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引言

在煤礦井下供配電系統(tǒng)中廣泛存在大量的感性負(fù)荷,，如三相異步電動機(jī)和變壓器，這些感性負(fù)荷在配電系統(tǒng)中會消耗大量的無功功率,，降低系統(tǒng)的功率因素,，造成線路電壓損失加大和電能損耗增加。此外,，對于一些沖擊性無功負(fù)荷,，還會產(chǎn)生劇烈的電壓波動，使電網(wǎng)的供電質(zhì)量惡化,，造成電機(jī)啟動困難或頻繁燒毀,，特別是在大功率電動機(jī)使用上表現(xiàn)尤為明顯。另外,，因無功電流的增大會引起供電線路,、用電設(shè)備絕緣下降，老化,，易造成漏電,、短路等故障。隨著現(xiàn)代化礦井快速發(fā)展,，機(jī)械化程度不斷提升,，大功率電機(jī)大量使用，普通應(yīng)用電子原件產(chǎn)品,，各種感性負(fù)荷及用電設(shè)備與地面電網(wǎng)供電電源之間必然循環(huán)著大量無功功率,，同時(shí)產(chǎn)生各類諧波,，造成供電質(zhì)量惡化和電能嚴(yán)重浪費(fèi)，直接影響電網(wǎng)及用電設(shè)備正常,。

采用無功補(bǔ)償后具有如下意義：
（1）降低無功損耗,，減少電能浪費(fèi)
采用補(bǔ)償后,，系統(tǒng)功率因數(shù)提高,，使變壓器及供電線路中電流下降，降低了無功損耗,，達(dá)到節(jié)能降耗的目的,。

（2）提高功率因數(shù)
用容性無功電流就近實(shí)時(shí)抵消負(fù)荷產(chǎn)生的感性無功電流，達(dá)到提高井下供電系統(tǒng)功率因數(shù)的目的,。
（3）治理諧波,，凈化井下電網(wǎng)
各補(bǔ)償支路具備限制涌流，治理諧波的功能,，達(dá)到裝置內(nèi)電氣元件安全運(yùn)行和凈化井下電網(wǎng)的目的,。
（4）提高了供電系統(tǒng)的利用率
井下用電設(shè)備與地面電源之間存在大量往復(fù)循環(huán)的無功功率，這些無功功率必然占用供電系統(tǒng)許多容量,，造成供電線路帶負(fù)荷能力下降,，井下變壓器容量利用率下降，各級控制開關(guān)帶載能力下降,，加裝無功補(bǔ)償后,，使井下變壓器視在功率接近于有功功率，有效提高了視在功率利用率,，供電線路及各級控制開關(guān)因減少了無功電流,，大大提高了承載能力。
（5）穩(wěn)定電網(wǎng)電壓
井下感性負(fù)荷大量產(chǎn)生無功功率,，必然導(dǎo)致供電系統(tǒng)電網(wǎng)電壓波動,。無功功率大，電網(wǎng)電壓波動幅度大,，無功量變化頻率快,，電網(wǎng)電壓波動頻率隨之加快。安裝使用無功補(bǔ)償后,，將大部分無功功率就近補(bǔ)償,，勢必導(dǎo)致供電網(wǎng)無功功率顯著減少，減小了電網(wǎng)電壓及井下變壓器二次電壓波動范圍,。
（6）減少電氣事故率,，延長設(shè)備使用壽命。
變壓器,、供電線路,、各級控制保護(hù)開關(guān)及供電系統(tǒng)所有主回路連接點(diǎn)的溫升與流過該系統(tǒng)的視在電流成正比,，視在電流大，必然導(dǎo)致溫度升高快,，溫度超越絕緣強(qiáng)度后,，勢必引起老化、接地,、放電,、弧光短路等各類事故，甚至引起漏電傷人,，導(dǎo)致設(shè)備壽命縮短,，維修工作量加大，增加維修資金支出,，縮短設(shè)備更新周期,，增加設(shè)備投資費(fèi)用。經(jīng)無功補(bǔ)償后,，系統(tǒng)視在電流下降30％左右,，所有電氣設(shè)備承受實(shí)際電流減小，減少了因電流大造成各類電氣事故的幾率,，事故率下降必然提高設(shè)備的開機(jī)率,，減少事故處理時(shí)間必然增加正常生產(chǎn)時(shí)間?？傊?，安裝補(bǔ)償達(dá)到了減少費(fèi)用，節(jié)約投資,，減少事故,，增產(chǎn)增效的目的。
2靜止無功發(fā)生器技術(shù)

無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從同步調(diào)相機(jī)→開關(guān)投切固定電容→動態(tài)投切電容器（SVC）→無功發(fā)生器（SVG）的過程,。靜止無功補(bǔ)償器（SVG,，又稱STATCOM)采用了全控型開關(guān)器件（如IGBT），所以其動態(tài)補(bǔ)償效果是早期的同步調(diào)相機(jī),、電容器等無功補(bǔ)償裝置不能比擬的,。靜止無功發(fā)生器以其較低的諧波，較高的效率,，較快速的動態(tài)響應(yīng),，將成為輸電系統(tǒng)中的重要設(shè)備。

傳統(tǒng)補(bǔ)償諧波和無功的一種方法是裝設(shè)無源濾波器,，通常由電力電容器,、電抗器和電阻器串并聯(lián)組合而成，該方法既可補(bǔ)償諧波，又可補(bǔ)償無功功率,。目前我國常用的無功調(diào)節(jié)設(shè)備仍為機(jī)械式并聯(lián)電抗器,、投切電容器，這些靜止型調(diào)壓手段,，因調(diào)節(jié)不連續(xù),、響應(yīng)速度慢，很難滿足系統(tǒng)運(yùn)行方式快速變化時(shí)的需求,。另一種補(bǔ)償裝置SVC,，響應(yīng)速度相比電容器速度快，但對電網(wǎng)來說仍呈阻抗特性,，在電壓低時(shí),，無法提供系統(tǒng)所需的無功支持，應(yīng)付電網(wǎng)異常的能力較弱,；由于SVC會對系統(tǒng)中的某些特征諧波放大，有時(shí)必須裝設(shè)濾波器,，占地面積較大,；過多的SVC裝置容易引發(fā)系統(tǒng)振蕩。高壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVG則是較為有效的調(diào)壓手段,，它的無功電流輸出可在很大電壓變化范圍內(nèi)恒定,，在電壓低時(shí)仍能提供較強(qiáng)的無功支撐，并且可從感性到容性全范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié),。
3新風(fēng)光公司高壓動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)(FGSVG)

FGSVG系列產(chǎn)品采用現(xiàn)代電力電子,、自動化、微電子及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù),，采用先進(jìn)的瞬時(shí)無功功率理論和給予同步坐標(biāo)變換的功率解耦算法,，以設(shè)定的無功性質(zhì)及大小、功率因數(shù),、電網(wǎng)電壓為控制目標(biāo)運(yùn)行,，動態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調(diào)節(jié)無功輸出，并能實(shí)現(xiàn)曲線設(shè)定運(yùn)行,，提升電網(wǎng)質(zhì)量,。
3.1  FGSVG系列產(chǎn)品特點(diǎn)：

FGSVG系列產(chǎn)品為滿足用戶對提高輸配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)、治理諧波,、補(bǔ)償負(fù)序電流的迫切需要,，做出相應(yīng)設(shè)計(jì)，具有以下特點(diǎn)：
（1）模塊化設(shè)計(jì),，安裝,、調(diào)試、設(shè)定方便,。
（2）動態(tài)響應(yīng)速度快,，響應(yīng)時(shí)間≤5ms,。
（3）在補(bǔ)償容量足夠的前提下，輸出電流諧波(THD)≤3%,。
（4）多種運(yùn)行模式極大的滿足用戶需求,，運(yùn)行模式有：恒裝置無功功率模式、恒考核點(diǎn)無功功率模式,、恒考核點(diǎn)功率因數(shù)模式,、恒考核點(diǎn)電壓模式、恒考核點(diǎn)無功功率模式2,目標(biāo)值可實(shí)時(shí)更改,。
（5）實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化,，動態(tài)連續(xù)平滑補(bǔ)償無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù),，實(shí)時(shí)治理諧波,，補(bǔ)償負(fù)序電流，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量,。
（6）抑制電壓閃變,，改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓,。
（7）FGSVG電路參數(shù)精心設(shè)計(jì),，發(fā)熱量小，效率高,，運(yùn)行成本低,。
（8）設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小,。
（9）主電路采用IGBT組成的H橋功率單元串聯(lián)結(jié)構(gòu),，每組由多個相同的功率單元組成，整機(jī)輸出由PWM波形疊加而成的階梯波,，逼近正弦,，經(jīng)輸出電抗器濾波后正弦度好。
（10）FGSVG采用冗余性設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì),，滿足系統(tǒng)高可靠性的要求,。
（11）功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡單,，互換性好,。
（12）保護(hù)功能齊全，具有過壓,、欠壓,、過流、光纖通訊故障、單元過熱,、不均壓等保護(hù),，并能實(shí)現(xiàn)故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點(diǎn),，易維護(hù),，運(yùn)行可靠性高。
（13）人機(jī)界面友好顯示,，對外通訊提供了RS485,、以太網(wǎng)等接口，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊協(xié)議,。除具有實(shí)時(shí)數(shù)字量及模擬量的顯示,、運(yùn)行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢,、單元狀態(tài)監(jiān)控,、系統(tǒng)信息查詢、歷史故障查詢等功能外,，還具有送電后系統(tǒng)自檢,、一鍵開停機(jī)、分時(shí)控制,、示波器（AD通道強(qiáng)制錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能,。
（14）FGSVG設(shè)計(jì)包含與FC配合使用的接口,，實(shí)現(xiàn)定補(bǔ)和動補(bǔ)的有效結(jié)合，為用戶提供更經(jīng)濟(jì),、更靈活的方案,。
（15）投切時(shí)無暫態(tài)沖擊，無合閘涌流,，無電弧重燃,，無需放電即可再投。
（16）與系統(tǒng)連接時(shí),，不需要考慮交流系統(tǒng)相序,，連接方便。
（17）可并聯(lián)安裝,，極易擴(kuò)展容量,。并機(jī)運(yùn)行使用光纖通訊，通訊速度快,，能夠完好的滿足實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)囊蟆?br/>3.2  FGSVG原理

在交流電路中,，電壓和電流的相位有三種情況，當(dāng)負(fù)載是純電阻特性時(shí)，電壓和電流相位相同,；當(dāng)負(fù)載是（或含有）電感特性時(shí),，電壓相位超前電流相位；當(dāng)負(fù)載是（或含有）容性特性時(shí),，電壓相位滯后電流相位,。

基本原理就是將自換相橋式電路通過變壓器或者電抗器并聯(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)出滿足要求的無功電流,，實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康模绫?所示,。

表1  SVG運(yùn)行模式原理示意圖

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

FGSVG系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示:

 圖 2  系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖

4煤礦應(yīng)用案例

某煤礦礦井供電系統(tǒng)采用10kV雙回路供電,，主供線路來自新玉35kV變電站10kV出線，備用線路來自自備電廠35kV直供站10kV直新線,。井下中央變電所安裝KBSG-630/10變壓器兩臺,，供電電壓660V，其供電系統(tǒng)如圖3所示,。

為了對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償,，該煤礦采用新風(fēng)光公司生產(chǎn)的2套FGSVG-C3.0/10，其中一套掛在1號電容柜,，取玉基線和直新線的CT電流信號并在10kV一段母線進(jìn)行無功補(bǔ)償,；另外一套掛在2號電容柜，取玉礦線電流信號并于10kV母線2段進(jìn)行無功補(bǔ)償,。
該SVG工程成功投運(yùn)之后效果明顯,，采集裝機(jī)前后的數(shù)據(jù)記錄如圖4所示。

圖4

圖4為記錄的玉礦線SVG投運(yùn)前功率因數(shù),，有圖4可以看出未投運(yùn)SVG,，功率因數(shù)為0.83左右，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性不利,。

圖5

圖5左半部分為SVG投運(yùn)后玉礦線功率因數(shù)曲線,，可以看出投運(yùn)無功補(bǔ)償后功率因數(shù)達(dá)到1，右半部分是SVG未投運(yùn)功率因數(shù)曲線,，可以看出退出SVG無功補(bǔ)償裝置后,，功率因數(shù)僅為0.84，由此可以看出SVG對改善功率因數(shù)有很好的效果,。

圖6

圖6是記錄10kV2段玉礦線進(jìn)線柜的無功值,，有圖6可以看出進(jìn)線上無功值可以達(dá)到450kvar，且波動較大,，此時(shí)無功值較大會增加線路的損耗,，降低線路的供電能力,。

圖7

圖7左半部分為SVG未投運(yùn)時(shí)系統(tǒng)無功值，最大可以到0.45Mvar,，且波動較大,，右半部分為SVG投運(yùn)后系統(tǒng)無功值，可以看出無功補(bǔ)償投運(yùn)后系統(tǒng)的無功值近乎為0,，且波動較小,，由此可以看出SVG對補(bǔ)償系統(tǒng)無功，提高線路供電能力有顯著地效果,。

圖8

圖8是記錄的10kv1段直新線上的SVG投運(yùn)前后系統(tǒng)的功率因數(shù)曲線,，左半部分是投運(yùn)前，可以看出功率因數(shù)較低,，波動較大,；右半部分為SVG投運(yùn)后的功率因數(shù)，可以看出功率因數(shù)為1,，可見SVG對改善功率因數(shù)效果顯著,。

圖9

圖9是記錄的10kV1段直新線SVG投運(yùn)前后系統(tǒng)的無功值，左半部分為SVG未投運(yùn)時(shí)系統(tǒng)的無功值,，可以看出系統(tǒng)無功值波動較大,，且最大值到了1.25Mvar；右半部分是SVG投運(yùn)后系統(tǒng)的無功值,，可以看出無功值近乎為0,，較小，且波動較小,，由此可以看出SVG對補(bǔ)償系統(tǒng)無功效果顯著,。
以上圖片及說明為記錄10kV1段（直新線）（玉基線維修，未投運(yùn),，未測量）、10kV2段SVG投運(yùn)前后系統(tǒng)上的無功值與功率因數(shù),，有以上可以看出SVG并在1段,、2段電網(wǎng)，對改善系統(tǒng)功率因數(shù),、補(bǔ)償系統(tǒng)無功,、提高線路供電質(zhì)量有顯著的效果，值得推廣,。
5結(jié)論

新風(fēng)光公司高壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVG）作為高壓動態(tài)無功補(bǔ)償領(lǐng)域的較新技術(shù)與其他無功補(bǔ)償裝置相比具有調(diào)節(jié)速度快,、運(yùn)行范圍寬、吸收無功連續(xù),、諧波電流小,、損耗低,、所用電容器和電抗器容量和體積大為降低等優(yōu)點(diǎn)。
該裝置對煤礦功率因數(shù)的改善起到了明顯的作用,。能夠長時(shí)間穩(wěn)定無自身故障的運(yùn)行也體現(xiàn)了該SVG對煤礦電網(wǎng)的強(qiáng)適應(yīng)力,。同時(shí)可以看到SVG裝置對于改善煤礦電網(wǎng)特性，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性發(fā)揮了積極的作用,，值得在電力系統(tǒng)大力推廣,。