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煤炭礦山

1 煤礦企業供電面臨的關鍵問題

自上世紀七十年代推廣機械化采煤后，煤礦的用電負荷增加，近年來，出于安全、采煤工藝和節能三方面的要求，大量非線性負荷在煤礦供電中被廣泛使用，例如礦井提升機、露天礦大型電鏟、運輸皮電機、破碎機、水泵等設備都采用變頻裝置。尤其是礦機提升機、電鏟啟動頻繁，負載變化大。電鏟在挖掘過程中，遇到大塊或樹根時提升和推壓結構會經常造成堵轉，這時電機要維持出力，勢必增加電樞電流，從電能角度看是一次迅速的無功沖擊；電鏟在作業中，為裝車方便、準確，必須具有零位握持特性，即鏟斗滿料時，高懸空中，回轉到裝載位置過程中，鏟斗必須保持不下降，此時提升、推壓抱閘打開，提升或推壓系統在運動狀態，而速度給定在零位，速度調節器在工作狀態，為保持張力平衡，裝置輸出力矩大小為鏟斗和斗內料的重力矩，保持鏟斗在空中不下降，如果多臺電鏟同時處于零位握持狀態，此時對電網的無功需求非常大，從電能質量角度分析，其表現為大幅值的無功上升波動；提升機的弱磁升速特性表現為大幅值的無功下降波動；破碎機是一個無功反復沖擊過程。煤礦供電系統常常遠離供電負荷中心，存在供電距離長，供電容量相對較小的問題。在這樣供電客觀條件下，從電能質量角度看，對煤礦供電網絡而言，用電負荷增加帶來的是無功沖擊的問題，對安全影響是電壓的波動于暫降；對經濟型影響是無功損耗大，功率因數低造成力率罰款。

傳統的電容器型補償器面臨著：①難以適應負荷波動的變化。②電容器的投切對電網沖擊大。③諧波治理效果有限，多組濾波器組，占地面積大。④諧波放大，對電容器及系統的其它設備造成諧波過電壓。

2 無功補償裝置的發展

隨著電力系統應用需求的變化，業界學者提出了無功補償的概念。從早期廣泛應用同步調相機作為動態補償裝置，發展到靜止式無功補償裝置SVC。SVC是一種較快速調節無功功率的裝置，國際大電網會議將SVC定義為7個子類。①機械投切電容器（MSC）；②機械投切電抗器（MSR）；③自飽和電抗器（SR）；④晶閘管控制電抗器（TCR）；⑤晶閘管投切電容器（TSC）；⑥晶閘管投切電抗器（TSR）；⑦自換向或電網換向轉換器（SCC/LCC）。MSC和MSR是第一代靜態無功補償裝置，通常響應速度以秒計，真空接觸器頻繁動作，不能準確地對負荷無功電流的變動進行跟蹤記錄，且投切電容器或電抗器時對電網沖擊大。隨著電力電子產品的更新換代，傳統的機械開關被晶閘管替代，研發了以晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）和磁控電抗器（MCR）為代表的第二代無功補償裝置。MCR是在TCR基礎上發展的，由MCR磁閥式飽和電抗器、直流激磁調節單元、控制器及監視器組成，通過改變鐵芯飽和度進而改變電抗器的感抗，實現MCR輸出無功功率連續可調。這類裝置占地面積大，存在諧振過電壓問題。

近幾年，在SVC成熟理論和應用的基礎上，借助不斷發展的電力電子技術，一種更先進、更可靠、更靈活的無功補償裝置——大功率靜止無功發生器（SVG）由實驗室走向現場。隨著IGBT管降價和中國封裝線上馬生產，SVG的價格也大幅下降，許多無功補償裝置的生產廠家都開始生產SVG。SVG屬于第三代動態無功補償技術。它以大功率三相電壓型逆變器為核心，通過連接電抗器接入系統，與系統側電壓保持同頻、同相，通過調節逆變器輸出電壓幅值和相位實現動態補償的目的。

SVG有三種運行模式（見表1）?？蛰d運行模式Ui=Us，Il=0，SVG不吸收、發出無功；容性運行模式Ui＞Us，Il為超前電流，其幅值可以通過調節Ui來連續控制，從而連續調節SVG發出的無功；感性運行模式Ui＜Us，Il為滯后電流，其幅值可以通過調節Ui來連續控制，從而連續調節SVG吸收的無功。

從技術上講，SVG較傳統的無功補償裝置有如下優勢：

使用SVG可提高線路傳輸能力?？商岣唠妷悍€定性，根據負荷變化對無功輸出作進一步調整，以防因無功倒送降低系統功率因數；實施調節系統電壓，提高區域供電可靠性。對提升機、絞車、電鏟等礦山負荷無功補償與諧波治理，可減少無功損耗，節能降耗；有源濾波可改善電能質量；礦山供電線路長，末端電壓低，使用SVG能夠提高電壓的穩定性，控制大型負載啟動過程中的電壓波動或閃變，確保安全供電。除此之外，可有效濾除使用6脈沖變頻器產生5次和7次諧波及使用12脈沖變頻器產生的11次和13次諧波。

3 結論

無功補償和諧波治理技術，是保證電力系統電能質量的關鍵，隨著電網的飛速發展，對補償和諧波治理技術的要求也越來越高，只有充分利用前沿的理論和先進的技術，才能保證電網安全、穩定、可靠、優質地運行。