浅谈SVG在煤矿电网电能质量治理中的优势

[摘 要]随着煤矿现代化装备水平的大幅度提高，特别是大功率设备及大量电力电子功率器件及装置在矿井电网被广泛应用，这些设备在给矿井生产带来节能和高效的同时，也给供电网络的电能质量造成一定污染。本文主要通过svg与其他无功补偿装置的对比，分析SVG对煤矿电网电能质量的治理优势。

[关键词]电能质量、有源治理、无源治理

中图分类号：TD61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0296-01

一、电能质量的内容

电能质量问题是指导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容主要包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性。

二、煤矿电网的现状及解决要素

随着煤矿产能的不断提升，现代化装备水平的大幅度提高，特别是大功率设备及大量电力电子功率器件及装置在矿井电网被广泛应用，这些设备在给矿井生产带来节能和高效的同时，也给供电网络的电能质量造成一定污染。

如何提高功率因数、消除电压闪变、减小电压波动、抑制谐波污染、校正三相不平衡对电能质量的好坏起着决定性的作用，是提高电网电能质量丞待解决的问题。

三、电能质量治理方法

目前，国内外对于电能质量治理技术的研究已经很成熟，大体可分为无源和有源两种治理技术。无源治理技术采用电容、电抗的组合来主要实现谐波抑制和无功的动态补偿，主要治理技术分为晶闸管相控电抗器（TCR）和磁阀式可控电抗器（MCR）；有源治理技术则是利用电力电子技术对电能输出的可控来实现电能质量的全面治理，主要治理技术为静止无功发生器（SVG）。

电能质量无源治理技术虽然应用十分广泛，但存在一些固有缺陷，如控制精度低、响应速度慢，当系统结构或参数发生变化时，系统性能不稳定，无法实现对某些电能质量指标的改善等。有源治理技术可实现对电能质量的精确快速全面治理，正被越来越多的用户所接受及广泛应用。

四、SVG与常规无功补偿装置的对比

SVG（静止无功发生器）是采用全控型器件的一种新型的电力电子装置。是目前最为先进的无功补偿技术，其基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联电网上，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，实现动态无功补偿和电能质量治理的目的。它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。

与其他补偿装置相比具有以下特点：

1、补偿功能全面化、多样化：使同一套SVG装置，可以实现补偿负载无功、补偿负载谐波、补偿负载不平衡等多种补偿功能。

2、响应时间快：SVG响应时间≤10ms，传统静补装置响应时间>20ms。SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。

3、在提高系统的暂态稳定性、阻尼系统振荡等方面，SVG的性能大大优于传统装置；静止运行，安全稳定，没有调相机那样的大型转动设备，无磨损，无机械噪声，将大大提高装置使用寿命，改善运行环境的影响。

4、采用数字控制技术，系统可靠性高，基本不需要维护，可以节省大量日常维护费用；同时，可通过电网调度自动化系统（SCADA/EMS）实现无功潮流和电压最优控制，是建设中的数字电力系统（DPS）的组成部分；控制灵活、调节范围广，在感性和容性运行工况下均可连续快速调节，响应速度可达毫秒级。

5、连接电抗小。SVG接入电网的连接电抗，其作用是滤除电流中存在的较高次谐波，另外起到将变流器和电网这两个交流电压源连接起来的作用，因此所需的电感量并不大，也远小于补偿容量相同的TCR等SVC装置所需的电感量，如果使用降压变压器将SVG连入电网，则还可以利用降压变压器的漏抗，使所需的连接电抗器进一步减小。

6、谐波量小。在多种型式的SVC装置中，SVC本身产生一定量的谐波，如TCR型的5、7次特征谐波量比较大，占基波值的5%-10%；其它型式如SR、TCT等也产生3、5、7、11等次的谐波，这给SVC系统的滤波器设计带来许多困难，而SVG则可以采用桥式交流电路的多重化技术、多电平技术或PWM技术来进行处理，以消除次数较低的谐波，并使较高次数如7、11等次谐波减小到可以接受的程度。

7、SVG中的电容器容量小，在网络中普遍使用也不会产生谐振，而使用SVC或固定电容器补偿，如果系统安装台数较多，有可能会导致系统谐振的产生；由于对电容器的容量要求不高，这样可以省去常规装置中的大电感和大电容及庞大的切换机构，使SVG装置的体积小、损耗低。

8、实现对系统电压进行瞬时补偿，即使系统电压降低，它仍然可以维持最大无功电流，即SVG产生无功电流基本不受系统电压的影响；SVG的端电压对外部系统的运行条件和结构变化是不敏感的。当外部系统容量与补偿装置容量可比时，SVC将会变得不稳定，而SVG仍然可以保持稳定，即输出稳定的系统电压。

9、SVG的直流侧采用较大的储能电容或者其它直流电源（如蓄电池组）后，它不仅可以调节系统的无功功率，还可以调节系统的有功功率。这对于电力网来说是非常有益的，这是SVC装置所不能比拟的。

10、占地面积较小，由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG的占地面积通常只有相同容量SVC的50%，甚至更小。在一些空间受限制的厂矿改造中SVG具有很大的优势。

11、运行范围宽，补偿能力强：SVG能够在额定感性到额定容性的范围内工作，比SVC的运行范围更宽。也就是说，当SVC需要在正负全范围运行时，需要TCR和FC配合使用，整个装置损耗较大，占地面积也较大。在系统电压变低时，SVC输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其输出的无功电流也越低，对电网的补偿能力也相应变弱，SVG则能够输出与额定工况相近的无功电流。

12、模块化的结构设计，使得产品紧凑、重量轻，且通用性强，在功率模块发生故障时，用户只需要更换模块，使故障的处理简单化，为恢复生产赢得了宝贵的时间。

五、SVG在煤矿供电中的应用分析

对于煤矿而言，随着采煤机械化和自动化程度提高，煤矿的电力系统中可应用SVG装置对提升机、综掘机、绞车等矿井负荷的无功补偿、谐波和闪变等问题进行综合治理，可实现如下功能：

1、煤炭供电系统功率因数低、吨煤能耗大，装设SVG进行补偿后，由于电压稳定的效果好、自身不会产生谐波等原因，可减少无功损耗，提高功率因数，实现节能降耗；

2、变频调速和串级调速系统的应用加剧煤矿电网中谐波污染问题，SVG可以消除低次谐波，进而可改善矿井电能质量；

3、供电线路长，线路电压损失大，末端电压低，驱动采掘机械的电动机出力不足甚至无法正常运行，装设SVG后可稳定电压，确保设备的正常高效运行，提高系统供电安全；

4、煤矿中的大型负载启动时，对电网的冲击较大，SVG可减小电压波动和闪变，以确保设备的安全可靠运行。

六、结论

综上所述SVG在进行无功补偿的同时能解决闪变、电压偏差、谐波等问题，实现对煤矿电网电能质量的全面治理，较其他常规无功补偿装置更适合煤矿电网安全要求的现状。