1、项目背

随着现代化矿井快速发展，井下机械化程度不断提升，大功率电机大量使用和供电线路随生产延伸，各种感性负荷与地面电网供电电源之间必然循环着大量无功功率，造成井下供电质量下降。另外电力电子设备等非线性装置在煤矿井下的大量应用，除消耗无功功率外，还产生大量谐波，存在严重的电能质量问题，已经影响到煤矿企业正常的生产。通过调查煤炭行业井下供用电现状，在煤矿井下应用动态就地无功补偿技术对于企业节能降耗、提高工作效率非常重要

针对煤矿高压供电系统存在功率因数低、谐波含量高、电压波动大、电压三相不平衡等现实问题，结合煤矿存在着点多、面广、线长、设备功率大、负荷波动大等特点，利用当今最新无功补偿技术，研制开发了矿用10KV隔爆型动态无功补偿装置；该装置能够快速跟随运行负荷变化而变化，提高功率因数，运行经济指标好，降低线路损耗，为煤矿安全高效供电提供了可靠的技术保障

2、项目的主要内容和技

（1）采用多级链式拓扑结构逆变

静止型无功发生器（SVG），是指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。随着补偿系统电压等级升高和所需容量的增加，现研究方向偏向于系统拓扑结构研究方向

（2）瞬时无功功率理论技术的应

基于瞬时无功功率理论的方法，在只检测无功电流时可以完全无延时的得出检测结果。检测谐波电流时，因被检测对象电流中谐波的构成和采用滤波器的不同会有不同的延时，但最多不超过一个电源周期，具有很好的实时性

（3）基于电流直接控制的无功电流补偿控制技

电流直接控制用电流瞬时值与瞬时无功参考电流指令进行比较，比较结果控制逆变器的开关状态。电流直接控制分为滞环比较、恒频三角波比较以及空间电压矢量等几种控制方式。电流直接控制较间接控制有很多优点

（4）DSP+FPGA的硬件构架平台的应

控制和保护部分以DSP和FPGA全数字控制系统为主体硬件平台，具备多个快速输出通道等高性能硬件配置，作为整个无功补偿装置的核心，是决定补偿装置投切策略以及系统多种保护功能的综控单元。通过结合瞬时无功功率理论的无功电流检测方式，能够实现快速、精确的控制

（5）采用完善的保护和人机交互系统技

具备母线过压、母线欠压、过流、速断、直流过压、电力电子元件损坏检测保护、丢脉冲、触发异常、过压击穿、阀室超温、保护输入接口、保护输出接口控制和系统电源异常等保护功能

采用工控机作为监控后台，友好的人机界面与监控系统监视与故障自诊断系统提供友好的全中文、基于 windows 操作系统的监控和操作界面，能实现作为电网无功电压自动控制系统的变电站终端与电网系统的调度端开环或闭环运行。

（6）采用水冷散热技

通过前期技术分析及研究，设计矿用10kV隔爆型动态无功补偿装置采用水冷散热技术，通过和隔爆壳体结构结合，可以有效解决散热问题

（7）装置水冷散热系统外水高效循环利用技

这种外水循环散热系统，采用水箱散热，水泵循环供水的方式，避免长流水，大大节约了水资源，同时也高效的解决散热问题，保证装置的正常运行

（8）大功率装置防爆型壳体设

防爆壳体设计包含壳体结构设计和内部元器件布局设计两部分，其中壳体结构设计严格遵循防爆要求，实现装置小型化、标准化和智能化，以适应现场的实际需求；内部元器件布局设计则根据电气原理设计，对选型的元器件进行合理性规划，便于现场施工和后期维护

（9）远程监控及无功量实时测量技

充分考虑现场的实际应用，设备的正常运行及设备参数的显示都需要实时进行观察及统计，防止出现装置故障停机导致煤矿无法正常生产的情况，为此，10kV SVG装置设计有专门的监测接口，可以将装置自身的运行情况及报警情况远程传输至上位机，通过地面控制监控中心，可以对SVG装置进行远程运行监控，掌握装置的正常运行情况，无需就地观察装置

同时，装置设计有无功量的统计及功率因数实时显示的功能，能够更加直观的展现供电系统的电能质量，便于了解在某一时间段，供电系统的实时情况

3、创新

（1）基于UAPC硬件平台和SOPHIC软件平台，研制开发6MVar大容量矿用隔爆链式静止无功发生器，设计容量为国内矿用静止无功发生器最大容量，并首次应用到煤矿井下10kV高压供电系统中，产品可靠性高，生命周期内可持续维护升级

（2）针对装置水水散热系统方式，首次在装置外部设计开发了配套用外水循环冷却系统，循环利用水资源，同时增加风机，对循环水进行强制散热，效率较高，实现了外水循环冷却的高效利用

（3）采用远程监控及光纤通讯技术，实现了装置电能质量关键数据实时在线监测上传，装置地面调度中心实时监测运行，装置自动化、智能化程度高

（4）静止无功补偿技术（SVG）首次以矿用隔爆型电气设备型式应用到煤矿井下有甲烷、瓦斯和煤尘爆炸性气体环境中及非煤矿山等其它类似地下工业生产特殊环境的10KV高压供电系统

（5）首次实现在煤矿井下对10kV供电系统功率因数、谐波的实时检测，并实现就地动态无功补偿和谐波治理

（6）开创煤矿井下远距离供电的新模式。就地动态无功补偿应用到煤矿的远端供电点，实现了工作面大容量负荷末端就地跟踪负荷、补偿负荷需要的容性无功，提高了电网的功率因数，对于电网优化设计和设备配置将起到决定性作用

4、装置实施前后对比情

（1）装置投入运行后，稳定线路末端电压稳定，电压变化幅度较小，线路电流由原来的130~150A变化范围降到70～40A,稳定性大大加强，保证了工作面电气设备正常启动和工作正常

（2）实验数据表明，供电线路功率因数明显提高，由0.6升到0.97，大大节约了电能，对煤矿带来良好的经济效益

5、可应用推广范

煤矿等含有瓦斯（甲烷）与煤尘的特殊环境中