煤矿电网静态与动态无功补偿的比较

煤矿电网静态与动态无功补偿的比较

无功补偿是解决煤矿电网由于电压波动，使供电质量下降，造成煤矿电网的功率因数偏低，产生谐波电流污染电网、损害电气设备的这一问题的有效方法。比较了静态无功补偿与动态无功补偿这两种最常用的方法，分析得出了动态无功补偿的优点。

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煤矿电网;静态无功补偿；动态无功补偿

1 引言

随着社会的发展，技术的进步，煤矿动力设备越来越朝着大功率、变频化方向发展。比如主副井提升机系统采用的晶闸管直流调速、交-直-交变频调速代替了绕线式电动机串级调速和直流电机调压调速；主运输胶带机晶闸管变频驱动代替以前采用的电机+液力偶合器驱动模式。这些技术革新虽然使煤矿的一些主要设备减少了电能消耗，提高了设备的工作效率，但是大功率整流器件的使用也给供电网络带来较大的影响。具体影响主要有以下两点。

（1）大量无功使电网的功率因数降低浪费大量电能，并由于大容量电动机启动压降使电压的大幅波动从而导致供电电压质量下降。

（2）可控硅等非线性负荷给电网带来谐波危害。谐波对电机产生附加损耗，其次是产生机械振动、噪声、谐波过电压；对变压器产生附加损耗，使温升增加，出力下降，影响绝缘寿命。

所以可以看到虽然大功率电力器件满足了煤矿发展的要求，但也带来了一些不可避免的负面影响，比如电网越来越不堪重负，这就直接危及电网安全。为了保证电网电压和功率因数达到动态稳定，保证电网电能质量降低无功损耗。采用对煤矿供电系统进行无功补偿的方法，不失为解决这一实际难题的好方法

2 无功补偿的分类概述

无功补偿的原理是：从系统侧看，把具有容性功率的负荷与感性功率的负荷并联在同一电路中，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换，补偿需要由电源提供的无功功率。

无功补偿可分为静态无功补偿与动态无功补偿两种基本方式。早期的无功补偿主要是以静态的方式进行的，但随着电力电子技术的发展和数字控制技术的突飞猛进，动态无功补偿正在发挥着越来越重要的作用。

21静态无功补偿技术

静态无功补偿顾名思义是指补偿值是一个固定的定量。传统的实现方法是用电容器补偿装置实现。即在电网系统中并联电容器，增加电网系统的容性负载，从系统吸收容性无功功率，相当于发出感性无功功率，满足线路和感性负荷的感性无功功率需求，达到无功补偿的目的。采用电容器无功补偿的方式，花费比较低，且安装调试简单，损耗低，效率高（损耗只有本身容量的002%左右），既可以集中使用，又可以分散装设。目前，国内外电力系统中约90%的无功补偿容量是采用并联电容器实现的。除此之外，并联电抗器也是无功补偿装置的重要组成部分，用来提高感性无功功率以平衡电力系统过剩的容性无功功率，这在电力系统初期输送功率较小及后期轻负荷时都是十分必要的。因为在上述两种情况下，输电线路上感性无功功率小，而导线的电容效应使输电线路产生的容性充电功率大于输电线路上的感性无功功率，为了维持系统的电压水平，必须满足系统无功平衡，否则电力系统的电压会升高，无法保证安全运行。

22 动态无功补偿技术

此时，动态无功补偿技术应运而生，可以根据所需的补偿量来自动投切电容器组。常见的就是SVC（Static Var Compensator），即用微机控制晶闸管来投切电容器组。目前应用最为广泛的是TCR（Thyristor Control Reactor）型SVC，即高压动态无功补偿及滤波装置的简称。主要由高压无源滤波器FC和晶闸管控制电抗器TCR构成，其结构原理如图1所示。其中LC滤波回路的作用主要是对电网中的高次谐波进行滤波；同时，LC回路又对电网提供了一定容量的容性无功，起到了无功功率补偿作用。但是，LC滤波回路在电网系统空负荷运行时会出现严重过补偿情况，为了保证供电系统稳定，可附加一个可调电抗（电感）来产生相对应的感性无功功率，抵消容性无功功率冲击。

3 静态与动态无功补偿的比较

由于在煤矿中主副提升机的无功功率变化频繁，但是电容器补偿属于静态无功补偿，其无功补偿量是一个恒定的值，因此在母线负荷大的时候，补偿值往往偏小，从而减小了母线的电压值；当母线负荷小的时候，补偿值又过大使得补偿的无功功率又倒送回电网系统，使母线电压升高。不论上述哪种情况出现，都会使母线的电压产生波动，对电网系统的安全性和稳定性产生负面的影响。大量无功功率使系统功率因数较低，影响发电机运行，占用电力系统的资源，浪费大量能源，使设备效率降低甚至影响设备的正常工作。电容器补偿装置中所用的功率电子器件通常选用的是晶闸管，这就使得电路的功率因数通常较低（075左右），从补偿效果上说，当系统电压变化较大时，并联电容器补偿效果不理想。

SVC动态无功补偿装置可以实现一个正弦波周期内作出响应，因此其补偿跟随性好。而且，SVC补偿装置不但可以补偿感性无功，而且可以补偿容性无功。但是SVC系统输出必须增加滤波器，因为SVC本身会产生一定量的谐波，如TCR型，其自身所产的5、7次特征次谐波比较大。但总体来说SVC动态无功补偿装置具有以下明显优点：

（1）改善电压控制，使系统电压维持在一定水平；

（2）提高短路故障下电网静态和动态稳定性；

（3）降低暂时过电压；

（4）阻尼系统的低频和次同步振荡；

（5）减小电压和电流的不平衡；

（6）抑制系统谐波，提高电能质量；

（7）提高功率因数。

4 结论

从总无功补偿容量上看，并联电容器静态无功补偿仍然是现在国内外主要的无功补偿方式，并且广泛的用于输电系统中，但是其弊端也越发的显现，尤其在煤矿电网系统中，负载变化大，频率快，并联电容器静态无功补偿已经很难满足煤矿电网的安全要求。而SVC动态无功补偿技术随便电力电子技术的发展，已经越发的成熟，弥补了静态无功补偿的种种不足，在解决煤矿电网无功补偿这一难题中，发挥着越来越重要的作用。

参考文献

［1］王兆安等谐波抑制和无功功率补偿［M］北京:机械工业出版社，1998.

［2］刘永超等国内外无功补偿装置的发展历程、现状及趋势［J］工程技术，2005.

［3］

黄东南，王国金，盛志波等静止无功补偿装置在电网中的应用［J］

电气时代，2009.

［4 ］

靳龙章电网无功补偿实用技术［M］北京:中国水利出版社，1997.