煤矿电网高压静止无功补偿技术研究

孙 凯 李洪国

（1.济宁矿业集团海纳科技公司，山东济宁272100；2.新汶矿业集团孙村煤矿，山东新泰271219）

1 课题的提出

煤矿企业是用电大户，解决好电网的无功功率因数补偿和谐波滤波问题，对于提高电能质量、降低网络损耗、节能、充分利用电气设备等问题具有重要意义。

孙村煤矿为生产直接服务的降压站有矿内降压站和北立井降压站，矿内降压站两回路35KV电源孙良支线和孙村1#线，其中孙良支线来自东都变电站，孙村1#线来自35KV中心区配电站；北立井降压站两路35KV电源线路，由北风井降压站转供，其中北立井1#线路东孙线来自东都变电站，北立井2#线路来自泰安顶峰热电厂。该站安装一台SF9-12500/35和一台SF7-16000/35变压器，最大负荷9800KW，最小负荷7500KW，平均负荷稳定在8000KW。供电系统改造完成，撤除北风井降压站后，无功补偿电容器容量严重不足，地面高压供电系统改造完成后，北立井降压站负荷由原来的9000KW,增加到11000KW,而撤除北风井降压站后，固定补偿电容器容量减少，不能满足供电系统的要求；为净化供电系统、提高功率因数、提高供电质量，对北立井降压站无功补偿系统进行改造，在提高功率因数的同时，滤除谐波，达到为净化供电系统、提高功率因数、减少网络损耗、提高供电质量的目的。

2 方案选择

提出两套设计方案，分别为FC滤波器方案和静止型动态无功补偿（SVG）方案，经过详细的计算和比较之后，选择使用SVG+FC方案。

3 方案设计

3.1 补偿容量确定

本期工程依据现场的实际情况及用户的要求，装设容量为2.5Mvar的SVG及3.6Mvar的FC各一套。考虑到现场的谐波问题，设置FC为5、7两组，利用较低次谐波滤波器可抑制高次谐波的特性，可在进行系统无功补偿的同时滤除网内含量较大的5次、7次及11次谐波。SVG设备可进行动态的无功补偿，兼有滤除谐波的作用。

3.2 滤波器设计

滤波器设计原则

（1）滤波器发出的无功应满足补偿功率因数、抑制电压波动及闪变的要求；

（2）选取的滤波电容器的额定电压应保证滤波器的安全可靠运行；应考虑以下因素：

a）母线电压水平；

d）电网电压波动引起电压升高。

（3）滤波器的分组应满足滤除谐波电流的要求；

（4）滤波器设计时已经进行充分的计算机仿真计算及数据库选优，经多个方案比较，选择最佳方案；

（5）对选定的滤波器应进行滤波器各种运行方式下的计算机仿真，避免与系统发生谐振；

（6）对滤波器的安全运行应进行仔细校验。

3.3 滤波器设计

根据以上滤波器设计原则及对现场测试的谐波电流进行分析，将滤波器设为5、7次共2组滤波通道。5次滤波通道基波补偿容量为1830kvar，7次滤波通道基波补偿容量为1793kvar，母线谐波电流可满足用户要求。

表1 滤波器参数配置表

3.4 滤波器安全性能校核

校核公式如下：

Ic1—流过电容器的基波电流

Icn—电容器的额定电流（A）

UcN—电容器的额定电压

Uc1—滤波电容器承受的基波电压

Ucn—流过电容器的谐波电流在电容器两端产生的谐波电压

n—谐波次数

Ucn=Icn/nwC（C为每相电容器的电容值）

Icn—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。

3.5 SVG组成

图1

本工程SVG容量为2.5Mvar。SVG由一系列的功率单元组成，其系统结构如图所示：SVG装置并网于6kV母线侧，装置入口电压为6kV。鉴于目前IGBT的工艺水平和应用需求，荣信SVG选用处于国际领先水平的EUPEC公司的IGBT。

3.6 SVG及FC柜体设计

设备投运后达到的技术指标和性能考核:

（1）电网实时功率因数高于0.95（滞后，无过补）。

（2）SVG设备输出调节范围为-2.5Mvar～+2.5Mvar。

（3）FC设备的5次谐波补偿容量约为1.8Mvar，7次谐波补偿容量约为1.8Mvar。

（4）SVG设备的系统响应时间≤5ms。

（5）装置具备完善的控制、保护和报警措施。在装置故障时应提供报警信号，严重故障时可将装置退出运行。FC装置除装有常规的电流速断和过流保护外，还具有不平衡电流保护、过电压保护及低电压保护等一系列保护措施，确保装置安全。SVG装置除装有常规的电流速断和过流保护外，还具有不平衡电流保护、过电压保护及低电压保护等一系列保护措施，确保装置安全。

（6）扩容方便。

（7）满足国家标准《电能质量、公用电网谐波》GB/T14549-93。总谐波电压畸变率≤4.0%（奇次畸变≤3.2%；偶次畸变≤1.6%）。

（8）满足国家标准《电能质量、电压波动和闪变》GB/T12326－2000。电压波动范围：-3%-7%

4 实施效果

改造前北立井降压站补偿容量为2400Kvar，功率因数为0.80，运行不经济，不能满足矿井功率因数不低于0.9的要求，线路年损耗35.66万Kwh。改造后年节约电费23.179万元；减少了谐波对供电系统的影响，提高了供电质量，年节省电能140万Kwh，节约电费91万元。

采用SVG+FC对矿井无功功率因数进行补偿，并进行谐波治理，增强了供电系统运行的稳定性和安全性，提高了用电能力，改善了电能质量，为矿井安全供电和可靠供电提供了保障。

5 结语

SVG高压静止无功补偿技术是近几年来发展起来的一种基于大功率逆变器的无功补偿装置，是电力行业世界前沿科技柔性交流输电系统的重要组成部分，随着技术越来越成熟，该技术具有广阔的推广前景。