动态无功补偿装置在煤矿供电系统中的设计

刘 凯

（河南神火煤电有限公司新庄煤矿，河南 永城 476600）

随着煤矿现代化程度的提高，井下采掘、运输等工作向机械化、自动化的方向发展。煤矿供电系统存在着功率因数低、谐波含量大、冲击压降大和供电损耗大等问题。SVG本体部分、连接电抗器组成，具有动态快速跟随负荷变化的特性，能有效地提高电网的电能品质、功率因数和节约电能，同时具有极高的可靠性。

1 工程概况

新庄煤矿35 kV变电站目前有SZ11-16000/35/10有载调压变压器2台，运行方式为分段并列运行。10 kV两段母线侧，目前各有一套容量3 000 kVar TBB无功补偿设备。所带负荷有功功率今后将增至30 000 kVar。矿内主要用电负荷为：主副井提升机（2 500 kW、1 100 kW）、通风风机（2×630 kW）、水泵、绞车等。

2 SVG原理及技术优势

SVG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IGBT组成。

图1 SVG的技术实现原理图

图1为SVG的技术实现原理图，将系统看作一个电压源，SVG可以看作一个可控电压源，连接电抗器或者可以等效成一个线形阻抗元件。

3 SVG方案设计

3.1 无功补偿容量计算

（1）主变容量。

型号 SZ11-16000/35/10型三相两卷有载调压变压器；

数量2台；

容量16 MVA。

（2）无功补偿容量。

系统负荷总有功功率P=3万kW；

取自然功率因数为cos Φ1=0.83；

目标功率因数为cos Φ2=0.97。

所需补偿无功容量为：

因此，本变电所所需补偿无功功率容量取12 000 kVar。

3.2 无功设计

根据本矿供电系统对无功补偿容量的技术要求和工程经验，以及考虑投资性价比。决定分别在1#、2#两段10 kV母线各安装一套额定输出容量为3.0 MVar的链式SVG型动态无功补偿装置+3.0 MVarFC的电容器固定补偿装置。

动态无功补偿装置，以进线无功功率及母线电压作为控制目标，动态跟踪电网电能品质变化，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。本装置采用链式结构，满足无功功率、电压调节、功率因数等的技术要求，并达到以下技术指标：

（1）功率因数补偿。在补偿容量足够前提下，PCC点的功率因数值大于0.95（无滞后、无过补）。

（2）输出容量。本装置分别10 kV母线电压和进线电流，对10 kV的电压和功率因数进行实时监测，实时动态跟踪电网电能质量变化，调节逆变器的无功输出，根据本变电所实际负荷情况，可满足系统补偿容量为：容性0 MVar至容性6.0 MVar连续调节。

（3）响应时间。本装置采用的链式SVG响应速度快，采用瞬时无功补偿算法和高速可关断电力电子器件IGBT，在5 ms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3 ms左右即可完成阶跃响应（如图2所示的阶跃响应实测曲线），满足以上要求动态响应时间10 ms以内。

图2 响应时间实测曲线 （局部放大后3ms）

（4）谐波特性。成套装置输出谐波电流总畸变率（THD）小于3%，SVG具有有源滤波功能，达到输出电压谐波含量满足国标要求。

3.3 滤波器设计

（1）根据滤波器设计原则，谐波电流分析，经上机多个方案仿真计算比较择优，滤波器设计为5、7次两组滤波通道。总安装容量约9 000 kVar，基波补偿容量约6 000 kVar，从滤波效果仿真结果分析，采用表1所示滤波器配置后，母线谐波电流全部满足国标要求。

（2）滤波器安全性能校核公式如下：

表1 滤波器参数配置

其中，

Ic1为流过电容器的基波电流；

Icn为电容器的额定电流（A）。

UcN为电容器的额定电压；

Uc1为滤波电容器承受的基波电压。

Ucn为流过电容器的谐波电流在电容器两端产生的谐波电压；

n为谐波次数。

ΣUcn=（C为每相电容器的电容值），

Icn为流过电容器的所有谐波电流的均方根值。

校核结果，所有滤波支路能安全运行。

4 结束语

SVG是新一代静止型动态无功补偿装置，通过对SVG成套装置进行动态无功补偿和谐波治理情况看出，SVG可以提高煤矿电网功率因数，治理谐波，抑制电压波动，达到节能降耗和改善电能品质的效果，是一种经济实用改善供电品质的方法。

[1]徐你俊，杨洪涛.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）：44-46.

[2]李世林.无功补偿装置标准应用手册[K].北京：中国标准出版社，2009.

[3]袁 亮.煤矿总工程师手册[K].北京：煤炭工业出版社，2010.