矿用静止无功发生器%28SVG%29在煤矿井下应用研究.pdf

160/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备0 引言在煤矿井下的电力系统中，电能质量的稳定与可靠对于煤矿生产设备的正常运行至关重要。然而，传统的电力系统普遍存在电压波动、频率变化和谐波干扰等问题，这些问题严重影响了电力系统的安全性和稳定性。为了解决这些问题，矿用静止无功发生器(SVG)作为一种高效的无功补偿设备被广泛应用于煤矿井下电力系统中。1 矿用静止无功发生器(SVG)的基本原理与特点1.1 定义和作用静止无功发生器(SVG)是一种用于电力系统的无功补偿设备，是一种通过实时检测电压和电流的相位差，并通过控制功率电子器件实现功率因数调节和无功功率的补偿的设备。其重要作用主要体现如下：第一，通过控制功率电子器件，可以实现对电力系统功率因数的精确调节。SVG 能够监测电力系统中的功率因数，并根据设定的控制策略及时提供无功功率补偿，使得电力系统的功率因数始终保持在合理范围内。提高电力系统运行效率的同时，减少了设备的能耗和电网的损耗。第二，提供快速无功功率补偿，改善电网的稳定性。SVG 能够实时监测电压和电流的波形，并通过控制器实现快速响应，及时提供无功功率补偿。这样可以抑制电压波动，减小电网的电压偏差，使得电网保持稳定运行状态。由于其响应速度快、动态性能好，SVG 还能够对电网中的瞬时故障进行响应，从而提高电力系统的可靠性。第三，抑制谐波。在煤矿井下的电力系统中，非线性负载会引起谐波的产生，这些谐波会导致电压扭曲、设备损坏等问题。SVG 具有激励特性，能够主动监测并消除电源或负载侧的谐波电流。通过内部控制器和滤波装置，实时检测电流中的谐波成分，并通过逆变器产生与谐波相消的电流，从而抑制谐波的干扰。这样可以保持电力系统的电压稳定，减少谐波对设备和电网的不良影响。1.2 矿用 SVG 的主要工作原理矿用静止无功发生器(SVG)的主要工作原理是基于电子器件的控制技术和无功功率的补偿原理。在电压检测阶段，SVG 通过电压传感器实时监测电力系统的电压波形。电压传感器将检测到的电压信号转换成与电压大小成比例的电压信号，并将其输入到控制系统中进行处理。在无功电流生成阶段，控制系统采用高速数字信号处理器（DSP）或其他控制器对电压信号进行分析和处理。通过与事先设定的目标值进行比较和计算，控制系统确定所需的无功功率，并通过控制开关装置，控制无功电流的大小和相位角。在逆变输出阶段，SVG 采用两级式逆变器将直流电压转换为交流电压输出。通过 PWM 信号调制技术（脉宽矿用静止无功发生器(SVG)在煤矿井下应用研究杜世友（贵州安和永驻科技有限公司，贵州贵阳 550001）摘要：随着现代煤矿井下电力系统对电能质量要求日益提高，矿用静止无功发生器(SVG)作为一种无功补偿设备，在煤矿井下应用中具有重要的意义。本文围绕矿用 SVG 在煤矿井下的应用进行研究，从静止无功发生器(SVG)的定义和作用、主要工作原理以及在煤矿井下的应用方面进行详细描述与分析。关键词：矿用静止无功发生器(SVG)；电能质量；无功补偿；电压稳定控制2023.9 矿业装备/161调制），逆变器将直流电压转换为具有可控幅值和可控频率的交流电压。这个交流电压反向连接到电力系统中，实现对电力系统的无功功率补偿。矿用 SVG 的主要特点包括：矿用 SVG 具有快速响应和高精度的无功补偿能力。由于采用了先进的控制技术，矿用 SVG 能够实时监测电网的无功功率需求，并能够在毫秒级别快速响应并提供所需的无功功率补偿。同时，矿用 SVG 具有较高的补偿精度，能够准确地控制无功电流的大小和相位，以满足电力系统的工作要求。矿用 SVG 具有广泛的容量范围和可调节性。根据不同的矿井电网需求，矿用 SVG 的容量可以从几十千伏安到数百千伏安不等。通过调整控制参数，矿用 SVG 可以灵活地适应不同运行条件下的无功功率补偿要求。矿用SVG 具有较低的损耗和高效率。采用了先进的电子元器件和高效的逆变技术，矿用 SVG 能够实现较低的能量损耗，提高电力系统的运行效率，并降低运行成本。矿用 SVG 还具有对电网电压的稳定性和谐波抑制能力。通过控制无功电流的大小和相位，矿用 SVG 能够稳定地维持电力系统的电压。同时，矿用 SVG 通过引入逆变器和滤波器等装置，能够有效地抑制电力系统中的谐波，提高电网的电能质量。2 矿用静止无功发生器(SVG)在煤矿井下应用2.1 煤矿井下电力系统的无功补偿煤矿井下电力系统的无功补偿是指通过矿用静止无功发生器(SVG)对煤矿井下电力系统中的无功功率进行调节和补偿。在煤矿井下电力系统中，无功功率的存在会导致功率因数下降、能量浪费和电力设备损耗增加等问题，对系统的稳定运行和电能质量产生不利影响1。因此，矿用 SVG 的应用可以有效地解决这些问题，并提升电力系统的运行效率和可靠性。第一，煤矿井下电力系统中的无功功率主要来自于电动机、变压器和其他感性负载等设备的运行。这些设备在工作过程中会消耗一定的无功功率，导致电网的功率因数下降。过低的功率因数会造成电网电压波动、电力设备过热、线路损耗增加等问题。通过矿用 SVG 对电力系统中的无功功率进行补偿，可以提高功率因数，降低系统的电网损耗和电力设备的额定容量需求，提高电力系统的供电能力。第二，煤矿井下电力系统中的无功功率补偿还可以增加电力系统的稳定性和可靠性。无功功率的存在会导致电网电压的不稳定和谐波的产生。矿用 SVG 通过实时监测电网的工作状态，并根据需求生成相应的无功电流进行补偿，使得电网的电压保持稳定，并有效地抑制谐波的产生。这样可以提高电力系统的工作稳定性，避免电力设备的故障和损坏，减少供电中断和停产的风险。第三，煤矿井下电力系统中的无功补偿还可以改善电能质量。无功功率的存在会导致电力系统中的电压波动和谐波扭曲，影响电能的供应质量。矿用 SVG 通过对电力系统中的无功功率进行补偿，可以提高电网的电压稳定性和频率稳定性，减少电网波动，进一步消除谐波，提高电能的供应质量。这对煤矿生产设备的正常运行和电力用户的用电质量都有着重要的意义。2.2 矿用 SVG 在煤矿井下的电压稳定控制在煤矿井下电力系统中，电压的稳定性对保证矿井的正常生产和设备运行至关重要。矿用 SVG 通过实时监测电力系统的电压状况，对其进行调节和控制，以确保电力系统稳定运行。通过内置的电压传感器，SVG 可以即时获得电力系统的电压值，并将其反馈给控制系统。当电压出现过高或过低的情况时，SVG 能够立即响应并进行相应的调节。这种实时的电压监测和控制手段有效地预防了电力系统电压的过高或过低，从而保障了矿井电力系统的稳定供电2。矿用 SVG 通过调节无功电流的大小和相位，对电力系统的电压进行稳定控制。当电网电压波动或负载变化引起电压的不稳定时，矿用 SVG 会根据设定的控制策略生成相应的无功电流，通过与系统电压进行耦合来调节电压。在电力系统中，无功电流与电压之间存在明确的相位关系，通过调整无功电流的相位，矿用 SVG 能够实现电压的快速调节和稳定控制。当电力系统发生突发故障时，如负载突然增加或设备故障导致电压下降等情况，矿用 SVG 能够迅速响应并通过补偿无功功率来调节电压，以维持系统的稳定运行。这种快速响应和调节能力有效地避免了过低的电压对设备运行和矿井生产的影响。在煤矿井下的电力系统中，由于各种非线性负载的存在，谐波问题普遍存在。这些谐波会导致电压扭曲和不稳定。矿用 SVG 通过产生反向的谐波电流，与谐波电流进行抵消，从而减小谐波对电压的影响，提高电压的稳定性。2.3 矿用 SVG 在煤矿井下的功率因数调整功率因数是电力系统中的一个重要参数，反映了有功与无功功率之间的关系。通过使用矿用 SVG 进行功率因数调整，可以实现对煤矿井下电力系统的功率因数进162/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备统中的谐波电流。通过使用矿用 SVG 内置的谐波滤波器，可以选择性地过滤掉特定频率的谐波电流，从而有效减小谐波对电力系统的影响。矿用 SVG 所采用的滤波器结构和设计，能够满足煤矿井下电力系统中谐波谱分布的要求，确保谐波抑制效果的有效性和可靠性。2.5 矿用 SVG 在煤矿井下的电能质量改善在煤矿井下的电力供应中，存在着电压波动、频率变化、谐波干扰等问题，通过使用矿用 SVG 进行电能质量改善，可以有效解决这些问题，提高电力系统的可靠性和稳定性。矿用 SVG 通过监测电力系统的电压，并根据设定的控制策略，及时提供电流补偿，以维持电压的稳定性。这样可以确保电力设备在正常工作范围内，避免电压过高或过低对设备的损坏。并且矿用 SVG 还可以对电力系统中的频率变化进行调节和控制，从而改善电能质量。在煤矿井下的电力供应中，电源频率的稳定性对于电力设备的正常运行至关重要4。矿用 SVG 通过监测电力系统的频率，并根据设定的控制参数进行响应，提供相应的频率补偿，确保电力供应的稳定性。这样可以避免频率变化对设备的干扰和损害，提高电能质量。3 结束语矿用静止无功发生器(SVG)作为一种先进的无功补偿设备，在煤矿井下应用中具有重要的意义。通过对矿用 SVG 的基本原理与特点进行阐述，可以更好地理解其在煤矿井下电力系统中的作用。矿用 SVG 可以实现无功补偿、电压稳定控制、功率因数调整和谐波抑制等功能，从而改善电力系统的电能质量，提高电力供应的可靠性和稳定性。行优化和控制。无功功率是电力系统中不产生功率输出的电能，而只是在输送过程中消耗电力设备和线路的能量。当电力系统的功率因数较低时，说明存在较多的无功功率，这会导致电网的负载能力降低、线路损耗增加以及电力设备的过载等问题。矿用 SVG 通过检测电力系统的功率因数，并根据设定的控制策略，补偿相应的无功功率，从而提高功率因数，优化电力系统的运行效率。矿用 SVG 在煤矿井下的功率因数调整还可以提高电力系统的供电能力。例如，在煤矿生产设备启动和停止过程中，往往会产生较大的动态负荷变化，导致电力系统的功率因数下降。在这种情况下，矿用 SVG 可以快速响应并对无功功率进行精准调节，以保持电力系统的功率因数在合理范围内，并提供稳定的供电能力。根据能源守恒定律，电力系统的有功功率与无功功率之和为视在功率，而实际产生的有功功率是为了满足负载需求。若电力系统中存在过多的无功功率，则在视在功率不变的情况下，有功功率的比例就会降低，相应的能源浪费就会增加。通过使用矿用 SVG 控制和补偿无功功率，可以提高电力系统的功率因数，减少无效能量的消耗，提高能源的利用效率。2.4 矿用 SVG 在煤矿井下的谐波抑制在煤矿井下的电力系统中，由于各种非线性负载的存在，谐波问题普遍存在。这些谐波电流会导致电压扭曲、设备损坏和系统的不稳定等问题。通过使用矿用SVG 进行谐波抑制，可以有效减少谐波对电力系统的影响，提高系统的可靠性和稳定性。谐波电流产生的主要原因是非线性负载在工作过程中引起的电流畸变3。矿用 SVG 通过控制自身的输出电流，可以根据谐波电流的特点产生相应的反向谐波电流，并与谐波电流进行抵消。这种谐波电流的主动抑制方式，能够有效地减小煤矿井下电力系统中谐波电流的幅值，缓解谐波对电力设备和电网的不良影响。矿用 SVG 还可以通过提供无功功率的调节和控制，减少谐波电流对电网电压的影响。在煤矿井下的电力系统中，谐波电流会导致电网电压的扭曲和下降。矿用SVG 通过调整自身的无功功率设定值，可以产生相应的无功电流，并与系统电压进行耦合，以提高电网的稳定性和电压质量。通过减小谐波电流对电压的影响，矿用SVG 能够保持电力系统的电压稳定，避免过低或过高的电压对设备运行的不良影响。矿用 SVG 还具备滤波器的作用，可以过滤掉电力系参考文献1 郭志强.矿用静止无功发生器(SVG)在煤矿井下应用研究J.同煤科技,2019(1):31-33.2 闫鑫,兰志恒,郭佐宁等.链式静止无功发生器在煤矿的应用 J.煤矿机电,2016(2):94-96.3 申小伟,姚慧,王碧清等.矿用静止无功发生器单极倍频调制策略 J.电气开关,2016,54(1):106-108.4 尹承山,王向阳,刘国.矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器在煤矿的安装与应用J.山东煤炭科技,2014(9):101-102.