基于SVG的矿用3_3kV静止无功动态补偿装置的研究

(TCR)等几种形式,其中TCR+固定电容器组(FC)型SVC最为普遍,性能最优。它是利用可关断大功率电力电子器件(如IGBT)组成自换相桥式电路,通过调节电路交流侧输出电压的幅值和相位或者直接控制其交流侧电流,使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的[2]。但该类SVC只能提供容性无功,电压支撑能力较差,TCR产生较大谐波,必须配备相应滤波电路,结构较复杂。

MSC技术采用分级固定容量补偿方法,无法动态跟踪负载无功变化,不适应煤矿生产装备启停频繁、负荷变化大的特点。另外,有触点开关的频繁投切电抗器和电容器容易产生电火花,不易满足防爆要求。

SVG是无功补偿的重要发展方向,从本质上讲,SVG可以等效为大小可以连续调节的电容或电抗器,是当前技术条件下最为理想的无功补偿形式。1.2 SVG技术特点与煤矿井下适应性分析

与SVC相比,SVG技术具有以下适应于煤矿井下的工况特点:

(1)能够提供从感性到容性的连续、平滑、动态、快速的无功功率补偿,响应时间为5~10ms,适于跟踪冲击负荷。

(2)自身几乎不产生谐波,且能够对谐波进行宽幅有源滤波,还可抑制谐振,安全性与稳定性好。

(3)电压闪变抑制能力强,可以达到5 1甚至更高。

(4)具备较强的短时过载能力,无功补偿能力不受母线电压的影响,特别是当母线电压因无功冲击引起电压快速下降时,能迅速支撑电压,满足大功率负荷启动时的无功需求。

(5)体积小,单位体积功率密度高,方便移动。SVG不是采用大容量电抗器、电容器组成补偿和滤波元件,而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量交换,适合煤矿井下使用。

(6)运行损耗小,仅为同容量TCR型SVC的25%左右,温升低,对环境影响小,易于防爆。经过技术比较,本文重点对SVG技术在矿井的应用进行研究。2 补偿装置的设计

2.1 补偿装置总体方案

经过负荷分析,本文重点要解决采煤机、运输机等大容量负载的无功就地补偿问题;补偿位置设在

[3]

工作面配电中心移变二次侧,以减少变压器的阻抗影响,提高补偿效果;采用SVG+FC模式以降低成

本,SVG支路容量为-1200~+1200kVar。2.2 补偿装置结构设计

基于SVG的矿用3.3kV静止无功动态补偿装置结构如图1所示。该装置采用4个隔爆箱体(启动箱、功率单元箱、电抗器箱和电容器箱)组合的结构设计,FC支路容量为300kVar、600kVar、900kVar、1200kVar可选,

容量调整简单灵活。

图1 基于SVG的矿用3.3kV静止无功

动态补偿装置结构

2.3 功率单元结构及其工作原理

功率单元采用链式结构,多个两电平H桥电路串联起来,以达到电压叠加的目的。在3.3kV系统应用时,每相连接多个两电平逆变器模块。SVG由连接电抗器、逆变器组成,每相电路通过IGBT变流模块级联,经过连接电抗器直接接入3.3kV电网。SVG首先通过充电电阻对直流侧电容充电至预定值,之后充电接触器闭合以短接充电电阻,充电过程结束,补偿装置并入电网开始工作;并网一段时间后,将FC投入,主控制器根据母线侧电压、电流信号计算得出需补偿的谐波电流或无功电流,并生成逆变器所需的IGBT驱动信号,控制逆变器产生与负载谐波电流或无功电流幅值相等、相位相反的补偿电流,从而实现滤除谐波或补偿无功的目的。2.4 散热结构设计

散热设计是矿用补偿装置安全稳定运行的关键因素之一。对小容量IGBT模块的散热采用热管和强制风冷相结合的方式。IGBT模块固定在装置后部的散热基板上;温度继电器安装在每个热管的基板上,紧靠IGBT,以便有效地保护IGBT。散热机制分后部强制风冷和热管结合散热、顶部散热片散