SVG與 SVC在煤礦供電系統(tǒng)應(yīng)用比較

郭宏圖

(山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)公司發(fā)電廠,山西介休 032000)

隨著煤礦原煤產(chǎn)量的大幅度提高,井下采掘、運(yùn)輸?shù)裙ぷ飨驒C(jī)械化自動化的方向發(fā)展,機(jī)械化程度和機(jī)械設(shè)備的效能越來越高,對供電質(zhì)量要求也越來越高。而煤礦供電系統(tǒng)大多存在功率因數(shù)低、損耗大、諧波污染嚴(yán)重、電壓波動大等問題。

早期煤礦變電站中大量使用機(jī)械投切的并聯(lián)電容、電抗作為無功補(bǔ)償,稱之為第一代靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置,響應(yīng)速度以秒計(jì),無法跟蹤負(fù)荷無功的快速變化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,晶閘管取代了機(jī)械開關(guān),誕生了第二代無功補(bǔ)償裝置,主要以晶閘管控制電抗器(TCR)為代表,TCR和并聯(lián)的固定濾波器組構(gòu)成的成套裝置稱為 SVC。這類裝置大大提高了無功調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度,但仍屬于阻抗型裝置,其補(bǔ)償功能受系統(tǒng)參數(shù)影響,而 TCR本身就是諧波源,容易產(chǎn)生諧振、諧波電壓放大等嚴(yán)重問題。

SVG屬于第三代動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù),主要采用基于 IGBT電壓源逆變器構(gòu)成無功補(bǔ)償裝置,不再采用大容量的電容器、電抗器,通過大功率電力電子器件的高頻開關(guān)實(shí)現(xiàn)無功能量的變換。SVG補(bǔ)償裝置在兩個方面具有重要優(yōu)越性,就動態(tài)無功補(bǔ)償而言,SVG包含傳統(tǒng) SVC裝置的一切功能而性能更好,體積更小,響應(yīng)速度更快,補(bǔ)償能力更強(qiáng);同時(shí),SVG具備傳統(tǒng) SVC沒有的功能,SVG裝置不僅不產(chǎn)生諧波,還能動態(tài)補(bǔ)償諧波。

1 SVG工作原理

如圖1所示,SVG裝置的基本原理就是將自換相橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流,實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｔ敿?xì)工作模式如表1所示。

圖1 SVG工作原理圖

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2 SVG與 SVC比較分析

2.1 響應(yīng)時(shí)間

SVG采用 IGBT全控型器件,器件開通關(guān)斷時(shí)間2 μs,采用 PWM控制算法整個裝置的響應(yīng)時(shí)間＜10m s。SVG能動態(tài)快速連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出,最大限度滿足功率因數(shù)補(bǔ)償要求,確保任意時(shí)刻的功率因數(shù)＞ 0.95。

SVC裝置中的 TCR部分采用不可關(guān)斷晶閘管,一旦晶閘管導(dǎo)通,必須等電流過零才能自然關(guān)斷,因此 SVC控制系統(tǒng)發(fā)出指令到晶閘管響應(yīng)最大得延時(shí)為 10m s(半個周期),加上TCR本身得過渡過程,整個 SVC裝置的響應(yīng)時(shí)間約為 40～60 ms。

2.2 諧波治理功能

采用先進(jìn)的鏈?zhǔn)诫娐吠負(fù)浣Y(jié)構(gòu)和多電平 PWM技術(shù)來消除低次諧波,輸出電壓、電流諧波畸變率均小于 3%,不需要安裝諧波濾波器支路;在不增加硬件成本的情況下可實(shí)現(xiàn)低次諧波濾波功能,特別適合于煤炭等諧波及沖擊負(fù)荷。

晶閘管控制電抗器 TCR是通過改變觸發(fā)延遲角的大小來改變其等效感抗,會產(chǎn)生大量的諧波,即使系統(tǒng)中沒有諧波,也必須配置濾波支路;對于 TCR,采用濾波器組后,當(dāng)系統(tǒng)或負(fù)載參數(shù)變化時(shí),可能發(fā)生諧波放大現(xiàn)象,引起過電壓危害設(shè)備安全。

2.3 占地面積小

SVG成套裝置中只包括啟動裝置、功率部分、連接電抗器、控制系統(tǒng),無需變壓器,適合做成箱式變,根據(jù)客戶需求,亦可做成移動式。占地面積只有相同容量 SVC的 30%。SVC中的電抗器不僅本身體積龐大,而且為確保絕緣距離,要充分考慮相互間的安裝間隔,整體占地面積非常大;另外還需額外配置濾波器組,占地面積大。

2.4 可靠性高,維護(hù)量小:

SVG采用模塊化設(shè)計(jì),滿足IGBT功率模塊N-1運(yùn)行方式,有效提高系統(tǒng)可靠性,減小維護(hù)量;可控電流源型,對系統(tǒng)參數(shù)不敏感,不會發(fā)生諧振或諧波電壓放大,根據(jù)系統(tǒng)需要,可以方便地消除系統(tǒng)諧波電流,起到抑制諧振的效果。

SVC使用了大量電容器電抗器,是阻抗型補(bǔ)償裝置,對系統(tǒng)參數(shù)很敏感,容易引起諧振或諧波電壓放大,不僅危害自身設(shè)備安全,對系統(tǒng)其他設(shè)備的安全也存在較大的隱患。

2.5 低電壓特性好

SVG是電流源的特性,輸出電流可不受母線電壓影響。這一優(yōu)點(diǎn)使SVG用于電壓控制時(shí)具備很大的優(yōu)勢,系統(tǒng)電壓越低,越需要動態(tài)無功支撐電壓,SVG輸出無功電流與系統(tǒng)電壓沒有關(guān)系,可以看作是一個可控恒流源。

SVC是阻抗型特性,輸出電流隨母線電壓線性降低。

圖6 SVC和 SVG補(bǔ)償?shù)碾妷弘娏魈匦员容^

2.6 運(yùn)行損耗小,運(yùn)行效率高

(1)采用新型低損耗功率器件 IGCT或 IGBT,運(yùn)行效率提高。

(2)省去了連接變壓器,成套裝置效率達(dá) 99%以上。

(3)輸出電壓、電流諧波畸變率低,諧波損耗小,系統(tǒng)損耗小,效率高。

(4)等效運(yùn)行損耗大大小于 SVC,運(yùn)行耗電量大大低于 SVC,節(jié)能效果顯著,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較SVC低。

3 結(jié)束語

針對煤礦的動態(tài)無功補(bǔ)償與諧波問題,SVG型動態(tài)無功補(bǔ)償與諧波治理裝置相比 SVC相比,有著響應(yīng)時(shí)間快、有源濾波功能、占地面積小、可靠性高等優(yōu)勢。隨著 SVG產(chǎn)品國內(nèi)市場化之后,成套裝置綜合投資成本已大大降低,SVG將是煤礦供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償與諧波治理的最佳選擇。

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