掘进机SVG动态无功补偿器的原理及仿真

时间：2021-12-18

文中详细介绍了掘进机SVG无功补偿器的基本概念，并详尽的讲解了其控制方式，较终以1140V/200k var 掘进机SVG无功补偿器开展了模拟仿真。

伴随着煤矿业向增产效率高的规模化方位发展趋势，开采机械的进口替代、重型化早已变成发展趋势的大势所趋。掘进机械的年发电量持续升高，而煤矿的*特自然环境促使矿井电网容积十分比较有限，在这类配电标准下，功率大的掘进机电动机的启停对电网造成较大的冲击性，导致电网电压瞬间大幅度坠落、功率因素降低、输配电耗损提升等。而掘进机受电端电压的减少，造成电动机导出转距减少、机器设备出力不够，电动机暂时处在过电流太热情况，使电动机绝缘层衰老加快，直到烧毁，设备故障率提升，机器设备服务项目期限降低。特别是在在配电间距较为长的情形下，这种情况更为严重，无功负荷造成路线损耗和路线耗损促使掘进机运行非常艰难。

为处理这些难点，文中明确提出对掘进机执行动态无功补偿计划方案。既在掘进机的配电阶段里加设优秀的SVG动态无功补偿设备，完成掘进机软性输配电(FACTS)。动态无功补偿的实际效果可以提升和平稳掘进机受电端电压、确保输电路线功率因素类似相当于一；可以提高掘进机特性的充分发挥，增加配电间距；降低电网项目投资、减少路线耗损以实现节能环保目地；为掘进机变频式更新改造给予行得通的服务支持。

动态无功补偿有SVG（静止不动无功功率产生器）和SVC(关键指可控硅或交流接触器投切电容器串联电抗器)二种种类，但两者的特点作用却存有着很大的差别。具体说来，SVG和SVC对比有以下优势：

a SVG导出电流不依赖于电压，主要表现为直流电源特点，具备更宽的运作范畴。而SVC实质是特性阻抗型赔偿，导出电流和电压成线性相关。因而系统软件电压降低时，同容积SVG可以比SVC给予较大的赔偿容积。

b SVG比SVC具备迅速的响应时间，因此更合适抑止电压闪变，SVG反应时间在10ms之内，而中国SVC反应时间一般在20~100ms。SVG从额定值负载无功负荷变成额定值理性无功负荷(或反过来)可在l ms以内进行，这类响应时间彻底可以担任对破坏性负载的赔偿。

c SVG选用桥式交流电路的多种化技术性、多脉冲信号技能或PWM系统来清除频次较低的谐波电流，并使较高频次如7、11等次谐波电流减少到可以接纳的水平。而SVC自身要造成一定量的谐波电流，如TCR型的5、7次特点次谐波电流量较为大，占基波值的5%一8%;别的如SR，TCT等也造成3、5、7、11等次的高次谐波，这给SVC系统软件的滤波器设计产生很多艰难。因为行业标准的陆续颁布，SVC在矿井下应用遭受比较大限定。

d 在常见故障标准下，SVG比SVC具备更强的控制可靠性。SVC应用了很多电力电容器、串联电抗器，当外界系统软件容积与赔偿设备的容积相比时，SVC会造成多变性。SVG对外界系统软件运作标准和构造转变不比较敏感。

e 同容积SVG容积低于SVC。因为SVG应用直流电源器皿储能技术，因此可以减少电力电容器容积，且不用并联电抗器即可以控制无功负荷光滑转变，因而安裝规格大大的减少。

f SVG可以在一定区域内给予功率因素，降低功率因素冲击性。SVC只有给予无功负荷，不具有给予功率因素的作用。

g 根据模拟仿真研究表明，暂态过程平稳问题中为促使电压修复实际效果同样，安裝SVG容积要比SVC节省20%上下。SVC发展趋势历史时间相对性于SVG而言要悠久，因而其技术性进行较为完善，与此同时它还具备构造简易、控制优化算法非常容易完成、成本费较低的优点，

掘进机SVG无功功率补偿的工作任务是保持在一个静止不动的同歩电压源的根基上的，如下图1所显示。该电压源由一个IGBT电压型变流器组成，经过串连电感与掘进机配电电网联接。因为SVG一切正常业务时便是根据电力工程半导体材料电源开关的导通将直流电侧电压转化成沟通交流侧与电网同工作频率的导出电压，如同一个电压型逆变电源，只不过是其沟通交流侧导出接的并不是微波感应器负荷，反而是电网。因而，当仅考虑到基波工作频率时，SVG可以等效电路的被视作幅度值和相位差均可以控制的一个与电网同工作频率的电压源。

图1 SVG主电源电路结基本上构图法

SVG的原理可以用如下图2一样的单相电闭合电路表明。设电网电压和SVG导出的沟通交流电压各自用相量Us和UI表明，则联接电感X上的电压UL即是Us和UI的相量差，而联接电感的电流是可以由其电压来控制的。这一电流便是SVG从电网消化吸收的的电流I。因而，更改SVG沟通交流侧导出电压UI的幅度值以及相对性于系统软件电压Us的相位差，就可以更改联接电感上的电压，进而控制SVG从电网消化吸收电流的相位差和幅度值，也就控制了SVG消化吸收无功负荷的特性和尺寸。

图2 闭合电路

在图2一样的闭合电路中，将联接串联电抗器视作纯电感器，沒有考虑到其耗损及变流器的耗损，因而无须考虑到从电网消化吸收有功功率动能。在这样的情况下，只需使UI于Us积分电路，仅更改UI的幅度值尺寸就可以控制SVG从电网消化吸收的电流I是**前的或是落后90o，而且能控制该电流的尺寸。如下图3所显示，当UI**过Us时，电流**前的系统软件电压90o ,SVG从系统软件消化吸收负载的无功负荷；当UI低于Us时，电流落后系统软件电压90o，SVG从系统软件消化吸收理性的无功负荷。

图3 相量图

三相电路瞬间无功负荷基础理论较先有赤木泰国文字于1983年明确提出，自此慢慢健全，并在有源滤波器和SVG的谐波电流和无功功率电流检测中获得了普遍的运用.其特点是实用性好，在只检验无功功率电流时，可以彻底无延迟地得到检验結果。

在检验掘进机无功功率电流时，选用了根据瞬间无功负荷基础理论的ip-iq检测方式，这类方式对电网的电压失真不比较敏感，可以较为确切的检验出掘进机的无功功率电流，进而使SVG可以精确的赔偿掘进机的基波无功功率电流。图4为无功功率电流的检验步骤平面图。

图4 无功功率电流检验平面图

电流立即控制用电流瞬时值与瞬间无功功率参照电流命令较为，较为結果控制逆变电源输出功率器的按钮情况。电流立即控制有滞环较为、恒频三角波较为及其室内空间电压矢量素材等几类控制方法。该无功补偿器选用室内空间电压矢量素材控制方法。电流立即控制较间接性控制有很多优势，实际讲具体表现在如下所示三个层面：

(1) 系统软件具备迅速的瞬态回应：因为瞬间意见反馈的引进，控制对系统直流电侧电压和沟通交流侧电网电压起伏快速采取行动，维持导出电流追随标准值；

(2) 系统软件可靠性较高：电感器的电流控制环是一阶系统软件，没有理由平稳；

(3) 能抑制负序造成的不良影响：电网负序电压存有时，由于无功功率电流命令是首先用abc-dq0转换到瞬间Iq，再根据dq0-abc逆变换为三相瞬间电流，这时无功功率电流命令事实上是三相无功功率电流的均值，因而，导出三相电流无功功率电流对称性，注入直流电侧电流脉冲小，电压也较为稳定。图5为根据SVPWM调配的dq轴下的瞬间控制平面图：

图5 根据SVPWM调配的dq轴下的瞬间控制平面图

为认证掘进机SVG动态性无功补偿器基本原理的准确性，对于120掘进机(电脑装机输出功率大概200kW，功率因素0.7)设计方案了1140V/200kvar的SVG无功补偿器开展了模拟仿真，其模拟仿真图如下图6：

图6 SVG系统软件模拟仿真图

SVG模拟仿真結果如下图7：

图7 SVG无功补偿器电压电流波形

文中主要详细介绍了掘进机SVG无功补偿器的控制基本原理，并在Simulink自然环境下干了模拟仿真剖析，从模拟仿真結果看，SVG合乎掘进机无功功率补偿的规定，为之后的设计方案确立了较好的基本。

（文中汇编自《电气技术》，创作者为金江、张胜达。）

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