额定感性无功到额定容性无 功( 额定容性无功到额定感性无功) 的转换，现场实 测最快 所示的 阶跃响应实测曲线 左右即可完成阶跃响应，如图 3 ms 2 。 图 2 响应时间实测曲线( 局部放大后 3 ms) ( 下转第 110 页) 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

·011· 煤 矿 机 电 2012 年第 6 期 。 功率管放大后驱动变压器原边，完成变压器次边脉 冲信号的隔离 MOSFET 由于脉冲变压器是正向激励，在 截止 时，存储在脉冲变压器原边的能量必须通过一种途 径释放掉，否则脉冲变压器的剩磁通将不能复位，会 这里采用了由二极管和 导致其很快进入饱和状态 电阻组成的 截止后产生的 所设计的 感生电动势能量通过二极管和电阻吸收 管截止时间) 占空比为 大于磁通建立的时间，可满足磁通复位的条件 。 吸收网络， ，磁通复位时间( MOSFET MOS 30% RD 。 脉冲驱动电路主要由整流二极管 续流二极管 、 和驱动电阻组成，该器件参数的选择由所选晶闸管 的规格 决 定 晶 闸 管 触 发 电 流 30 ～ 100 ，为保证晶闸管能可靠触发导通，要求门极触发 。MFC135 。 mA 电流为晶闸管触发电流的 倍，即 二极管 75 ～ 250 mA 1N4007 倍，本设计选为 2． 5 ，整流二极管和续流二极管选用 2 ～ 5 ，门极驱动电阻选为 15 Ω /0． 5 W。 3 改进方案验证情况 通过实测门极触 发 电 流，满 足 倍 晶 闸 管 触发电流的设计要求，通过实测门极触发电 的要 门极触发电压为 2． 5 MF135 压，也满足 1 ～ 2． 5 V MFC135 。 。 2． 2 μs MFC135 MFC135 2． 71 V / μs 170 mA / μs 840 ns ＜ 1 μs ，上升时间为 的可靠触发 ，上升时间为 从门极触发电流上升率波形看出，其门极触发 求 ，能够保 电流上升率 其门极触发电压上 证晶闸管 ，也能够 升率 验证中，在每个 保证晶闸管 门极触发脉冲到来之前，脉冲变压器的剩余能量总 能释放结束，在触发占空比不变的情况下磁通总能 够可靠复位 为使改进电路能够满足更大功率晶闸 管的可靠触发，对触发电路在元件的设计和选取上 都留有相当的裕量，触发电压 电流的上升率完全能 、 满足设计要求，最大可以驱动 的可靠触发 的晶闸管 。 。 1 000 A 。 4 结语 本方案不仅省去了接触器和变压器，简化了结 构，减少了故障点，而且只要电源电压等级确定，预 充电支路中的三相不控整流桥便不再随着变频器功 率等级的变化而改变 由于同种容量的晶闸管与整 流二极管的价格基本相当，故本改进电路方案比原 来的预充电方案有更好的应用效果 作者简介: 王彦红( 院，现主要从事电工实习教学工作，发表论文多篇。 2012 － 06 － 11 ) ，女，工程师。1996 年毕业于西南工学 ; 责任编辑: 姚克 ( 收稿日期: 1973 － 。 。 ) 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 ( 上接第 页) 表 1 滤波器参数配置 107 ) 谐波特性 ) 率( 量满足国家标准的要求 THD 3% 成套装置输出谐波电流总畸变 ，具有有源滤波功能，输出电压谐波含 。 4 5 6 。 在 。 SVG ) 过载能力 设计中， 选型时保 留足够的裕量，过载可以达到 ) 采用高效散热装置冷却方式 IGBT 以上 20% 体采用强制风冷，有风道引出，适应现场运行环境 。 功率电路柜 。 。 3 滤波器设计 通过对谐波电流的分析，滤波器设计为 次 ，基波补偿 总安装容量约 ，从滤波效果仿真结果分析，采用 所示滤波器配置后，母线谐波电流全部满足国 6 000 kvar 9 000 kvar 5、7 。 两组滤波通道 容量约 表 家标准的要求 1 。 4 结语 静止型动态无功补偿装置( 含 补偿装置) 通过实际应用，适用于矿井提升机 车 电容器固定 绞 该装置具有动态快速跟随负荷 。 通风机等环境 、 FC 、 安装容量 / kvar 每台电容器额定容量 每相电容器串 并联数 / 、 三相电容器总安装台数 / kvar 台 台 / 基波补偿容量 电抗器额定电压 电抗器安装台数 / kvar / kV 台 / H5 4 500 H5 总计 4 500 9 000 375 串 4 1 并 375 串 4 1 并 12 3 000 10 3 12 24 3 000 6 000 10 3 6 变化的特性，能有效提高电网的电能质量 功率因数 、 和节约电能，同时具有极高的可靠性，维护工作量 小，给矿井带来明显的经济效益 参考文献: ［ ］ 徐俊，杨洪涛 1 矿井电网静止型动态无功补偿 装 置 的 研 制 。 ． ］ ［ J ． 煤矿机电， 2009 ( ) 2 ． ［ ］ 周会军 2 ． ］ 煤矿供电优化方案的实施讨论［ J ． 北京电力高等专 科学校学报， ［ ］ 关云关，赵国凯 3 煤矿机电， 2012 ］ ［ J ． ． SVG ( 2012 作者简介: 曹品伟( 1982 － 工学院，发表文章 10 余篇。 ( 2 ) ． 链式高压静止无功发生器在煤矿的应用 ． ) 5 ) ，男，助理工程师。2008 年毕业于安阳 ( 收稿日期: 2012 － 06 － 11 ; 责任编辑: 姚克) 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net