静止无功发生器（SVG）装置在煤矿中的应用

摘 要：煤矿供电系统中矿井提升机无功的变化频繁，产生电压波动及谐波，造成电网功率因数低下，污染电网。文中概述了针对这一系列危害的治理方法——加装静止无功发生器（SVG）装置。并以某煤矿为例，详细介绍了SVG的原理及设计方法，并通过系统仿真进一步确认了该设计的正确性和可行性。

关键词：静止无功发生器；谐波；有源滤波；电压波动；功率因数

1 SVG装置的工作原理

1.1 一般电力系统用户负荷吸收有功功率PL和无功功率QL

电源提供有功功率PS和无功功率QS（可能感性无功，也可能是容性无功），忽略变压器和线路损耗，则有PS=PL，QS=QL。没有无功吸收部分的电网存在以下几个问题：

（1）电网从远端传送无功；（2）负荷的无功冲击影响本地电网和上级电网的供电质量。

因此，电力系统一般都要求对用电负荷进行必要的无功补偿，以提高电力系统的带载能力，净化电网，提高电网电能质量。

1.2 SVG装置用于补偿无功

假设负荷消耗感性无功（一般工业用户都是如此）QL，此时控制SVG使其产生容性无功功率，并取QSVG=QL，这样在负荷波动过程中，就可以保证：QS=QSVG-QL=0。

如果对电网等比较复杂的补偿对象而言，当需要向电网提供感性无功时，可以通过对SVG的控制，使其产生感性无功功率，并取QSVG=QC，这样在负荷波动过程中，仍然可以保证：QS=QSVG-QC=0。

此外，SVG在补偿系统无功功率达同时，几乎不产生谐波。更重要的是，SVG还可以对系统的谐波、不平衡等电能质量问题进行多功能综合补偿，实现有源滤波（APF）的功能。

1.3 SVG用于有源滤波

谐波源一般为非线性负荷，如整流器、带有整流环节的变频器及大量带有开关器件的设备等，产生谐波电流Ih；供电系统一般为被保护对象，也即要达到最终流入或流出系统的电流是谐波含量极少的正弦波，有时还有功率因数要求；有源滤波装置表现为流控电流源，它的作用是产生和谐波源谐波电流有相同幅值而相位相反的补偿电流-Ih，来达到消除谐波的目的。与无源滤波装置相比，有源滤波器是一种主动型的补偿装置，具有较好的动态性能。

1.4 SVG的基本原理

所谓SVG（Static Var Generator），就是专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。

2.2 功率因数

晶闸管电路的功率因数通常较低在0.75左右，需要进行无功补偿。

2.3 谐波电流对电气设备的危害

谐波电流会在电网阻抗上产生同频率的谐波电压，并叠加在电网正弦电压上，使电网电压发生畸变。畸变后的正弦电压施加在所有电器设备端，会给这些设备的正常工作带来危害，因为电气设备均按正弦电压设计制造，当电压有畸变时，将会使设备发热，力矩不稳，甚至损坏。主要表现为：

（1）谐波对旋转电机的影响

谐波对旋转电机的主要影响是产生附加损耗，其次产生机械振动，噪声和谐波过电压。

（2）谐波对供电变压器的影响

谐波对供电变压器的影响主要是产生附加损耗，温升增加，出力下降，影响绝缘寿命。

（3）谐波对变流装置的影响

交流电压畸变可能引起不可逆变流设备控制角的时间间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使变流器工作不稳定，而对逆变器则可能发生换流失败而无法工作，甚至损坏变流设备。

（4）谐波对电缆及并联电容器的影响

当产生谐波放大时，并联电容器将因过电流及过电压而损坏，严重时将危及整个供电系统的安全运行。

（5）谐波对通信产生干扰，使电度计量产生误差。

（6）谐波对继电保护自动装置和计算机等也将产生不良影响。

为了保证所有电气设备的正常工作，消除或减少电网污染，世界各国都开展了深入的谐波研究工作，并制定出了相应的规程标准。对于谐波问题，我国最初于1984年颁布了《电力系统谐波管理暂行规定》，规定了电网谐波的允许值。又于1993年颁布了谐波管理的国家标准《电能质量 公用电网谐波》GB/T14549-93。

3 设计依据

3.1 供电系统概况

3.2 主要谐波源

副井为混合井，装备2套绞车，配1250kW和1600kW的直流电动机，反并联的晶闸管整流器直流供电，采用纯12脉动、全数字控制，磁场回路由6脉动晶闸管整流器直流供电。正常运行时12脉动，故障时6脉动可减半功率运行。

矿井副井提升机总负荷约2850kW，正常运行时全部放在变电所6kV I段母线上，另外还有11000kW功率因数为0.8的其他负荷。

4 SVG方案设计

晶闸管变流器直流供电的副井和矸石井绞车是6kV母线上的主要冲击负荷。绞车重载提升起动时，以较大的起动转矩拖动绞车电机从静止状态开始加速，产生最大的无功冲击，使供电系统出现很大的电压波动和幅值很大的谐波电流，此时功率因数很低仅0.1～0.2左右。在稳定运行阶段无功负荷减少，功率因数提高：副井绞车为0.75左右。

4.1 副井绞车最大无功冲击（感性）

副井绞车在重载提升起动时，起动转矩（起动电流）约为电机额定转矩（额定电流）的1.6倍。电动机额定功率为Pe=1600kW，参照同类设备的电机、供电变压器参数，计算出副井绞车起动时最大视在功率为：

5 结束语

从本煤矿项目SVG投运后的效果看出，静止无功发生器（SVG）装置是一种节能设备，对矿井负荷产生的谐波电流、电压波动等引起供电电能质量问题起到很好的治理效果。从企业效益及社会效益考虑，选择技术成熟先进的静止无功发生器（SVG）装置，作为煤矿供电系统提高电能质量的手段是目前非常行之有效的方法。

参考文献

[1]钢铁企业电力设计手册[M].冶金工业出版社.

[2]GB/T14549-93.中华人民共和国国家标准.电能质量 公用电网谐波[S].

[3]GB12326-90.中华人民共和国国家标准.电能质量 电压允许波动和闪变[S].

[4]吴竞昌，孙树勤，宋文南，等.电力系统谐波[Z].

作者简介：王钰博（1987，3-），男，毕业于英国约克大学电子工程专业，硕士学位，现在在大同煤矿集团同发东周窑矿工作，助理工程师。endprint

摘 要：煤矿供电系统中矿井提升机无功的变化频繁，产生电压波动及谐波，造成电网功率因数低下，污染电网。文中概述了针对这一系列危害的治理方法——加装静止无功发生器（SVG）装置。并以某煤矿为例，详细介绍了SVG的原理及设计方法，并通过系统仿真进一步确认了该设计的正确性和可行性。

关键词：静止无功发生器；谐波；有源滤波；电压波动；功率因数

1 SVG装置的工作原理

1.1 一般电力系统用户负荷吸收有功功率PL和无功功率QL

电源提供有功功率PS和无功功率QS（可能感性无功，也可能是容性无功），忽略变压器和线路损耗，则有PS=PL，QS=QL。没有无功吸收部分的电网存在以下几个问题：

（1）电网从远端传送无功；（2）负荷的无功冲击影响本地电网和上级电网的供电质量。

因此，电力系统一般都要求对用电负荷进行必要的无功补偿，以提高电力系统的带载能力，净化电网，提高电网电能质量。

1.2 SVG装置用于补偿无功

假设负荷消耗感性无功（一般工业用户都是如此）QL，此时控制SVG使其产生容性无功功率，并取QSVG=QL，这样在负荷波动过程中，就可以保证：QS=QSVG-QL=0。

如果对电网等比较复杂的补偿对象而言，当需要向电网提供感性无功时，可以通过对SVG的控制，使其产生感性无功功率，并取QSVG=QC，这样在负荷波动过程中，仍然可以保证：QS=QSVG-QC=0。

此外，SVG在补偿系统无功功率达同时，几乎不产生谐波。更重要的是，SVG还可以对系统的谐波、不平衡等电能质量问题进行多功能综合补偿，实现有源滤波（APF）的功能。

1.3 SVG用于有源滤波

谐波源一般为非线性负荷，如整流器、带有整流环节的变频器及大量带有开关器件的设备等，产生谐波电流Ih；供电系统一般为被保护对象，也即要达到最终流入或流出系统的电流是谐波含量极少的正弦波，有时还有功率因数要求；有源滤波装置表现为流控电流源，它的作用是产生和谐波源谐波电流有相同幅值而相位相反的补偿电流-Ih，来达到消除谐波的目的。与无源滤波装置相比，有源滤波器是一种主动型的补偿装置，具有较好的动态性能。

1.4 SVG的基本原理

所谓SVG（Static Var Generator），就是专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。

2.2 功率因数

晶闸管电路的功率因数通常较低在0.75左右，需要进行无功补偿。

2.3 谐波电流对电气设备的危害

谐波电流会在电网阻抗上产生同频率的谐波电压，并叠加在电网正弦电压上，使电网电压发生畸变。畸变后的正弦电压施加在所有电器设备端，会给这些设备的正常工作带来危害，因为电气设备均按正弦电压设计制造，当电压有畸变时，将会使设备发热，力矩不稳，甚至损坏。主要表现为：

（1）谐波对旋转电机的影响

谐波对旋转电机的主要影响是产生附加损耗，其次产生机械振动，噪声和谐波过电压。

（2）谐波对供电变压器的影响

谐波对供电变压器的影响主要是产生附加损耗，温升增加，出力下降，影响绝缘寿命。

（3）谐波对变流装置的影响

交流电压畸变可能引起不可逆变流设备控制角的时间间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使变流器工作不稳定，而对逆变器则可能发生换流失败而无法工作，甚至损坏变流设备。

（4）谐波对电缆及并联电容器的影响

当产生谐波放大时，并联电容器将因过电流及过电压而损坏，严重时将危及整个供电系统的安全运行。

（5）谐波对通信产生干扰，使电度计量产生误差。

（6）谐波对继电保护自动装置和计算机等也将产生不良影响。

为了保证所有电气设备的正常工作，消除或减少电网污染，世界各国都开展了深入的谐波研究工作，并制定出了相应的规程标准。对于谐波问题，我国最初于1984年颁布了《电力系统谐波管理暂行规定》，规定了电网谐波的允许值。又于1993年颁布了谐波管理的国家标准《电能质量 公用电网谐波》GB/T14549-93。

3 设计依据

3.1 供电系统概况

3.2 主要谐波源

副井为混合井，装备2套绞车，配1250kW和1600kW的直流电动机，反并联的晶闸管整流器直流供电，采用纯12脉动、全数字控制，磁场回路由6脉动晶闸管整流器直流供电。正常运行时12脉动，故障时6脉动可减半功率运行。

矿井副井提升机总负荷约2850kW，正常运行时全部放在变电所6kV I段母线上，另外还有11000kW功率因数为0.8的其他负荷。

4 SVG方案设计

晶闸管变流器直流供电的副井和矸石井绞车是6kV母线上的主要冲击负荷。绞车重载提升起动时，以较大的起动转矩拖动绞车电机从静止状态开始加速，产生最大的无功冲击，使供电系统出现很大的电压波动和幅值很大的谐波电流，此时功率因数很低仅0.1～0.2左右。在稳定运行阶段无功负荷减少，功率因数提高：副井绞车为0.75左右。

4.1 副井绞车最大无功冲击（感性）

副井绞车在重载提升起动时，起动转矩（起动电流）约为电机额定转矩（额定电流）的1.6倍。电动机额定功率为Pe=1600kW，参照同类设备的电机、供电变压器参数，计算出副井绞车起动时最大视在功率为：

5 结束语

从本煤矿项目SVG投运后的效果看出，静止无功发生器（SVG）装置是一种节能设备，对矿井负荷产生的谐波电流、电压波动等引起供电电能质量问题起到很好的治理效果。从企业效益及社会效益考虑，选择技术成熟先进的静止无功发生器（SVG）装置，作为煤矿供电系统提高电能质量的手段是目前非常行之有效的方法。

参考文献

[1]钢铁企业电力设计手册[M].冶金工业出版社.

[2]GB/T14549-93.中华人民共和国国家标准.电能质量 公用电网谐波[S].

[3]GB12326-90.中华人民共和国国家标准.电能质量 电压允许波动和闪变[S].

[4]吴竞昌，孙树勤，宋文南，等.电力系统谐波[Z].

作者简介：王钰博（1987，3-），男，毕业于英国约克大学电子工程专业，硕士学位，现在在大同煤矿集团同发东周窑矿工作，助理工程师。endprint

摘 要：煤矿供电系统中矿井提升机无功的变化频繁，产生电压波动及谐波，造成电网功率因数低下，污染电网。文中概述了针对这一系列危害的治理方法——加装静止无功发生器（SVG）装置。并以某煤矿为例，详细介绍了SVG的原理及设计方法，并通过系统仿真进一步确认了该设计的正确性和可行性。

关键词：静止无功发生器；谐波；有源滤波；电压波动；功率因数

1 SVG装置的工作原理

1.1 一般电力系统用户负荷吸收有功功率PL和无功功率QL

电源提供有功功率PS和无功功率QS（可能感性无功，也可能是容性无功），忽略变压器和线路损耗，则有PS=PL，QS=QL。没有无功吸收部分的电网存在以下几个问题：

（1）电网从远端传送无功；（2）负荷的无功冲击影响本地电网和上级电网的供电质量。

因此，电力系统一般都要求对用电负荷进行必要的无功补偿，以提高电力系统的带载能力，净化电网，提高电网电能质量。

1.2 SVG装置用于补偿无功

假设负荷消耗感性无功（一般工业用户都是如此）QL，此时控制SVG使其产生容性无功功率，并取QSVG=QL，这样在负荷波动过程中，就可以保证：QS=QSVG-QL=0。

如果对电网等比较复杂的补偿对象而言，当需要向电网提供感性无功时，可以通过对SVG的控制，使其产生感性无功功率，并取QSVG=QC，这样在负荷波动过程中，仍然可以保证：QS=QSVG-QC=0。

此外，SVG在补偿系统无功功率达同时，几乎不产生谐波。更重要的是，SVG还可以对系统的谐波、不平衡等电能质量问题进行多功能综合补偿，实现有源滤波（APF）的功能。

1.3 SVG用于有源滤波

谐波源一般为非线性负荷，如整流器、带有整流环节的变频器及大量带有开关器件的设备等，产生谐波电流Ih；供电系统一般为被保护对象，也即要达到最终流入或流出系统的电流是谐波含量极少的正弦波，有时还有功率因数要求；有源滤波装置表现为流控电流源，它的作用是产生和谐波源谐波电流有相同幅值而相位相反的补偿电流-Ih，来达到消除谐波的目的。与无源滤波装置相比，有源滤波器是一种主动型的补偿装置，具有较好的动态性能。

1.4 SVG的基本原理

所谓SVG（Static Var Generator），就是专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。

2.2 功率因数

晶闸管电路的功率因数通常较低在0.75左右，需要进行无功补偿。

2.3 谐波电流对电气设备的危害

谐波电流会在电网阻抗上产生同频率的谐波电压，并叠加在电网正弦电压上，使电网电压发生畸变。畸变后的正弦电压施加在所有电器设备端，会给这些设备的正常工作带来危害，因为电气设备均按正弦电压设计制造，当电压有畸变时，将会使设备发热，力矩不稳，甚至损坏。主要表现为：

（1）谐波对旋转电机的影响

谐波对旋转电机的主要影响是产生附加损耗，其次产生机械振动，噪声和谐波过电压。

（2）谐波对供电变压器的影响

谐波对供电变压器的影响主要是产生附加损耗，温升增加，出力下降，影响绝缘寿命。

（3）谐波对变流装置的影响

交流电压畸变可能引起不可逆变流设备控制角的时间间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使变流器工作不稳定，而对逆变器则可能发生换流失败而无法工作，甚至损坏变流设备。

（4）谐波对电缆及并联电容器的影响

当产生谐波放大时，并联电容器将因过电流及过电压而损坏，严重时将危及整个供电系统的安全运行。

（5）谐波对通信产生干扰，使电度计量产生误差。

（6）谐波对继电保护自动装置和计算机等也将产生不良影响。

为了保证所有电气设备的正常工作，消除或减少电网污染，世界各国都开展了深入的谐波研究工作，并制定出了相应的规程标准。对于谐波问题，我国最初于1984年颁布了《电力系统谐波管理暂行规定》，规定了电网谐波的允许值。又于1993年颁布了谐波管理的国家标准《电能质量 公用电网谐波》GB/T14549-93。

3 设计依据

3.1 供电系统概况

3.2 主要谐波源

副井为混合井，装备2套绞车，配1250kW和1600kW的直流电动机，反并联的晶闸管整流器直流供电，采用纯12脉动、全数字控制，磁场回路由6脉动晶闸管整流器直流供电。正常运行时12脉动，故障时6脉动可减半功率运行。

矿井副井提升机总负荷约2850kW，正常运行时全部放在变电所6kV I段母线上，另外还有11000kW功率因数为0.8的其他负荷。

4 SVG方案设计

晶闸管变流器直流供电的副井和矸石井绞车是6kV母线上的主要冲击负荷。绞车重载提升起动时，以较大的起动转矩拖动绞车电机从静止状态开始加速，产生最大的无功冲击，使供电系统出现很大的电压波动和幅值很大的谐波电流，此时功率因数很低仅0.1～0.2左右。在稳定运行阶段无功负荷减少，功率因数提高：副井绞车为0.75左右。

4.1 副井绞车最大无功冲击（感性）

副井绞车在重载提升起动时，起动转矩（起动电流）约为电机额定转矩（额定电流）的1.6倍。电动机额定功率为Pe=1600kW，参照同类设备的电机、供电变压器参数，计算出副井绞车起动时最大视在功率为：

5 结束语

从本煤矿项目SVG投运后的效果看出，静止无功发生器（SVG）装置是一种节能设备，对矿井负荷产生的谐波电流、电压波动等引起供电电能质量问题起到很好的治理效果。从企业效益及社会效益考虑，选择技术成熟先进的静止无功发生器（SVG）装置，作为煤矿供电系统提高电能质量的手段是目前非常行之有效的方法。

参考文献

[1]钢铁企业电力设计手册[M].冶金工业出版社.

[2]GB/T14549-93.中华人民共和国国家标准.电能质量 公用电网谐波[S].

[3]GB12326-90.中华人民共和国国家标准.电能质量 电压允许波动和闪变[S].

[4]吴竞昌，孙树勤，宋文南，等.电力系统谐波[Z].

作者简介：王钰博（1987，3-），男，毕业于英国约克大学电子工程专业，硕士学位，现在在大同煤矿集团同发东周窑矿工作，助理工程师。endprint