丁小梅

（西山煤電集團(tuán)官地礦選煤廠，山西 太原 030022）

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在選煤廠的應(yīng)用研究

丁小梅

（西山煤電集團(tuán)官地礦選煤廠，山西 太原 030022）

針對(duì)選煤廠電力系統(tǒng)中電網(wǎng)電能質(zhì)量的現(xiàn)狀，提出利用SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的電網(wǎng)改造方案，實(shí)踐證明，SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置能改善電能質(zhì)量，濾除諧波污染，提高供電系統(tǒng)的安全可靠性，降低損耗，節(jié)約能源，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

無(wú)功功率；功率因數(shù)；節(jié)電；應(yīng)用效果

1 概 述

由于電力電子器件的非線性及波形正弦的特點(diǎn)，由電力電子器件組成的電氣自動(dòng)化裝置電源側(cè)的電流不僅含有基波，而且包含豐富的諧波，電控系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行期間功率因數(shù)偏低，同時(shí)啟動(dòng)無(wú)功沖擊大，引起電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)。

選煤廠的主要負(fù)荷是感性電動(dòng)機(jī)。近年來(lái)，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大功率非線性負(fù)荷增多，對(duì)電網(wǎng)的沖擊加大，諧波污染加重，系統(tǒng)無(wú)功需求較大，導(dǎo)致電網(wǎng)線損增加，使得系統(tǒng)電壓合格率不高，存在系統(tǒng)末端供電電壓低，諧波含量較大，電壓波動(dòng)較大等電能質(zhì)量低下的問(wèn)題，造成電動(dòng)機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)、運(yùn)行過(guò)程中電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行或電壓波動(dòng)閃變引起設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

同時(shí)，隨著變頻器、逆變電流等裝置的廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)中諧波電流的增加使電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，給供電系統(tǒng)和用電設(shè)備帶來(lái)的不良影響日益顯著。

為消除供電安全隱患，提高供電質(zhì)量，減少電力網(wǎng)中的功率損耗，降低生產(chǎn)成本，合理利用能源，提高經(jīng)濟(jì)效益，官地礦選煤廠在動(dòng)篩低壓配電室安裝了SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置與諧波治理裝置，以滿足運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)最佳選煤效益。

2 SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償原理

一般電力系統(tǒng)中的負(fù)載吸收有功功率PL和無(wú)功功率QL，電源提供有功功率PS和無(wú)功功率QS，忽略變壓和線路損耗，則有PS=PL，QS=QL。沒(méi)有足夠無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娋W(wǎng)存在從遠(yuǎn)端傳送無(wú)功、負(fù)荷的無(wú)功沖擊影響，本地電網(wǎng)、負(fù)荷不平衡、諧波也會(huì)影響電網(wǎng)的質(zhì)量。選煤廠的負(fù)荷大部分是感性負(fù)荷（如電動(dòng)機(jī)），加上系統(tǒng)中感抗很大的變壓器，系統(tǒng)中用電設(shè)備負(fù)荷為感性無(wú)功QL，為減少電網(wǎng)從遠(yuǎn)端傳送無(wú)功帶來(lái)的電能損失，可以在電網(wǎng)中并聯(lián)可變無(wú)功電流源SVG，見(jiàn)圖1。

圖1 改造前后兩種連接方式

通過(guò)調(diào)節(jié)SVG產(chǎn)生的容性無(wú)功功率QSVG，使QSVG=QL，這樣在負(fù)荷波動(dòng)過(guò)程中，SVG產(chǎn)生的無(wú)功電流可以快速地隨負(fù)荷無(wú)功電流的變化而變化，自動(dòng)補(bǔ)償電網(wǎng)系統(tǒng)所需無(wú)功功率，對(duì)電網(wǎng)無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)級(jí)補(bǔ)償，保證系統(tǒng)無(wú)功功率：QS=QSVG-QL=0。同時(shí)，產(chǎn)生和諧波源諧波電流有相同幅值而相位相反的補(bǔ)償電流來(lái)達(dá)到消除諧波的目的。

SVG是新一代動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，它的基本原理是：利用可關(guān)斷大功率電力電子器件（IGBT）組成自換相橋式電路，經(jīng)過(guò)電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

SVG主電路圖和系統(tǒng)等效模型圖見(jiàn)圖2。SVG的主電路主要包括控制系統(tǒng)、IGBT功率變換器和電抗器部分。通過(guò)對(duì)功率變換器的控制，可以調(diào)節(jié)功率變換器的輸出電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)電抗器上的電流，使SVG吸收或發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?；同時(shí)使SVG產(chǎn)生指定的諧波來(lái)補(bǔ)償負(fù)荷中的電流諧波，實(shí)現(xiàn)諧波補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

圖2 SVG主電路圖和系統(tǒng)等效模型圖

3 無(wú)功補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)

3．1 補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)的補(bǔ)償設(shè)備兼具有吸收電壓閃變、系統(tǒng)諧波及無(wú)功補(bǔ)償?shù)茸饔谩Ｑa(bǔ)償設(shè)備投入后要保證功率因數(shù)滿足要求大于0．95；各項(xiàng)諧波指標(biāo)不超出規(guī)定要求；不與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振。補(bǔ)償設(shè)備充分考慮負(fù)荷變動(dòng)、又不允許無(wú)功倒送。

3．2 補(bǔ)償容量確定

通過(guò)一段時(shí)間的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，將兩段負(fù)荷均確定為600 kW，變電所正常功率因數(shù)下限計(jì)算值取0．7，補(bǔ)償功率因數(shù)上限取0．99，因此，本配電室需要補(bǔ)償無(wú)功功率：

現(xiàn)場(chǎng)需要補(bǔ)償諧波電流大約35 A，考慮到系統(tǒng)波動(dòng)，所以，最終裝置補(bǔ)償容量為550 kVar。根據(jù)上述計(jì)算和設(shè)計(jì)，其補(bǔ)償系統(tǒng)方案圖見(jiàn)圖3。

圖3 補(bǔ)償方案圖

4 技術(shù)特點(diǎn)

1）快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率。能快速跟蹤、動(dòng)態(tài)跟蹤電網(wǎng)電壓變化及負(fù)載變化，使系統(tǒng)功率因數(shù)達(dá)到恒定值，節(jié)能效果顯著。在系統(tǒng)電壓變化時(shí)，SVG不受電壓影響，能夠根據(jù)變化情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，同時(shí)可根據(jù)用戶需求自行設(shè)定。

2）有源濾除諧波。能補(bǔ)償電網(wǎng)變化的各次諧波，凈化電網(wǎng)，使補(bǔ)償后電壓畸變率＜2%、電流畸變率＜3%，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3）抑制電壓波動(dòng)與閃變。SVG響應(yīng)時(shí)間小于1 ms，能夠快速補(bǔ)償大功率負(fù)載啟?；蜇?fù)荷劇烈波動(dòng)時(shí)的沖擊性負(fù)荷，能有效抑制電壓波動(dòng)和閃變，電壓閃變抑制比達(dá)到5∶1。

4）補(bǔ)償三相不平衡。SVG能夠快速地補(bǔ)償由于負(fù)載不平衡所產(chǎn)生的負(fù)序電流，可將三相不平衡度校正到≤3%。

5）提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。SVG優(yōu)越的無(wú)功補(bǔ)償能力，可減小線路電壓降落，有效提高煤礦井下長(zhǎng)距離供電線路末端的電壓穩(wěn)定性。

6）成套裝置能在電源電壓±20%波動(dòng)范圍內(nèi)可靠運(yùn)行，且不影響補(bǔ)償效果。

7）具有和上位機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn)化接口，同時(shí)具備與變電站綜合自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)的功能，開(kāi)關(guān)柜的合閘、分閘及狀態(tài)監(jiān)控在后臺(tái)保護(hù)上實(shí)現(xiàn)。

8）采用液晶觸摸顯示器，具有友好人機(jī)界面，數(shù)據(jù)保存6個(gè)月以上。

9）當(dāng)各類保護(hù)動(dòng)作或監(jiān)視的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，能自動(dòng)記錄事件發(fā)生的類型、事件按順序記錄。動(dòng)作次數(shù)可永久保存，即使掉電也不丟失。

5 效益分析

1）有效提高功率因數(shù)，減少電費(fèi)開(kāi)支。

由于無(wú)功在電網(wǎng)線路的傳輸過(guò)程中，要造成一定的有功損耗，因此，就地補(bǔ)償無(wú)功功率可以達(dá)到節(jié)約用電量的目的。

按總無(wú)功補(bǔ)償容量1 100 kVar，年平均工作容量按80%計(jì)算，每月有效供電30天，每天有效工作18 h，終端負(fù)荷用電單位無(wú)功量節(jié)約有功功率取最小值0．09 kW，則系統(tǒng)年節(jié)約有功功率為：

無(wú)功補(bǔ)償裝置自身的損耗為其工作容量的0．5%～2%，無(wú)功補(bǔ)償裝置自身的損耗取最大值2%，則，無(wú)功補(bǔ)償裝置年損耗有功功率為：

電費(fèi)按0．573元／kW·h計(jì)算，則SVG設(shè)備年節(jié)約電費(fèi)為：

2）降低變壓器的損耗，增加變壓器的使用壽命和帶載能力，改善系統(tǒng)電能質(zhì)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

官地礦選煤廠投入使用SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置以后，能夠?qū)崿F(xiàn)快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償負(fù)荷無(wú)功，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，節(jié)電效果顯著。同時(shí)，在降低輸送線路損耗、抑制電壓波動(dòng)方面也取得了良好的效果，達(dá)到了節(jié)能降耗和改善電能質(zhì)量的目的，在煤礦電網(wǎng)中可以推廣應(yīng)用。

［1］ 陳 勛．中低壓配電靜止無(wú)功發(fā)生器的工作原理及其控制方法研究［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（08）：84．

［2］ 關(guān)云龍，趙國(guó)凱．SVG鏈?zhǔn)礁邏红o止無(wú)功發(fā)生器在煤礦的應(yīng)用［J］．煤礦機(jī)電，2012（05）：119．

［3］ 曹積欣，王冠軍，李建民．風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償動(dòng)態(tài)性能研究［J］．電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2012（03）：16．

［4］ 宋 磊，王興貴，鄭 偉，等．靜止無(wú)功發(fā)生器在風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)中的應(yīng)用研究［J］．電力電子技術(shù)，2012（04）：35．

Study and App lication of SVG Dynam ic Reactive Power Com pensation Equipment in Coal Preparation Plant

Ding Xiao-mei

Aiming at the present situation of grid power quality of coal preparation plant electrical power system，Puts forward the reform schemes that using SVG dynamic reactive power compensation equipment．It proved that SVG dynamic reactive power compensation equipment can improve the quality of power，filter out harmonic pollution，improve the safety and reliability of power supply system，reduce the loss，to achieve great economic benefits．

Reactive power；Power factor；Power saving；Application effect

TD612

B

1672-0652（2013）12-0046-03

2013-09-14

丁小梅（1974—），女，山西定襄人，1997年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)，工程師，主要從事電氣技術(shù)工作（E-mail）crh512＠qq．com