煤礦供配電系統中無功補償技術的應用

白玉靜

（山西潞安配售電有限公司 山西省長治市 046204）

煤礦企業要加快發展，就要積極引進新的供配電系統。中國的科學技術快速升級，供配電系統不斷更新換代，在技術方面有了更高的要求。供配電系統中應用于無功補償技術，將兩者充分結合，系統的功率因數有所提高，當供配電系統處于運行狀態的時候，無功補償起到了自動控制作用，可以降低供電變壓器的損耗，輸送線路損壞率降低，而且還提高運行效率，供配電系統運行環境也因此得到改善，保證系統的安全穩定運行，因此需要倍加重視。

1 無功補償技術的基本介紹

供配電系統的運行環境要保持穩定，無功補償是重要的前提條件。在電力傳輸的時候，就有電能消耗的問題，使得供配電系統無法保持穩定的運行狀態，對供配電系統也會造成一定的影響。要保證功率有較高的穩定性，就要做好無功補償工作，就要有效地發揮其電能向所需要的能量轉化的功能[1]。與無功功率相對應的是有功功率，其將電能轉化為化學能，將電能轉化為聲能，將電能轉化為熱能，當能量轉化完成后，使其做功。無功功率在能量轉化的過程中不需要消耗電力，而是對能量的形式予以轉化，轉化能量的周期以及電能的周期。供配電系統運行的過程中，其運行水平與無功功率具有直接相關性，無功功率平衡的情況下，供配電系統的電壓水平才能保持理想狀態。從當前供配電系統的無功補償情況來看，存在一些無功功率變化比較頻繁的設備，需要無功功率補償，保證設備的穩定可靠運行。

2 供配電系統無功補償技術的應用

2.1 晶閘管控制電抗裝置的應用

將兩個晶閘管并聯，然后與電抗器串聯，連接為一個三角形。所形成的這種電路連接到電網中，就可以起到交流調壓器的作用，承擔電路接電感性負載。這種連接方法在實際中應用，在設計降壓變壓器的時候，使用漏抗的電抗變壓器，結合使用可控硅控制的電抗變壓器，就不需要變壓器單獨接入了，將斷路器電抗變壓器的次繞組與高壓線路之間直接連接，一次繞組連接到較小的電抗器上，再連接到可控硅閥，對電抗變壓器的第三繞組使用合適的回路，就可以起到無功補償的作用。比如，安裝濾波器，就可以使得無功補償過程中所產生的諧波量減少。

如果單獨運行T 細胞受體，對無功功率起到吸收的作用，而無功功率無法發出來，這是需要解決的問題。面對這樣的問題，就需要將并聯電容器配合使用T 細胞受體，就會形成無功補償裝置，根據投切電容器的不同元件，可以將其劃分為T 細胞受體靜止無功補償和固定電容器靜止無功補償[2]。T 細胞受體配合使用斷路器投切電容器的靜止無功補償裝置運行過程中，發揮了T 細胞受體的作用，補償器的反應速度加快，使用更加靈活。在當前的輸電系統中以及企業單位對這種補償方式使用，而且固定電容器補償裝置在無功補償中發揮重要的作用，其是從感性范式延伸到容性范式，這就需要電抗器的容量足夠，能夠更好地發揮無功補償的作用。如果補償器在運行的過程中吸收的無功電流非常小，那么電抗器和電容器也都會吸收一定的無功電流，而且相互之間可以抵消。TSC+MSC 型補償器的運行中，通過采用分組投切電容器，就可以將這種缺點化解，防止斷路器的投入過于頻繁以及不斷地切除，保證斷路器的穩定運行。

圖1：無功補償裝置

圖2：無功補償流程圖

2.2 晶閘管投切電容器的應用

對于電容器組頻繁投切的問題要有效解決，就需要運行TSC裝置，采用并聯的方法，然后將電容器接入到電網當中，或者從電網中斷開，與小電抗器之間串聯，就可以對電容器投入起到一定的抑制作用。當電網處于運行狀態的時候，就會有沖擊電流TSC 產生，其主要是用于三相電網中，構成三角形的連接方式，當然也可以根據需要形成星形連接方式，對稱網絡通常使用星形連接方式[3]。如果是負荷比較小的對稱網絡，通常會采用三角形的連接方式。無論是采用哪一種連接方式，都是用電容器分組投切，主要的作用是對無功電流進行無級調節，當然，電容器級數決定無功電流的調節效果，級數越多，效果就會越好。但是，由于系統非常復雜，而且還需要經濟投入，使用K-1 個電容值為C 的電容即可，如果電容值為C/2 的電容，就可以構成2K 級的電容組數，其投切時間比較短，可以保證電壓穩定。也就是說，電容器兩端電壓與電源電壓之間是相等的，此時投切相應的電容器，電路所產生的沖擊電流通常為零。補償裝置所發揮的作用是確保投切電容器更好地發揮作用，通常對電容器進行充電，然后投入電容器[3]。

3 無功補償容量的優化

3.1 設定目標函數

煤礦供電系統有其自身的特點，在使用遺傳算法的時候就要選擇最優方法，將目標函數設定出來，以滿足供配電系統的需求，提高系統的運行效率。在計算電力潮流的回收，要供配電系統所具備的特點，計算的時候應用回推迭代法[4]。在設定目標函數的回收，所選擇的函數形式是有功網損越小、節點的電壓就越容易受到局限的罰函數，這樣就會導致計算結果產生很大的誤差，所以需要盡快退出尋優。在煤礦配電系統當中使用的電源不會有多個來源，因此，發電機接入的問題可以忽略。

3.2 遺傳算法改進

遺傳算法是效果良好的尋優算法，供配電系統的無功優化計算采用這種方法是比較合適的。遺傳算法是從生物界的生存規律獲得的靈感，采用隨機的方法選擇個體，實施交叉操作和變異操作，根據需要可以隨時退出，最終獲得一個最優的個體。但是，當運用遺傳算法的時候，無論是在速度上，還是在精度上都存在局限。所以，一些專家改進了遺傳算法，通過結合使用智能算法，使其尋優效率有所提高。遺傳算法經過改進之后得以簡化，符合煤礦配電系統的尋優要求。采用這種算法的過程中，將災變算子引入其中，有效地控制災變范圍，避免在尋優的時候陷入局部，計算的速度也會有所提高[5]。

4 無功補償裝置的設計

如圖1所示，從無功補償裝置的構成來看，主要包括信號檢測模塊和信號處理模塊、晶閘管驅動模塊和DSP 控制模塊等等。在裝置運行的過程中，采用相應的調節方式就可以對供配電系統的負載電壓進行檢測，也可以將電流參數作為參數對輸入信號進行檢測，如果需要無功補償，就按照控制晶閘管的應用需求對于供配電系統提供無功功率。

4.1 無功補償裝置的系統硬件設計

煤礦供配電系統對于可靠性有較高的要求，還要具備實時性，使用核心控制器可以有效地檢測系統的電壓和電流，實施DSP運算。此時不能直接使用互感器所獲得的電信號，而是要經過I/O 轉換端口進行A/D 轉換，此時，信號調理電路所發揮的功能是放大采樣信號、提升電平，將信號鉗位輸入并實施濾波處理。與普通的變壓器相比較，脈沖變壓器有其特殊性，其使用中需要結合可控硅，在控制觸發單元和控制極之間連接使用，其所發揮的作用是觸發脈沖，還可以發揮電氣隔離的作用。在DSP 的PWM1-PWM6 引腳位置接上輸入端，可控硅的門極和陰極接上輸出端，在觸發脈沖的放大電路中所安裝的控制器有兩個芯片，使所有的晶閘管都能夠得到有效控制。

4.2 無功補償裝置的系統軟件設計

無功補償裝置運行的過程中，對母線的三相電壓和、三相電流進行采集，之后向控制器上所安裝的模數轉換芯片傳輸參數信號，經過模數轉換之后向控制器傳輸，經過分析計算，就可以使得電路交流側的電壓發生改變，相位和幅值都得到調整，此時就會有無功補償產生，可以滿足系統的要求[6]。無功補償流程圖如圖2所示。

5 仿真實驗

使用仿真軟件實驗，將無功補償系統的仿真模型建立起來，使用示波器對系統運行中的電壓變化情況和電流變化情況通過波形做出判斷。

如果沒有投入無功補償裝置，系統的電壓和電流產生的相位差非常明顯，此時功率因數非常低。投入無功補償之后，調整了相位角，這個時候電流和電壓相位差接近零，功率因數提高，系統無功補償效果很好[7]。

6 結束語

通過上面的研究可以明確，供配電系統的運行質量關乎到煤礦企業的發展，因此在企業的日常管理中需要高度重視。供配電系統要處于安全穩定的運行狀態，就要做好技術維護工作，保證系統運行順暢，滿足需求，并對于管理模式不斷創新。在對供配電系統實施無功補償的時候，將自動控制技術充分利用起來，與配電系統技術相結合，兩者優勢互補，系統的運行予以維護，提高供配電質量，推動煤礦企業更好更快地發展。