靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置在煤礦中的應(yīng)用

摘 要：煤礦供電系統(tǒng)中礦井提升機無功的變化頻繁，產(chǎn)生電壓波動及諧波，造成電網(wǎng)功率因數(shù)低下，污染電網(wǎng)。文中概述了針對這一系列危害的治理方法——加裝靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置。并以某煤礦為例，詳細介紹了SVG的原理及設(shè)計方法，并通過系統(tǒng)仿真進一步確認了該設(shè)計的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：靜止無功發(fā)生器；諧波；有源濾波；電壓波動；功率因數(shù)

1 SVG裝置的工作原理

1.1 一般電力系統(tǒng)用戶負荷吸收有功功率PL和無功功率QL

電源提供有功功率PS和無功功率QS（可能感性無功，也可能是容性無功），忽略變壓器和線路損耗，則有PS=PL，QS=QL。沒有無功吸收部分的電網(wǎng)存在以下幾個問題：

（1）電網(wǎng)從遠端傳送無功；（2）負荷的無功沖擊影響本地電網(wǎng)和上級電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

因此，電力系統(tǒng)一般都要求對用電負荷進行必要的無功補償，以提高電力系統(tǒng)的帶載能力，凈化電網(wǎng)，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。

1.2 SVG裝置用于補償無功

假設(shè)負荷消耗感性無功（一般工業(yè)用戶都是如此）QL，此時控制SVG使其產(chǎn)生容性無功功率，并取QSVG=QL，這樣在負荷波動過程中，就可以保證：QS=QSVG-QL=0。

如果對電網(wǎng)等比較復(fù)雜的補償對象而言，當需要向電網(wǎng)提供感性無功時，可以通過對SVG的控制，使其產(chǎn)生感性無功功率，并取QSVG=QC，這樣在負荷波動過程中，仍然可以保證：QS=QSVG-QC=0。

此外，SVG在補償系統(tǒng)無功功率達同時，幾乎不產(chǎn)生諧波。更重要的是，SVG還可以對系統(tǒng)的諧波、不平衡等電能質(zhì)量問題進行多功能綜合補償，實現(xiàn)有源濾波（APF）的功能。

1.3 SVG用于有源濾波

諧波源一般為非線性負荷，如整流器、帶有整流環(huán)節(jié)的變頻器及大量帶有開關(guān)器件的設(shè)備等，產(chǎn)生諧波電流Ih；供電系統(tǒng)一般為被保護對象，也即要達到最終流入或流出系統(tǒng)的電流是諧波含量極少的正弦波，有時還有功率因數(shù)要求；有源濾波裝置表現(xiàn)為流控電流源，它的作用是產(chǎn)生和諧波源諧波電流有相同幅值而相位相反的補償電流-Ih，來達到消除諧波的目的。與無源濾波裝置相比，有源濾波器是一種主動型的補償裝置，具有較好的動態(tài)性能。

1.4 SVG的基本原理

所謂SVG（Static Var Generator），就是專指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置。

2.2 功率因數(shù)

晶閘管電路的功率因數(shù)通常較低在0.75左右，需要進行無功補償。

2.3 諧波電流對電氣設(shè)備的危害

諧波電流會在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生同頻率的諧波電壓，并疊加在電網(wǎng)正弦電壓上，使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變。畸變后的正弦電壓施加在所有電器設(shè)備端，會給這些設(shè)備的正常工作帶來危害，因為電氣設(shè)備均按正弦電壓設(shè)計制造，當電壓有畸變時，將會使設(shè)備發(fā)熱，力矩不穩(wěn)，甚至損壞。主要表現(xiàn)為：

（1）諧波對旋轉(zhuǎn)電機的影響

諧波對旋轉(zhuǎn)電機的主要影響是產(chǎn)生附加損耗，其次產(chǎn)生機械振動，噪聲和諧波過電壓。

（2）諧波對供電變壓器的影響

諧波對供電變壓器的影響主要是產(chǎn)生附加損耗，溫升增加，出力下降，影響絕緣壽命。

（3）諧波對變流裝置的影響

交流電壓畸變可能引起不可逆變流設(shè)備控制角的時間間隔不等，并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變，使變流器工作不穩(wěn)定，而對逆變器則可能發(fā)生換流失敗而無法工作，甚至損壞變流設(shè)備。

（4）諧波對電纜及并聯(lián)電容器的影響

當產(chǎn)生諧波放大時，并聯(lián)電容器將因過電流及過電壓而損壞，嚴重時將危及整個供電系統(tǒng)的安全運行。

（5）諧波對通信產(chǎn)生干擾，使電度計量產(chǎn)生誤差。

（6）諧波對繼電保護自動裝置和計算機等也將產(chǎn)生不良影響。

為了保證所有電氣設(shè)備的正常工作，消除或減少電網(wǎng)污染，世界各國都開展了深入的諧波研究工作，并制定出了相應(yīng)的規(guī)程標準。對于諧波問題，我國最初于1984年頒布了《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》，規(guī)定了電網(wǎng)諧波的允許值。又于1993年頒布了諧波管理的國家標準《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93。

3 設(shè)計依據(jù)

3.1 供電系統(tǒng)概況

3.2 主要諧波源

副井為混合井，裝備2套絞車，配1250kW和1600kW的直流電動機，反并聯(lián)的晶閘管整流器直流供電，采用純12脈動、全數(shù)字控制，磁場回路由6脈動晶閘管整流器直流供電。正常運行時12脈動，故障時6脈動可減半功率運行。

礦井副井提升機總負荷約2850kW，正常運行時全部放在變電所6kV I段母線上，另外還有11000kW功率因數(shù)為0.8的其他負荷。

4 SVG方案設(shè)計

晶閘管變流器直流供電的副井和矸石井絞車是6kV母線上的主要沖擊負荷。絞車重載提升起動時，以較大的起動轉(zhuǎn)矩拖動絞車電機從靜止狀態(tài)開始加速，產(chǎn)生最大的無功沖擊，使供電系統(tǒng)出現(xiàn)很大的電壓波動和幅值很大的諧波電流，此時功率因數(shù)很低僅0.1～0.2左右。在穩(wěn)定運行階段無功負荷減少，功率因數(shù)提高：副井絞車為0.75左右。

4.1 副井絞車最大無功沖擊（感性）

副井絞車在重載提升起動時，起動轉(zhuǎn)矩（起動電流）約為電機額定轉(zhuǎn)矩（額定電流）的1.6倍。電動機額定功率為Pe=1600kW，參照同類設(shè)備的電機、供電變壓器參數(shù)，計算出副井絞車起動時最大視在功率為：

5 結(jié)束語

從本煤礦項目SVG投運后的效果看出，靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置是一種節(jié)能設(shè)備，對礦井負荷產(chǎn)生的諧波電流、電壓波動等引起供電電能質(zhì)量問題起到很好的治理效果。從企業(yè)效益及社會效益考慮，選擇技術(shù)成熟先進的靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置，作為煤礦供電系統(tǒng)提高電能質(zhì)量的手段是目前非常行之有效的方法。

參考文獻

[1]鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊[M].冶金工業(yè)出版社.

[2]GB/T14549-93.中華人民共和國國家標準.電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波[S].

[3]GB12326-90.中華人民共和國國家標準.電能質(zhì)量 電壓允許波動和閃變[S].

[4]吳競昌，孫樹勤，宋文南，等.電力系統(tǒng)諧波[Z].

作者簡介：王鈺博（1987，3-），男，畢業(yè)于英國約克大學(xué)電子工程專業(yè)，碩士學(xué)位，現(xiàn)在在大同煤礦集團同發(fā)東周窯礦工作，助理工程師。endprint

摘 要：煤礦供電系統(tǒng)中礦井提升機無功的變化頻繁，產(chǎn)生電壓波動及諧波，造成電網(wǎng)功率因數(shù)低下，污染電網(wǎng)。文中概述了針對這一系列危害的治理方法——加裝靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置。并以某煤礦為例，詳細介紹了SVG的原理及設(shè)計方法，并通過系統(tǒng)仿真進一步確認了該設(shè)計的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：靜止無功發(fā)生器；諧波；有源濾波；電壓波動；功率因數(shù)

1 SVG裝置的工作原理

1.1 一般電力系統(tǒng)用戶負荷吸收有功功率PL和無功功率QL

電源提供有功功率PS和無功功率QS（可能感性無功，也可能是容性無功），忽略變壓器和線路損耗，則有PS=PL，QS=QL。沒有無功吸收部分的電網(wǎng)存在以下幾個問題：

（1）電網(wǎng)從遠端傳送無功；（2）負荷的無功沖擊影響本地電網(wǎng)和上級電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

因此，電力系統(tǒng)一般都要求對用電負荷進行必要的無功補償，以提高電力系統(tǒng)的帶載能力，凈化電網(wǎng)，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。

1.2 SVG裝置用于補償無功

假設(shè)負荷消耗感性無功（一般工業(yè)用戶都是如此）QL，此時控制SVG使其產(chǎn)生容性無功功率，并取QSVG=QL，這樣在負荷波動過程中，就可以保證：QS=QSVG-QL=0。

如果對電網(wǎng)等比較復(fù)雜的補償對象而言，當需要向電網(wǎng)提供感性無功時，可以通過對SVG的控制，使其產(chǎn)生感性無功功率，并取QSVG=QC，這樣在負荷波動過程中，仍然可以保證：QS=QSVG-QC=0。

此外，SVG在補償系統(tǒng)無功功率達同時，幾乎不產(chǎn)生諧波。更重要的是，SVG還可以對系統(tǒng)的諧波、不平衡等電能質(zhì)量問題進行多功能綜合補償，實現(xiàn)有源濾波（APF）的功能。

1.3 SVG用于有源濾波

諧波源一般為非線性負荷，如整流器、帶有整流環(huán)節(jié)的變頻器及大量帶有開關(guān)器件的設(shè)備等，產(chǎn)生諧波電流Ih；供電系統(tǒng)一般為被保護對象，也即要達到最終流入或流出系統(tǒng)的電流是諧波含量極少的正弦波，有時還有功率因數(shù)要求；有源濾波裝置表現(xiàn)為流控電流源，它的作用是產(chǎn)生和諧波源諧波電流有相同幅值而相位相反的補償電流-Ih，來達到消除諧波的目的。與無源濾波裝置相比，有源濾波器是一種主動型的補償裝置，具有較好的動態(tài)性能。

1.4 SVG的基本原理

所謂SVG（Static Var Generator），就是專指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置。

2.2 功率因數(shù)

晶閘管電路的功率因數(shù)通常較低在0.75左右，需要進行無功補償。

2.3 諧波電流對電氣設(shè)備的危害

諧波電流會在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生同頻率的諧波電壓，并疊加在電網(wǎng)正弦電壓上，使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變?；兒蟮恼译妷菏┘釉谒须娖髟O(shè)備端，會給這些設(shè)備的正常工作帶來危害，因為電氣設(shè)備均按正弦電壓設(shè)計制造，當電壓有畸變時，將會使設(shè)備發(fā)熱，力矩不穩(wěn)，甚至損壞。主要表現(xiàn)為：

（1）諧波對旋轉(zhuǎn)電機的影響

諧波對旋轉(zhuǎn)電機的主要影響是產(chǎn)生附加損耗，其次產(chǎn)生機械振動，噪聲和諧波過電壓。

（2）諧波對供電變壓器的影響

諧波對供電變壓器的影響主要是產(chǎn)生附加損耗，溫升增加，出力下降，影響絕緣壽命。

（3）諧波對變流裝置的影響

交流電壓畸變可能引起不可逆變流設(shè)備控制角的時間間隔不等，并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變，使變流器工作不穩(wěn)定，而對逆變器則可能發(fā)生換流失敗而無法工作，甚至損壞變流設(shè)備。

（4）諧波對電纜及并聯(lián)電容器的影響

當產(chǎn)生諧波放大時，并聯(lián)電容器將因過電流及過電壓而損壞，嚴重時將危及整個供電系統(tǒng)的安全運行。

（5）諧波對通信產(chǎn)生干擾，使電度計量產(chǎn)生誤差。

（6）諧波對繼電保護自動裝置和計算機等也將產(chǎn)生不良影響。

為了保證所有電氣設(shè)備的正常工作，消除或減少電網(wǎng)污染，世界各國都開展了深入的諧波研究工作，并制定出了相應(yīng)的規(guī)程標準。對于諧波問題，我國最初于1984年頒布了《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》，規(guī)定了電網(wǎng)諧波的允許值。又于1993年頒布了諧波管理的國家標準《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93。

3 設(shè)計依據(jù)

3.1 供電系統(tǒng)概況

3.2 主要諧波源

副井為混合井，裝備2套絞車，配1250kW和1600kW的直流電動機，反并聯(lián)的晶閘管整流器直流供電，采用純12脈動、全數(shù)字控制，磁場回路由6脈動晶閘管整流器直流供電。正常運行時12脈動，故障時6脈動可減半功率運行。

礦井副井提升機總負荷約2850kW，正常運行時全部放在變電所6kV I段母線上，另外還有11000kW功率因數(shù)為0.8的其他負荷。

4 SVG方案設(shè)計

晶閘管變流器直流供電的副井和矸石井絞車是6kV母線上的主要沖擊負荷。絞車重載提升起動時，以較大的起動轉(zhuǎn)矩拖動絞車電機從靜止狀態(tài)開始加速，產(chǎn)生最大的無功沖擊，使供電系統(tǒng)出現(xiàn)很大的電壓波動和幅值很大的諧波電流，此時功率因數(shù)很低僅0.1～0.2左右。在穩(wěn)定運行階段無功負荷減少，功率因數(shù)提高：副井絞車為0.75左右。

4.1 副井絞車最大無功沖擊（感性）

副井絞車在重載提升起動時，起動轉(zhuǎn)矩（起動電流）約為電機額定轉(zhuǎn)矩（額定電流）的1.6倍。電動機額定功率為Pe=1600kW，參照同類設(shè)備的電機、供電變壓器參數(shù)，計算出副井絞車起動時最大視在功率為：

5 結(jié)束語

從本煤礦項目SVG投運后的效果看出，靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置是一種節(jié)能設(shè)備，對礦井負荷產(chǎn)生的諧波電流、電壓波動等引起供電電能質(zhì)量問題起到很好的治理效果。從企業(yè)效益及社會效益考慮，選擇技術(shù)成熟先進的靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置，作為煤礦供電系統(tǒng)提高電能質(zhì)量的手段是目前非常行之有效的方法。

參考文獻

[1]鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊[M].冶金工業(yè)出版社.

[2]GB/T14549-93.中華人民共和國國家標準.電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波[S].

[3]GB12326-90.中華人民共和國國家標準.電能質(zhì)量 電壓允許波動和閃變[S].

[4]吳競昌，孫樹勤，宋文南，等.電力系統(tǒng)諧波[Z].

作者簡介：王鈺博（1987，3-），男，畢業(yè)于英國約克大學(xué)電子工程專業(yè)，碩士學(xué)位，現(xiàn)在在大同煤礦集團同發(fā)東周窯礦工作，助理工程師。endprint

摘 要：煤礦供電系統(tǒng)中礦井提升機無功的變化頻繁，產(chǎn)生電壓波動及諧波，造成電網(wǎng)功率因數(shù)低下，污染電網(wǎng)。文中概述了針對這一系列危害的治理方法——加裝靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置。并以某煤礦為例，詳細介紹了SVG的原理及設(shè)計方法，并通過系統(tǒng)仿真進一步確認了該設(shè)計的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：靜止無功發(fā)生器；諧波；有源濾波；電壓波動；功率因數(shù)

1 SVG裝置的工作原理

1.1 一般電力系統(tǒng)用戶負荷吸收有功功率PL和無功功率QL

電源提供有功功率PS和無功功率QS（可能感性無功，也可能是容性無功），忽略變壓器和線路損耗，則有PS=PL，QS=QL。沒有無功吸收部分的電網(wǎng)存在以下幾個問題：

（1）電網(wǎng)從遠端傳送無功；（2）負荷的無功沖擊影響本地電網(wǎng)和上級電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

因此，電力系統(tǒng)一般都要求對用電負荷進行必要的無功補償，以提高電力系統(tǒng)的帶載能力，凈化電網(wǎng)，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。

1.2 SVG裝置用于補償無功

假設(shè)負荷消耗感性無功（一般工業(yè)用戶都是如此）QL，此時控制SVG使其產(chǎn)生容性無功功率，并取QSVG=QL，這樣在負荷波動過程中，就可以保證：QS=QSVG-QL=0。

如果對電網(wǎng)等比較復(fù)雜的補償對象而言，當需要向電網(wǎng)提供感性無功時，可以通過對SVG的控制，使其產(chǎn)生感性無功功率，并取QSVG=QC，這樣在負荷波動過程中，仍然可以保證：QS=QSVG-QC=0。

此外，SVG在補償系統(tǒng)無功功率達同時，幾乎不產(chǎn)生諧波。更重要的是，SVG還可以對系統(tǒng)的諧波、不平衡等電能質(zhì)量問題進行多功能綜合補償，實現(xiàn)有源濾波（APF）的功能。

1.3 SVG用于有源濾波

諧波源一般為非線性負荷，如整流器、帶有整流環(huán)節(jié)的變頻器及大量帶有開關(guān)器件的設(shè)備等，產(chǎn)生諧波電流Ih；供電系統(tǒng)一般為被保護對象，也即要達到最終流入或流出系統(tǒng)的電流是諧波含量極少的正弦波，有時還有功率因數(shù)要求；有源濾波裝置表現(xiàn)為流控電流源，它的作用是產(chǎn)生和諧波源諧波電流有相同幅值而相位相反的補償電流-Ih，來達到消除諧波的目的。與無源濾波裝置相比，有源濾波器是一種主動型的補償裝置，具有較好的動態(tài)性能。

1.4 SVG的基本原理

所謂SVG（Static Var Generator），就是專指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置。

2.2 功率因數(shù)

晶閘管電路的功率因數(shù)通常較低在0.75左右，需要進行無功補償。

2.3 諧波電流對電氣設(shè)備的危害

諧波電流會在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生同頻率的諧波電壓，并疊加在電網(wǎng)正弦電壓上，使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變?；兒蟮恼译妷菏┘釉谒须娖髟O(shè)備端，會給這些設(shè)備的正常工作帶來危害，因為電氣設(shè)備均按正弦電壓設(shè)計制造，當電壓有畸變時，將會使設(shè)備發(fā)熱，力矩不穩(wěn)，甚至損壞。主要表現(xiàn)為：

（1）諧波對旋轉(zhuǎn)電機的影響

諧波對旋轉(zhuǎn)電機的主要影響是產(chǎn)生附加損耗，其次產(chǎn)生機械振動，噪聲和諧波過電壓。

（2）諧波對供電變壓器的影響

諧波對供電變壓器的影響主要是產(chǎn)生附加損耗，溫升增加，出力下降，影響絕緣壽命。

（3）諧波對變流裝置的影響

交流電壓畸變可能引起不可逆變流設(shè)備控制角的時間間隔不等，并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變，使變流器工作不穩(wěn)定，而對逆變器則可能發(fā)生換流失敗而無法工作，甚至損壞變流設(shè)備。

（4）諧波對電纜及并聯(lián)電容器的影響

當產(chǎn)生諧波放大時，并聯(lián)電容器將因過電流及過電壓而損壞，嚴重時將危及整個供電系統(tǒng)的安全運行。

（5）諧波對通信產(chǎn)生干擾，使電度計量產(chǎn)生誤差。

（6）諧波對繼電保護自動裝置和計算機等也將產(chǎn)生不良影響。

為了保證所有電氣設(shè)備的正常工作，消除或減少電網(wǎng)污染，世界各國都開展了深入的諧波研究工作，并制定出了相應(yīng)的規(guī)程標準。對于諧波問題，我國最初于1984年頒布了《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》，規(guī)定了電網(wǎng)諧波的允許值。又于1993年頒布了諧波管理的國家標準《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93。

3 設(shè)計依據(jù)

3.1 供電系統(tǒng)概況

3.2 主要諧波源

副井為混合井，裝備2套絞車，配1250kW和1600kW的直流電動機，反并聯(lián)的晶閘管整流器直流供電，采用純12脈動、全數(shù)字控制，磁場回路由6脈動晶閘管整流器直流供電。正常運行時12脈動，故障時6脈動可減半功率運行。

礦井副井提升機總負荷約2850kW，正常運行時全部放在變電所6kV I段母線上，另外還有11000kW功率因數(shù)為0.8的其他負荷。

4 SVG方案設(shè)計

晶閘管變流器直流供電的副井和矸石井絞車是6kV母線上的主要沖擊負荷。絞車重載提升起動時，以較大的起動轉(zhuǎn)矩拖動絞車電機從靜止狀態(tài)開始加速，產(chǎn)生最大的無功沖擊，使供電系統(tǒng)出現(xiàn)很大的電壓波動和幅值很大的諧波電流，此時功率因數(shù)很低僅0.1～0.2左右。在穩(wěn)定運行階段無功負荷減少，功率因數(shù)提高：副井絞車為0.75左右。

4.1 副井絞車最大無功沖擊（感性）

副井絞車在重載提升起動時，起動轉(zhuǎn)矩（起動電流）約為電機額定轉(zhuǎn)矩（額定電流）的1.6倍。電動機額定功率為Pe=1600kW，參照同類設(shè)備的電機、供電變壓器參數(shù)，計算出副井絞車起動時最大視在功率為：

5 結(jié)束語

從本煤礦項目SVG投運后的效果看出，靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置是一種節(jié)能設(shè)備，對礦井負荷產(chǎn)生的諧波電流、電壓波動等引起供電電能質(zhì)量問題起到很好的治理效果。從企業(yè)效益及社會效益考慮，選擇技術(shù)成熟先進的靜止無功發(fā)生器（SVG）裝置，作為煤礦供電系統(tǒng)提高電能質(zhì)量的手段是目前非常行之有效的方法。

參考文獻

[1]鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊[M].冶金工業(yè)出版社.

[2]GB/T14549-93.中華人民共和國國家標準.電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波[S].

[3]GB12326-90.中華人民共和國國家標準.電能質(zhì)量 電壓允許波動和閃變[S].

[4]吳競昌，孫樹勤，宋文南，等.電力系統(tǒng)諧波[Z].

作者簡介：王鈺博（1987，3-），男，畢業(yè)于英國約克大學(xué)電子工程專業(yè)，碩士學(xué)位，現(xiàn)在在大同煤礦集團同發(fā)東周窯礦工作，助理工程師。endprint