SVG動態無功補償裝置在選煤廠的應用研究

丁小梅

（西山煤電集團官地礦選煤廠，山西 太原 030022）

·技術經驗·

SVG動態無功補償裝置在選煤廠的應用研究

丁小梅

（西山煤電集團官地礦選煤廠，山西 太原 030022）

針對選煤廠電力系統中電網電能質量的現狀，提出利用SVG動態無功補償裝置的電網改造方案，實踐證明，SVG動態無功補償裝置能改善電能質量，濾除諧波污染，提高供電系統的安全可靠性，降低損耗，節約能源，取得了良好的經濟效益。

無功功率；功率因數；節電；應用效果

1 概 述

由于電力電子器件的非線性及波形正弦的特點，由電力電子器件組成的電氣自動化裝置電源側的電流不僅含有基波，而且包含豐富的諧波，電控系統在整個運行期間功率因數偏低，同時啟動無功沖擊大，引起電網電壓發生波動。

選煤廠的主要負荷是感性電動機。近年來，隨著生產規模的不斷擴大，大功率非線性負荷增多，對電網的沖擊加大，諧波污染加重，系統無功需求較大，導致電網線損增加，使得系統電壓合格率不高，存在系統末端供電電壓低，諧波含量較大，電壓波動較大等電能質量低下的問題，造成電動機無法正常啟動、運行過程中電動機停止運行或電壓波動閃變引起設備不能正常運轉。

同時，隨著變頻器、逆變電流等裝置的廣泛應用，系統中諧波電流的增加使電網電能質量下降，給供電系統和用電設備帶來的不良影響日益顯著。

為消除供電安全隱患，提高供電質量，減少電力網中的功率損耗，降低生產成本，合理利用能源，提高經濟效益，官地礦選煤廠在動篩低壓配電室安裝了SVG動態無功補償裝置與諧波治理裝置，以滿足運行要求，實現最佳選煤效益。

2 SVG動態無功補償裝置的補償原理

一般電力系統中的負載吸收有功功率PL和無功功率QL，電源提供有功功率PS和無功功率QS，忽略變壓和線路損耗，則有PS=PL，QS=QL。沒有足夠無功補償的電網存在從遠端傳送無功、負荷的無功沖擊影響，本地電網、負荷不平衡、諧波也會影響電網的質量。選煤廠的負荷大部分是感性負荷（如電動機），加上系統中感抗很大的變壓器，系統中用電設備負荷為感性無功QL，為減少電網從遠端傳送無功帶來的電能損失，可以在電網中并聯可變無功電流源SVG，見圖1。

圖1 改造前后兩種連接方式

通過調節SVG產生的容性無功功率QSVG，使QSVG=QL，這樣在負荷波動過程中，SVG產生的無功電流可以快速地隨負荷無功電流的變化而變化，自動補償電網系統所需無功功率，對電網無功功率實現動態無級補償，保證系統無功功率：QS=QSVG-QL=0。同時，產生和諧波源諧波電流有相同幅值而相位相反的補償電流來達到消除諧波的目的。

SVG是新一代動態無功補償裝置，它的基本原理是：利用可關斷大功率電力電子器件（IGBT）組成自換相橋式電路，經過電抗器并聯在電網上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。

SVG主電路圖和系統等效模型圖見圖2。SVG的主電路主要包括控制系統、IGBT功率變換器和電抗器部分。通過對功率變換器的控制，可以調節功率變換器的輸出電壓，進而調節電抗器上的電流，使SVG吸收或發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的；同時使SVG產生指定的諧波來補償負荷中的電流諧波，實現諧波補償的目的。

圖2 SVG主電路圖和系統等效模型圖

3 無功補償方案設計

3．1 補償方案設計原則

設計的補償設備兼具有吸收電壓閃變、系統諧波及無功補償等作用。補償設備投入后要保證功率因數滿足要求大于0．95；各項諧波指標不超出規定要求；不與系統發生并聯諧振。補償設備充分考慮負荷變動、又不允許無功倒送。

3．2 補償容量確定

通過一段時間的負荷統計，將兩段負荷均確定為600 kW，變電所正常功率因數下限計算值取0．7，補償功率因數上限取0．99，因此，本配電室需要補償無功功率：

現場需要補償諧波電流大約35 A，考慮到系統波動，所以，最終裝置補償容量為550 kVar。根據上述計算和設計，其補償系統方案圖見圖3。

圖3 補償方案圖

4 技術特點

1）快速動態補償無功功率。能快速跟蹤、動態跟蹤電網電壓變化及負載變化，使系統功率因數達到恒定值，節能效果顯著。在系統電壓變化時，SVG不受電壓影響，能夠根據變化情況動態調節無功輸出，同時可根據用戶需求自行設定。

2）有源濾除諧波。能補償電網變化的各次諧波，凈化電網，使補償后電壓畸變率＜2%、電流畸變率＜3%，達到國家標準。

3）抑制電壓波動與閃變。SVG響應時間小于1 ms，能夠快速補償大功率負載啟停或負荷劇烈波動時的沖擊性負荷，能有效抑制電壓波動和閃變，電壓閃變抑制比達到5∶1。

4）補償三相不平衡。SVG能夠快速地補償由于負載不平衡所產生的負序電流，可將三相不平衡度校正到≤3%。

5）提高系統電壓穩定性。SVG優越的無功補償能力，可減小線路電壓降落，有效提高煤礦井下長距離供電線路末端的電壓穩定性。

6）成套裝置能在電源電壓±20%波動范圍內可靠運行，且不影響補償效果。

7）具有和上位機通訊的標準化接口，同時具備與變電站綜合自動化聯網的功能，開關柜的合閘、分閘及狀態監控在后臺保護上實現。

8）采用液晶觸摸顯示器，具有友好人機界面，數據保存6個月以上。

9）當各類保護動作或監視的狀態發生變化時，能自動記錄事件發生的類型、事件按順序記錄。動作次數可永久保存，即使掉電也不丟失。

5 效益分析

1）有效提高功率因數，減少電費開支。

由于無功在電網線路的傳輸過程中，要造成一定的有功損耗，因此，就地補償無功功率可以達到節約用電量的目的。

按總無功補償容量1 100 kVar，年平均工作容量按80%計算，每月有效供電30天，每天有效工作18 h，終端負荷用電單位無功量節約有功功率取最小值0．09 kW，則系統年節約有功功率為：

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

電費按0．573元／kW·h計算，則SVG設備年節約電費為：

2）降低變壓器的損耗，增加變壓器的使用壽命和帶載能力，改善系統電能質量。

6 結束語

官地礦選煤廠投入使用SVG動態無功補償裝置以后，能夠實現快速動態補償負荷無功，提高系統功率因數，節電效果顯著。同時，在降低輸送線路損耗、抑制電壓波動方面也取得了良好的效果，達到了節能降耗和改善電能質量的目的，在煤礦電網中可以推廣應用。

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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年畢業于武漢理工大學，工程師，主要從事電氣技術工作（E-mail）crh512＠qq．com