摘要:随着我国电力事业的不断发展,改善电能质量成为电力部门和用户急待解决的问题。这里针对煤矿领域的实际应用,设计了矿用静止型动态无功补偿器(SVC),并针对目前 SVC 电流采集引线较长导致的干扰问题提出了一种装置,即电流霍尔就地采集系统。通过仿真可知,基于该电流采集系统的 SVC 能有效改善动态补偿功率因数。实现动态补偿谐波过程，防止电压波动并实现节能降耗,为矿用生产提供了参考价值。

关键词:静止无功补偿器:电流采集;动态补偿

1背景

在高容量大型机械广泛使用的今天，煤矿原煤产量幅度的不断提高是以电气设备总容量的增加为前提的,具体表现是设备功率明显加大,供电距离加长。在煤炭行业电力用户中,负荷多为感性的交直流传动设备，启停时对电网产生巨大的无功冲击,运行时消耗大量无功功率。因此,煤矿井下负荷的平均功率因数约为0.65，使得供电设备和供电设施的利用率降低，并且大大增加了供电线路的功率损耗。同时,煤矿电网中还含有很多的非线性负荷,运行时产生大量谐波电流,导致电网电压畸变,严重地影响了供电质量,且大大增加了设备损耗,易造成设备的频繁停机甚至瘫痪,给煤矿生产造成了危害和安全隐患。

目前煤矿企业所采取的补偿方式普遍为无功补偿电容器，这种补偿方式主要是靠人工进行调节,容易出现无功功率过补和欠补的现象,从而制约了矿井的安全、稳定生产。随着电力电子技术的发展，基于大功率电力电子器件高频开关的SVC 得到发展，它凭借其不仅能动态补偿功率因数,降低线损,而且能动态补偿谐波,电压波动,改善电能质量,因此逐渐成为煤矿企业的新选择。目前国内10kV及35 kV等级的SVC产品由于抗干扰能力较差，功率电路往往距离控制器较远,装置电流采集引线过长,导致系统有较大的误差电流。当SVC 输出电流较小时,误差电流的影响就显得尤其严重,会导致 SVC 频繁大幅度调节,甚至在零无功左右振荡,无法正常并网。针对这种情况，在此提出一种基于电流霍尔就地采集系统的 SVC,用于煤矿企业的无功补偿电流霍尔就地采集系统避免了长距离引线的使用,有较强的抗干扰能力,较大地提高了电流的采集精度。该SVC 能较好地满足煤矿企业对无功补偿的需求,确保煤矿生产的可靠性和安全性。

2 SVC原理及结构

如图1所示,电网电压和SVC输出的交流电压用us和ui表示,则连接电抗上的电压即为us与ui的向量差，而X的电流可由uL来控制改变ui的幅值及其相对于us的相位，就可改uL变比，从而控制SVC从电网吸收电流的相位和幅值，也就控制了SVC吸收无功功率的性质和大小。

图1 SVC工作原理

在当前的电力电子技术发展程度及工艺条件下,高压 SVC 的主电路可采取3 种方案:变压器串联多重化方案、开关器件串联三电平方案及链式方案。由于前两种方案存在不足,故采用链式结构成为此处所研制SVC装置。链式SVC目前有3种主电路结构:星形结构、三角形结构与星形三角混合结构，如图1所示。由于星形结构可补偿无功、谐波需要串联的H。
桥仅为三角形结构的因此这里选择星形结构作为SVC主电路的基本结构，如图2所示

图2 SVC基本结构图

3 电流霍尔就地采集系统

这里提出一种高精度、抗干扰能力强、光纤数字化传输的SVC 电流霍尔就地采集系统。该系统可同时采集多路装置电流，由控制器统一发出同步信号,然后启动 A/D 转换,得到采集后的电流数据通过光纤将数据传回控制器。以便用于控制和调节,对系统的无功进行更准确的补偿,从而达到对系统电压更稳定的控制[4]

图3示出SVC 电流霍尔就地采集系统结构

图3 电流霍尔就地采集系统结构图

其中电源部分采用较高精度的 AC/DC 模块对外的交流接口电源为 220V,AC/DC 电源输出为5V,+15V电源。其中5V用于控制系统与光纤部分,15V电源用于霍尔的供电与信号的调理放大及过流检测部分。

该系统运行时,SVC电流通过霍尔输入到信号调理放大器,经过调理使之满足A/D采集的允许范围,接着通过跟随器进入 A/D,同时该电流也用于系统的硬件过流保护，硬件过流保护值可根据过流保护值所对应的电压值，通过调节电阻参数来选定。电压比较的输出信号进入复杂可编程逻辑器件用于封锁对外的输出，上报控制器故障该保护同时也可对模拟部分的电源进行检测，一旦电源出现异常,立即上报故障,进行封锁同时封锁故障点数据,及时地定位到故障点。有效避免了由于故障给装置带来的其他问题和事故。光纤负责与控制器之间的数据交互。

4矿用SVC设计

4.1矿用SVC硬件设计

SVC总体结构中主电路由24个功率单元构成,每个单元为2组ICBT(1700V/300 A)X=11.5mH。具体参数及标准为:额定容量1200 kvar;额定电压6kV;工作频率5 Hz;响应时间不大于10 ms;防尘;并网时不产生冲击电流;输出电压总谐波畸变率满足国家标准;使用环境-10~60℃。

防尘设计能有效防止矿用环境下粉尘对设备的影响,主要防尘措施有在通风口增加过滤棉网电路板表层做绝缘漆喷漆处理，减小设备对外开孔尺寸,设计时加大设备内部的绝缘间距等以保证设备在高粉尘环境能正常稳定运行

4.2矿用SVC软件设计

矿用SVC的核心控制器选用数字信号处理器STM320F2812。SVC控制流程如图4所示功率模块设置PWM频率为600 kHz链式输出的等效开关频率为9.6kHz，并在IGBT的控制脉冲中设置死区时间4.2us。

5安科瑞APF有源滤波器产品选型

5.1产品特点

（1）DSP+FPGA控制方式，响应时间短，全数字控制算法，运行稳定；

（2）一机多能，既可补谐波，又可兼补无功，可对2～51次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿；

（3）具有完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能；

（4）模块化设计，体积小，安装便利，方便扩容；

（5）采用7英寸大屏幕彩色触摸屏以实现参数设置和控制，使用方便，易于操作和维护；

（6）输出端加装滤波装置，降低高频纹波对电力系统的影响；

（7）多机并联，达到较高的电流输出等级；

（8）拥有自主专利技术。

5.2型号说明

 

 

AZC系列智能电容器选型：

AZCL系列智能电容器选型：

6.3产品实物展示

  
AZC系列智能电容模块AZCL系列智能电容模块