SVG动态无功补偿装置在选煤厂的应用研究

丁小梅

（西山煤电集团官地矿选煤厂，山西 太原 030022）

·技术经验·

SVG动态无功补偿装置在选煤厂的应用研究

丁小梅

（西山煤电集团官地矿选煤厂，山西 太原 030022）

针对选煤厂电力系统中电网电能质量的现状，提出利用SVG动态无功补偿装置的电网改造方案，实践证明，SVG动态无功补偿装置能改善电能质量，滤除谐波污染，提高供电系统的安全可靠性，降低损耗，节约能源，取得了良好的经济效益。

无功功率；功率因数；节电；应用效果

1 概 述

由于电力电子器件的非线性及波形正弦的特点，由电力电子器件组成的电气自动化装置电源侧的电流不仅含有基波，而且包含丰富的谐波，电控系统在整个运行期间功率因数偏低，同时启动无功冲击大，引起电网电压发生波动。

选煤厂的主要负荷是感性电动机。近年来，随着生产规模的不断扩大，大功率非线性负荷增多，对电网的冲击加大，谐波污染加重，系统无功需求较大，导致电网线损增加，使得系统电压合格率不高，存在系统末端供电电压低，谐波含量较大，电压波动较大等电能质量低下的问题，造成电动机无法正常启动、运行过程中电动机停止运行或电压波动闪变引起设备不能正常运转。

同时，随着变频器、逆变电流等装置的广泛应用，系统中谐波电流的增加使电网电能质量下降，给供电系统和用电设备带来的不良影响日益显著。

为消除供电安全隐患，提高供电质量，减少电力网中的功率损耗，降低生产成本，合理利用能源，提高经济效益，官地矿选煤厂在动筛低压配电室安装了SVG动态无功补偿装置与谐波治理装置，以满足运行要求，实现最佳选煤效益。

2 SVG动态无功补偿装置的补偿原理

一般电力系统中的负载吸收有功功率PL和无功功率QL，电源提供有功功率PS和无功功率QS，忽略变压和线路损耗，则有PS=PL，QS=QL。没有足够无功补偿的电网存在从远端传送无功、负荷的无功冲击影响，本地电网、负荷不平衡、谐波也会影响电网的质量。选煤厂的负荷大部分是感性负荷（如电动机），加上系统中感抗很大的变压器，系统中用电设备负荷为感性无功QL，为减少电网从远端传送无功带来的电能损失，可以在电网中并联可变无功电流源SVG，见图1。

图1 改造前后两种连接方式

通过调节SVG产生的容性无功功率QSVG，使QSVG=QL，这样在负荷波动过程中，SVG产生的无功电流可以快速地随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无级补偿，保证系统无功功率：QS=QSVG-QL=0。同时，产生和谐波源谐波电流有相同幅值而相位相反的补偿电流来达到消除谐波的目的。

SVG是新一代动态无功补偿装置，它的基本原理是：利用可关断大功率电力电子器件（IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

SVG主电路图和系统等效模型图见图2。SVG的主电路主要包括控制系统、IGBT功率变换器和电抗器部分。通过对功率变换器的控制，可以调节功率变换器的输出电压，进而调节电抗器上的电流，使SVG吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的；同时使SVG产生指定的谐波来补偿负荷中的电流谐波，实现谐波补偿的目的。

图2 SVG主电路图和系统等效模型图

3 无功补偿方案设计

3．1 补偿方案设计原则

设计的补偿设备兼具有吸收电压闪变、系统谐波及无功补偿等作用。补偿设备投入后要保证功率因数满足要求大于0．95；各项谐波指标不超出规定要求；不与系统发生并联谐振。补偿设备充分考虑负荷变动、又不允许无功倒送。

3．2 补偿容量确定

通过一段时间的负荷统计，将两段负荷均确定为600 kW，变电所正常功率因数下限计算值取0．7，补偿功率因数上限取0．99，因此，本配电室需要补偿无功功率：

现场需要补偿谐波电流大约35 A，考虑到系统波动，所以，最终装置补偿容量为550 kVar。根据上述计算和设计，其补偿系统方案图见图3。

图3 补偿方案图

4 技术特点

1）快速动态补偿无功功率。能快速跟踪、动态跟踪电网电压变化及负载变化，使系统功率因数达到恒定值，节能效果显著。在系统电压变化时，SVG不受电压影响，能够根据变化情况动态调节无功输出，同时可根据用户需求自行设定。

2）有源滤除谐波。能补偿电网变化的各次谐波，净化电网，使补偿后电压畸变率＜2%、电流畸变率＜3%，达到国家标准。

3）抑制电压波动与闪变。SVG响应时间小于1 ms，能够快速补偿大功率负载启停或负荷剧烈波动时的冲击性负荷，能有效抑制电压波动和闪变，电压闪变抑制比达到5∶1。

4）补偿三相不平衡。SVG能够快速地补偿由于负载不平衡所产生的负序电流，可将三相不平衡度校正到≤3%。

5）提高系统电压稳定性。SVG优越的无功补偿能力，可减小线路电压降落，有效提高煤矿井下长距离供电线路末端的电压稳定性。

6）成套装置能在电源电压±20%波动范围内可靠运行，且不影响补偿效果。

7）具有和上位机通讯的标准化接口，同时具备与变电站综合自动化联网的功能，开关柜的合闸、分闸及状态监控在后台保护上实现。

8）采用液晶触摸显示器，具有友好人机界面，数据保存6个月以上。

9）当各类保护动作或监视的状态发生变化时，能自动记录事件发生的类型、事件按顺序记录。动作次数可永久保存，即使掉电也不丢失。

5 效益分析

1）有效提高功率因数，减少电费开支。

由于无功在电网线路的传输过程中，要造成一定的有功损耗，因此，就地补偿无功功率可以达到节约用电量的目的。

按总无功补偿容量1 100 kVar，年平均工作容量按80%计算，每月有效供电30天，每天有效工作18 h，终端负荷用电单位无功量节约有功功率取最小值0．09 kW，则系统年节约有功功率为：

无功补偿装置自身的损耗为其工作容量的0．5%～2%，无功补偿装置自身的损耗取最大值2%，则，无功补偿装置年损耗有功功率为：

电费按0．573元／kW·h计算，则SVG设备年节约电费为：

2）降低变压器的损耗，增加变压器的使用寿命和带载能力，改善系统电能质量。

6 结束语

官地矿选煤厂投入使用SVG动态无功补偿装置以后，能够实现快速动态补偿负荷无功，提高系统功率因数，节电效果显著。同时，在降低输送线路损耗、抑制电压波动方面也取得了良好的效果，达到了节能降耗和改善电能质量的目的，在煤矿电网中可以推广应用。

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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年毕业于武汉理工大学，工程师，主要从事电气技术工作（E-mail）crh512＠qq．com