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1、西安石油大学本科毕业设计（论文）矿井电力系统无功功率补偿技术的应用分析摘 要：近年来，随着电力电子技术的发展与进步，电网中的整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路以及各种电力电子设备不断增加。这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性，对供电质量造成严重污染。另一方面，现代工业、商业及居民用户设备对电能质量更加敏感，对供电质量提出了更高的要求。SVC装置在煤矿供电系统中的成功应用，对其他类似供电系统的改造也有很好的借鉴作用。本文介绍了SVC技术的国内外发展进程及在无功补偿方面多具有的优势和存在的问题。分析了矿井电力系统的功率因数的改善方法和无功功率的平衡与补偿技术。针对TCR型无功功率补偿装
2、置进行了理论计算，确定了无功补偿容量，然后对提升机供电系统的滤波器进行合理设计，选择了滤波器，进行了系统仿真。关键词：矿井；电力系统；无功功率；补偿 Mine power system reactive power compensation technology application analysisABSTRACT： In recent years，with the development and progress of power electronics technology，more and more power electronic devices，such as: Power re
3、ctifiers，frequency converter，electric arc furnace，are used in power grid. Those equipment seriously Pollutes the power resource for their nonlinear，impact，unbalance feature. Whereas，electrical equipments，used in modem industry，business and citizen，are more sensitive to power quality，require high qua
4、lity power supply. The successful application of SVC device in mine power supply system also provides a good reference to the transformation of other similar power supply system.The paper describes the development of SVC technology at home and abroad，theadvantages and problems of reactive power comp
5、ensation，and also points out the development direction of SVC technology. It also analyzes the power factor of system mine way of improvement and reactive power balance and compensation technology. For TCR type reactive power compensation device are the theoretical calculation, determine the capacit
6、y of the reactive power compensation, then to design the power supply system filters reasonably, select the filter, system simulation.KEYWORDS: Mine; Power system; Reactive Power; Compensation目 录1 绪论11.1 矿井中无功补偿的意义11.2 无功功率的国内外研究现状21.3 无功功率的的主要研究方法32 矿井电力系统的功率因数的改善42.1 无功补偿的基本原理42.2 提高功率因数的意义52.3 提高
7、功率因数的方法62.3.1 正确选择电气设备62.3.2 电气设备运行合理72.3.3 人工补偿无功功率73 无功功率的补偿与平衡93.1 概述93.2 无功功率的平衡与补偿103.2.1 330kV级以上电网的无功平衡与补偿103.2.2 220kV及以下电网的无功平衡103.2.3 220kV及以下电网的无功补偿113.3 无功补偿设备的选用113.4 无功补偿装置电流谐波放大及其抑制措施124 TCR动态无功补偿装置在煤矿中的应用134.1 TCR动态无功补偿装置的配置方案134.2 TCR动态无功补偿控制系统的组成144.3 TCR动态无功补偿的意义与不足165 提升机供电系统的滤波器
8、设计175.1 滤波器设计的要求和步骤175.1.1 滤波器设计要求175.1.2 滤波器设计步骤175.2 滤波器基本方案及功能195.2.1 滤波器基本方案195.2.2 滤波器使用205.2.3 滤波器控制方式205.3 滤波器参数的计算215.3.1 滤波器组补偿容量的确定和分配215.3.2 滤波器组L、C参数的确定225.3.3 系统参数的安全设计范围246 建模与仿真分析266.1 5次谐波滤波器的仿真266.2 TCR-FC型SVC无功补偿系统仿真276.2.1 未加TCR-FC型SVC无功补偿器时的系统仿真分析276.2.2 加TCR-FC型SVC无功补偿器时的系统仿真分析2
9、87 结论31参考文献32致 谢33321 绪论1.1 矿井中无功补偿的意义近年来，随着我国电力工业的不断发展大范围的高压输电网络逐渐发展形成，同时对电网无功功率的要求也日益严格。无功功率如同有功功率一样，是保证电力系统的电能质量、降低电能损耗以及保证其安全运行所部不可缺少的部分。电网无功功率不平衡将导致系统电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃和稳定破坏事故。研究无功功率，可以解决现代电力系统中与无功功率相关的一系列技术问题。与无功功率相关的技术问题很多，主要有：a.无功功率静态稳定问题；b.电容性无功功率引起的发电机自励磁问题；c.因潜供电流引起的单相快速自动重合闸电
10、弧不能熄灭问题；d.冲击性无功负荷的调节问题；e.无功功率中的高次谐波公害和闪变问题；f.跟随馈电系统引起的负荷功率因数的变化与改善问题。无功功率在电网中不断循环，造成很大的浪费。 一个10GW的电力系统，如果无功功率问题处理的好，每年从这个电网的发电厂、变电所、用户中节省的电能超过10亿kWh，并且可以减少系统中200-300容量的输变电设备。掌握无功功率的经济规律，通过统计、理论分析和各项技术措施来达到经济运行的目的。合理处理无功功率可以保证电能质量，促使电力系统安全运行。目前大多数国家规定的电压允许变化范围一般为+5% -10%UN（额定电压）。电力部门为了确保电力系统正常运行时能够提供
11、优质的电压，确保优质的供电服务，必须确保各输电线路的母线的电压稳定在允许偏差范围之内。电力系统正常运行时，应有充足的无功电源。无功电源的总容量需要满足系统在额定电压下对无功功率的需求。否则，电压就会偏离额定值。当电力网有能力向负荷供给足够的无功功率时，负荷的电压就能维持在正常的水平上。如果无功电源容量不足，负荷的端电压就会降低。所以，我们要保证电力系统的电压质量，就必须先保证电力系统无功功率的平衡。电力系统网络中不仅大多数负荷要消耗无功功率，而且大多数网络组件也要消耗无功功率。煤矿供电系统因其工作的特殊性要求，除必须双回路供电外，还必须保证其供电系统稳定工作，因此，必须尽量抑制电压波动、最大限
12、度地消除各种干扰。但煤矿又具有绞车这种短时重复工作制负荷且功率较大，使得电压波动问题更加突出。由于对节能和安全等方面性能的提高，电力电子器件组成的电器传动自动化装置被广泛应用于供电系统中且其容量在不断增加。这些电控系统会对供电系统造成较大的启动无功冲击并产生大量谐波，电能质量变差，功率因数降低，使机电设备的运行效率下降，企业用电损失增加，用电费用增加，企业经济效益下降。谐波电流会对供电系统中的电器设备产生损害，不仅造成企业检修费用提高，而且对供电系统的安全稳定运行埋下很大隐患8,1。基于以上分析，要求企业必须对供电系统存在的此类危害进行治理。无功功率补偿技术(SVC)是一种挖掘现有电力资源潜力
13、、改善电能质量、消除此类事故隐患的行之有效的方法之一，对供电系统的安全稳定运行具有非常重大的意义。因此，本文选择矿井电力系统无功功率补偿技术的应用作为课题进行分析。1.2 无功功率的国内外研究现状目前，随着电力电子技术的迅速发展，由于工厂大量使用大功率开关器件组成的设备对大型、冲击型负载供电，和大量非线性电力负载的存在，使供电系统产生大量无功，使系统功率因数下降，这就要求我们必须进行无功补偿。传统无功补偿方式是将网络感性负荷与电容器并联来消除无功，此类方法具有结构简单、经济投入较少的优点。但供电系统的阻抗是不变的，使用中不能随供电系统无功功率的变化而变化，因而不能实现系统无功的动态补偿。自二三
14、十年代以来的几十年同步调相机在电力系统无功功率控制中一度发挥着主要作用。然而，由于它是旋转电机，因而损耗和噪声都较大，运行维护复杂，而且由于控制复杂造成响应速度慢，在很多情况下已无法适应快速无功功率控制的要求。1967年，英国GEC公司制成了世界上第一批饱和电抗器型静止无功补偿装置，此后，各国厂家纷纷推出各自的产品，所以70年代以来同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置（Static Var Compensator，SVC）所取代。饱和电抗器和同步调相机相比，具有静止型的优点，响应速度快；但是由于其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声也很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补
15、偿负荷的不平衡，所以未能占据静止无功补偿装置的主流。随之电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，晶闸管的静止性无功补偿装置走上了电力系统无功功率控制的舞台。1977年，美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了使用晶闸管的静止无功补偿装置。1978年，在美国电力研究院（Electric Power Institute）支持下，西屋电气公司（Westing-house Electric Crop）制造的使用晶闸管的静止无功补偿装置投入实际运行。随后世界各大电气公司都竞相推出了各具特点的系列产品。我国也先后引进的数套这类装置。由于晶闸管的静止无功补偿装置具有优良的性能，在世界范围内其市场一直迅速而稳定的增长，并占据了静止无功补偿装置的主导地位。随着电力电子技术的进一步发展，20世纪80年代以来，一种更为先进的静止无功功率补偿装置出现了，这就是采用自换相变交流电路的静止无功补偿装置，称为静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）。从
