煤矿用静止无功发生器国内发展概述

严继池

（哈尔滨工大技术转移有限公司黑龙江哈尔滨150010）

摘要：目前静止无功发生器是煤矿用来进行地上和井下无功补偿和谐波抑制的主流装置，国内外详细分析其发展和综述的文献较少，本文从其优势、原理、特殊性及其与传统无功补偿设备的区别进行了分析和阐述。

关键词：煤矿静止无功发生器功率因数

一、静止无功发生器所解决的问题

煤矿井下电缆都是比较长的，如果要进行远距离供电，必然会导致电网供电电压跌落大、井下很多大型采煤设备启动困难、功率因数低等问题。比如，采煤工作面刮板机就很容易启动困难，造成工程暂停，损失较大。从成本角度考虑，如果所在煤矿的电网中产生了大量的谐波，就会导致煤矿功率因数偏低、供电质量差，从而大大增加企业的用电成本，严重的话还会被供电公司重罚；从环境的角度考虑，目前国家号召节能减排，对企业提出的降低成本、提高效率的要求大大提高，迫使煤矿只有采用必要的无功补偿设备才能达标。

因为静止无功发生器相比其他补偿装置体积较小，所以很适合井下低压供电有限空间的环境要求，经常被用在低压供电配电网中进行补偿。煤矿井下低压配电网相对中高压电网，负荷波动更加剧烈，还存在负荷不对称问题，因此井下静止无功发生器应具备无功、谐波及不对称综合补偿能力。

大型煤矿采煤设备与电网之间存在无功，会出现煤矿井下供电质量下降、严重时甚至影响生产，给企业造成了较大的经济损失。以上情况在煤矿作业高峰期尤为明显，井下大功率设备较多的煤矿井下供电系统中情况更复杂，在集中采煤期电网电压降低，煤矿井下整体的功率因数低。进行煤矿井上和井下的动态无功补偿技术研究，对于维护煤矿安全、节能降耗具有重要的意义。最重要的一点是井下所使用的静止无功发生器必须加装防爆装置，从而保证煤矿井下的生产安全。

二、静止无功发生器的优势

和静止无功补偿器相比，静止无功发生器省略了其需要的滤波支路。如果是级联H桥单元结构，配套的电容器组容易进行扩容，满足可变工况的需要，比较灵活方便。静止无功发生器的输出谐波少，仅有部分为高次谐波。采用静止无功发生器煤矿每年可以为企业节约电费，避免大量的电力功率因数罚款，补偿效果好的还可以获得供电公司的奖励。可以有效降低谐波电流，降低了铁损和噪音。

三、原理和硬件组成

静止无功发生器采用不同的控制策略，可以同时实现无功补偿和谐波抑制两种工作状态，电路结构相同，但是可以应用不同的控制策略，实现不同的功能。静止无功发生器通过控制交流电压的幅值、相位，实现整个装置输出无功调节。通过电流互感器等检测到的静止无功发生器的三相电流信号、电网电压、电网三相电流信号经信号调理电路、模数转换器转换成数字信号后送入CPLD，之后送入DSP进行处理，并根据一定的控制算法进行读取和处理，在DSP内部计算得到电压调制信号后送入FPGA。采用载波相移空间矢量调制后，生成调制驱动信号，数据从FPGA传送入光纤驱动电路，从而驱动IGBT。操作面板通过CAN总线与DSP相联。

四、静止无功补偿器和静止无功发生器之间的技术性能对比

静止无功发生器可以进行感性和容性的双向可调，静止无功补偿器只能进行感性无功的补偿。静止无功发生器不仅可以补偿无功，还可以进行谐波抑制，但是静止无功补偿器本身产生谐波，需要额外增加滤波电路。静止无功发生器占用空间小，静止无功补偿器相比占用空间大。静止无功发生器无谐振和谐波放大问题，而补偿器容易导致谐振，谐波电压放大。更重要的是，静止无功发生器响应速度为10ms以内，而补偿器一般在50ms左右。

五、煤矿井下静止无功发生器

国内煤矿井下低压配电网主要有1140V和660V两个电压等级，根据电压等级的不同，井下SVG可采用不同的功率模块级联个数。系统主要分为级联H桥SVG主功率电路；H桥IGBT驱动电路；控制电路；连接电抗器；霍尔电流传感器和电流互感器；进线接触器和输出接触器；预充电电阻；断路器。功率电路为级联H桥架构，连接电抗器主要用于减少装置输出电流中的高频开关纹波，散热系统采用热管散热方式和强制风冷，主要为了保证静止无功发生器的功率损耗产生的热量能够及时散出。

煤矿井下电网线路非常长，煤矿井下的主要大容量用电设备位于供电线路的最终端，一般会选择在煤矿井下电网末端的负载中心，例如，综放工作面移动变电站1.14kV或者660V侧就地补偿，能够实现就地补偿无功功率，减小电压跌落，可以解决综采面电网大型采煤装置中出现的启动不了的问题，无功补偿效果较好，是一种最优补偿模式。

参考文献：

[1]SVG（静止无功发生器）在煤矿行业中的应用[J].陈志学.内蒙古煤炭经济.2016（20）

[2]煤矿井下低压SVG几个关键问题[J].陈丽兵，史丽萍，杨晓冬，王攀攀.煤炭学报.2014（39）

[3]煤矿井下供电系统动态无功补偿技术研究[J].刘文蔚.煤矿现代化.2010（04）

[4]煤矿供电SVG无功补偿技术探讨[J].张晋平.机械管理开发.2017（02）

[5]基于有源滤波和动态无功补偿技术的煤矿6kV供电系统谐波治理[J].王建华，任子晖，付华科.煤矿安全.2011（10）

[6]煤矿安全生产井下供电系统研究[J].成亮.中小企业管理与科技.2011（10）

作者简介：

严继池（1981.06.15）；男；广西梧州市；汉族；研究生；工程师；研发工程师；研究方向：电力电子、窄带物联网、模拟仿真；哈尔滨工大技术转移有限公司。