煤矿供配电系统中无功补偿技术的应用.pdf

223 电力电子 Power Electronic 电子技术与软件工程 Electronic Technology Software Engineering 煤矿企业要加快发展，就要积极引进新的供配电系统。中国的 科学技术快速升级，供配电系统不断更新换代，在技术方面有了更 高的要求。供配电系统中应用于无功补偿技术，将两者充分结合， 系统的功率因数有所提高，当供配电系统处于运行状态的时候，无 功补偿起到了自动控制作用，可以降低供电变压器的损耗，输送线 路损坏率降低，而且还提高运行效率，供配电系统运行环境也因此 得到改善，保证系统的安全稳定运行，因此需要倍加重视。 1 无功补偿技术的基本介绍 供配电系统的运行环境要保持稳定，无功补偿是重要的前提条 件。在电力传输的时候，就有电能消耗的问题，使得供配电系统无 法保持稳定的运行状态，对供配电系统也会造成一定的影响。要保 证功率有较高的稳定性，就要做好无功补偿工作，就要有效地发挥 其电能向所需要的能量转化的功能 [1]。与无功功率相对应的是有功 功率，其将电能转化为化学能，将电能转化为声能，将电能转化为 热能，当能量转化完成后，使其做功。无功功率在能量转化的过程 中不需要消耗电力，而是对能量的形式予以转化，转化能量的周期 以及电能的周期。供配电系统运行的过程中，其运行水平与无功功 率具有直接相关性，无功功率平衡的情况下，供配电系统的电压水 平才能保持理想状态。从当前供配电系统的无功补偿情况来看，存 在一些无功功率变化比较频繁的设备，需要无功功率补偿，保证设 备的稳定可靠运行。 2 供配电系统无功补偿技术的应用 2.1 晶闸管控制电抗装置的应用 将两个晶闸管并联，然后与电抗器串联，连接为一个三角形。 所形成的这种电路连接到电网中，就可以起到交流调压器的作用， 承担电路接电感性负载。这种连接方法在实际中应用，在设计降压 变压器的时候，使用漏抗的电抗变压器，结合使用可控硅控制的电 抗变压器，就不需要变压器单独接入了，将断路器电抗变压器的次 绕组与高压线路之间直接连接，一次绕组连接到较小的电抗器上， 再连接到可控硅阀，对电抗变压器的第三绕组使用合适的回路，就 可以起到无功补偿的作用。比如，安装滤波器，就可以使得无功补 偿过程中所产生的谐波量减少。 如果单独运行 T 细胞受体，对无功功率起到吸收的作用，而无 功功率无法发出来，这是需要解决的问题。面对这样的问题，就需 要将并联电容器配合使用 T 细胞受体，就会形成无功补偿装置，根 据投切电容器的不同元件，可以将其划分为 T 细胞受体静止无功补 偿和固定电容器静止无功补偿 [2]。T 细胞受体配合使用断路器投切 电容器的静止无功补偿装置运行过程中， 发挥了T细胞受体的作用， 补偿器的反应速度加快，使用更加灵活。在当前的输电系统中以及 企业单位对这种补偿方式使用，而且固定电容器补偿装置在无功补 偿中发挥重要的作用，其是从感性范式延伸到容性范式，这就需要 煤矿供配电系统中无功补偿技术的应用 白玉静 （山西潞安配售电有限公司 山西省长治市 046204） 电抗器的容量足够，能够更好地发挥无功补偿的作用。如果补偿器 在运行的过程中吸收的无功电流非常小，那么电抗器和电容器也都 会吸收一定的无功电流，而且相互之间可以抵消。TSCMSC 型补 偿器的运行中，通过采用分组投切电容器，就可以将这种缺点化解， 防止断路器的投入过于频繁以及不断地切除，保证断路器的稳定运 行。 摘 要本文着重于研究煤矿供配电系统中无功补偿技术。供配电系统的运行状况直接关乎到煤矿行业的发展，也弥补了当前煤矿企 业发展中存在的不足，各种问题得以解决，维护煤矿企业的稳定发展。从当前供配电系统的无功补偿情况来看，存在一些无功功率变化比 较频繁的设备，需要做好无功补偿自动控制工作，保证设备的稳定可靠运行。 关键词电容器；供配电系统；无功补偿技术 图 2无功补偿流程图 图 1无功补偿装置 224 电力电子 Power Electronic 电子技术与软件工程 Electronic Technology Software Engineering 2.2 晶闸管投切电容器的应用 对于电容器组频繁投切的问题要有效解决，就需要运行 TSC 装置，采用并联的方法，然后将电容器接入到电网当中，或者从电 网中断开，与小电抗器之间串联，就可以对电容器投入起到一定的 抑制作用。 当电网处于运行状态的时候， 就会有冲击电流TSC产生， 其主要是用于三相电网中，构成三角形的连接方式，当然也可以根 据需要形成星形连接方式，对称网络通常使用星形连接方式 [3]。如 果是负荷比较小的对称网络，通常会采用三角形的连接方式。无论 是采用哪一种连接方式，都是用电容器分组投切，主要的作用是对 无功电流进行无级调节，当然，电容器级数决定无功电流的调节效 果，级数越多，效果就会越好。但是，由于系统非常复杂，而且还 需要经济投入，使用 K-1 个电容值为 C 的电容即可，如果电容值 为 C/2 的电容，就可以构成 2K 级的电容组数，其投切时间比较短， 可以保证电压稳定。也就是说，电容器两端电压与电源电压之间是 相等的，此时投切相应的电容器，电路所产生的冲击电流通常为零。 补偿装置所发挥的作用是确保投切电容器更好地发挥作用，通常对 电容器进行充电，然后投入电容器 [3]。 3 无功补偿容量的优化 3.1 设定目标函数 煤矿供电系统有其自身的特点，在使用遗传算法的时候就要选 择最优方法，将目标函数设定出来，以满足供配电系统的需求，提 高系统的运行效率。在计算电力潮流的回收，要供配电系统所具备 的特点，计算的时候应用回推迭代法 [4]。在设定目标函数的回收， 所选择的函数形式是有功网损越小、节点的电压就越容易受到局限 的罚函数，这样就会导致计算结果产生很大的误差，所以需要尽快 退出寻优。在煤矿配电系统当中使用的电源不会有多个来源，因此， 发电机接入的问题可以忽略。 3.2 遗传算法改进 遗传算法是效果良好的寻优算法，供配电系统的无功优化计算 采用这种方法是比较合适的。遗传算法是从生物界的生存规律获得 的灵感，采用随机的方法选择个体，实施交叉操作和变异操作，根 据需要可以随时退出，最终获得一个最优的个体。但是，当运用遗 传算法的时候，无论是在速度上，还是在精度上都存在局限。所以， 一些专家改进了遗传算法，通过结合使用智能算法，使其寻优效率 有所提高。遗传算法经过改进之后得以简化，符合煤矿配电系统的 寻优要求。采用这种算法的过程中，将灾变算子引入其中，有效地 控制灾变范围，避免在寻优的时候陷入局部，计算的速度也会有所 提高 [5]。 4 无功补偿装置的设计 如图 1 所示，从无功补偿装置的构成来看，主要包括信号检测 模块和信号处理模块、晶闸管驱动模块和 DSP 控制模块等等。在 装置运行的过程中，采用相应的调节方式就可以对供配电系统的负 载电压进行检测， 也可以将电流参数作为参数对输入信号进行检测， 如果需要无功补偿，就按照控制晶闸管的应用需求对于供配电系统 提供无功功率。 4.1 无功补偿装置的系统硬件设计 煤矿供配电系统对于可靠性有较高的要求，还要具备实时性， 使用核心控制器可以有效地检测系统的电压和电流， 实施DSP运算。 此时不能直接使用互感器所获得的电信号，而是要经过 I/O 转换端 口进行 A/D 转换，此时，信号调理电路所发挥的功能是放大采样信 号、提升电平，将信号钳位输入并实施滤波处理。与普通的变压器 相比较，脉冲变压器有其特殊性，其使用中需要结合可控硅，在控 制触发单元和控制极之间连接使用，其所发挥的作用是触发脉冲， 还可以发挥电气隔离的作用。在 DSP 的 PWM1-PWM6 引脚位置接 上输入端，可控硅的门极和阴极接上输出端，在触发脉冲的放大电 路中所安装的控制器有两个芯片，使所有的晶闸管都能够得到有效 控制。 4.2 无功补偿装置的系统软件设计 无功补偿装置运行的过程中，对母线的三相电压和、三相电流 进行采集，之后向控制器上所安装的模数转换芯片传输参数信号， 经过模数转换之后向控制器传输，经过分析计算，就可以使得电路 交流侧的电压发生改变，相位和幅值都得到调整，此时就会有无功 补偿产生，可以满足系统的要求 [6]。无功补偿流程图如图 2 所示。 5 仿真实验 使用仿真软件实验，将无功补偿系统的仿真模型建立起来，使 用示波器对系统运行中的电压变化情况和电流变化情况通过波形做 出判断。 如果没有投入无功补偿装置，系统的电压和电流产生的相位差 非常明显，此时功率因数非常低。投入无功补偿之后，调整了相位 角，这个时候电流和电压相位差接近零，功率因数提高，系统无功 补偿效果很好 [7]。 6 结束语 通过上面的研究可以明确，供配电系统的运行质量关乎到煤矿 企业的发展，因此在企业的日常管理中需要高度重视。供配电系统 要处于安全稳定的运行状态，就要做好技术维护工作，保证系统运 行顺畅，满足需求，并对于管理模式不断创新。在对供配电系统实 施无功补偿的时候，将自动控制技术充分利用起来，与配电系统技 术相结合，两者优势互补，系统的运行予以维护，提高供配电质量， 推动煤矿企业更好更快地发展。 参考文献 [1] 崔凯 . 煤矿供电系统 SVG 无功补偿技术的研究与应用 [J]. 中 国高新区 ,201813179-179. [2] 孙彬强 . 阶梯式高压无功补偿装置在矿井供电系统中的应用 [J]. 内蒙古煤炭经济 ,2018,2662158-59. [3] 南卫国 . 某煤矿供电系统 SVG 无功补偿技术的应用 [J]. 现代 矿业 ,2018,3409159-160165. [4] 郑海胜 , 陈慧桢 .SVG 无功补偿技术在煤矿 6kV 电网中的应用 探索 [J]. 江西煤炭科技 ,20190256-58. [5] 赵海明 . 综采工作面供电系统无功补偿方案应用探讨 [J]. 江 西煤炭科技 ,201903157-159. [6] 张晟昊 , 齐丹丹 . 浅谈供配电系统中无功补偿的意义及工程设 计 [J]. 上海节能 ,201911913-916. [7] 周鲁 .10kV 及以下供配电系统的负荷计算和无功功率补偿 [J]. 供配电系统术与软件工程 ,20191958-59. 作者简介 白玉静（1987-），女，山西省襄垣县人。2012 年 7 月毕于辽宁工 程技术大学机械工程学院，学士学位，工程师。从事安全生产技术 方面的工作。