svg动态无功补偿装置型号及参数（掘进机SVG动态无功补偿器的原理及仿真）

svg动态无功补偿装置型号及参数（掘进机SVG动态无功补偿器的原理及仿真）图3 相量图在图2所示的等效电路中，将连接电抗器视为纯电感，没有考虑其损耗及变流器的损耗，因此不必考虑从电网吸收有功能量。在这种情况下，只需使UI于Us同相，仅改变UI的幅值大小即可控制SVG从电网吸收的电流I是超前还是滞后90o，并且能控制该电流的大小。如图3所示，当UI大于Us时，电流超前系统电压90o SVG从系统吸收容性的无功功率；当UI小于Us时，电流滞后系统电压90o，SVG从系统吸收感性的无功功率。图1 SVG主电路结基本构图SVG的工作原理可以用如图2所示的单相等效电路说明。设电网电压和SVG输出的交流电压分别用相量Us和UI表示，则连接电抗X上的电压UL即为Us和UI的相量差，而连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。这个电流就是SVG从电网吸收的的电流I。因此，改变SVG交流侧输出电压UI的幅值及其相对于系统电压Us的相位，就可以改变连接电抗上的电压，从而控制SVG从电

本文介绍了掘进机SVG无功补偿器的基本原理，并详细的介绍了其控制方法，最后以1140V/200k var 掘进机SVG无功补偿器进行了仿真。

一、掘进机无功补偿的意义

随着煤矿向高产高效的集约化方向发展，采掘设备的大型化、重型化已经成为发展的必然趋势。掘进机械的装机容量不断上升，而矿井的特殊环境使得井下电网容量非常有限，在这种供电条件下，大功率掘进机电机的起停对电网产生很大的冲击，造成电网电压瞬时大幅跌落、功率因数下降、输电损耗增加等。而掘进机受电端电压的降低，引起电机输出转矩减小、设备出力不足，电机长期处于过流过热状态，使电机绝缘老化加速，直到烧坏，设备故障率增加，设备服务年限下降。尤其在供电距离比较长的情况下，这种现象更为严重，无功功率引起线路压降和线路损耗使得掘进机启动比较困难。

为解决这个难题，本文提出对掘进机实施动态无功补偿方案。既在掘进机的供电环节中加设先进的SVG动态无功补偿装置，实现掘进机柔性输电(FACTS)。动态无功补偿的效果可以提高和稳定掘进机受电端电压、保证供电线路功率因数近似等于一；可以提升掘进机性能的发挥，延长供电距离；减少电网投资、降低线路损耗以达到节能目的；为掘进机变频改造提供可行的技术支持。

二、SVG无功补偿的优点

动态无功补偿有SVG（静止无功发生器）和SVC(主要指晶闸管或接触器投切电容电抗器)两种类型，但它们的特性功能却存在着较大的差异。具体说来，SVG和SVC相比有下列优越性：

图1 SVG主电路结基本构图

SVG的工作原理可以用如图2所示的单相等效电路说明。设电网电压和SVG输出的交流电压分别用相量U_s和U_I表示，则连接电抗X上的电压U_L即为U_s和U_I的相量差，而连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。这个电流就是SVG从电网吸收的的电流I。因此，改变SVG交流侧输出电压U_I的幅值及其相对于系统电压U_s的相位，就可以改变连接电抗上的电压，从而控制SVG从电网吸收电流的相位和幅值，也就控制了SVG吸收无功功率的性质和大小。

图2 等效电路

在图2所示的等效电路中，将连接电抗器视为纯电感，没有考虑其损耗及变流器的损耗，因此不必考虑从电网吸收有功能量。在这种情况下，只需使U_I于U_s同相，仅改变U_I的幅值大小即可控制SVG从电网吸收的电流I是超前还是滞后90^o，并且能控制该电流的大小。如图3所示，当U_I大于U_s时，电流超前系统电压90^o SVG从系统吸收容性的无功功率；当U_I小于U_s时，电流滞后系统电压90^o，SVG从系统吸收感性的无功功率。

图3 相量图

四、掘进机无功电流的检测方式

三相电路瞬时无功功率理论首先有赤木泰文于1983年提出，此后逐渐完善，并在有源滤波和SVG的谐波和无功电流检测中得到了广泛的应用.其优点是实时性好，在只检测无功电流时，可以完全无延时地得出检测结果。

在检测掘进机无功电流时，采用了基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测方法，这种方法对电网的电压畸变不敏感，能够比较准确的检测出掘进机的无功电流，从而使SVG能够准确的补偿掘进机的基波无功电流。图4为无功电流的检测流程示意图。

图4 无功电流检测示意图

五、 掘进机SVG无功电流的控制方式

电流直接控制用电流瞬时值与瞬时无功参考电流指令比较，比较结果控制逆变器功率器的开关状态。电流直接控制有滞环比较、恒频三角波比较以及空间电压矢量等几种控制方式。该无功补偿器采用空间电压矢量控制方式。电流直接控制较间接控制有许多优点，具体讲主要表现在如下三个方面：

(1) 系统具有快速的瞬态响应：由于瞬时反馈的引入，控制系统对直流侧电压和交流侧电网电压波动迅速作出反应，保持输出电流跟随参考值；

(2) 系统稳定性较高：电感的电流控制环是一阶系统，无条件稳定；

(3) 可抑制负序引起的不良影响：电网负序电压存在时，因为无功电流指令是先用abc-dq0变换到瞬时I_q，再通过dq0-abc逆变换为三相瞬时电流，此时无功电流指令实际上是三相无功电流的平均值，因此，输出三相电流无功电流对称，流入直流侧电流脉动小，电压也比较平稳。图5为基于SVPWM调制的dq轴下的瞬时控制示意图：

图5 基于SVPWM调制的dq轴下的瞬时控制示意图

六、 掘进机SVG动态无功补偿器的仿真结果

为验证掘进机SVG动态无功补偿器原理的正确性，针对120掘进机(装机功率大约200kW，功率因数0.7)设计了1140V/200kvar的SVG无功补偿器进行了仿真，其仿真图如图6：

图6 SVG系统仿真图

SVG仿真结果如图7：

图7 SVG无功补偿器电压电流波形图

七、结论

本文着重介绍了掘进机SVG无功补偿器的控制原理，并在Simulink环境下做了仿真分析，从仿真结果看，SVG符合掘进机无功补偿的要求，为以后的设计奠定了良好的基础。

（本文选编自《电气技术》，作者为金江、张胜达。）