矿用防爆型高压链式静止无功发生器的研究与应用

摘要

近年来，煤炭行业随着国家对基础建设的大量投入得到了飞速的发展，煤矿生产建设向着大规模、超大规模的趋势发展，导致井下增加大量例如采煤机、刮板机、破碎机等大型高负荷设备。加之变频器、荧光灯等非线性电气设备的投入使用，使得供电系统存在大量的无功功率及谐波，电能质量越来越差。通常表现为供电网络电压不稳、电压三相不平衡及闪变、功率因数低等问题，导致煤矿井下出现设备无法正常启动、设备故障频发、设备误动作及保护失灵、电能浪费严重等现象，严重时有可能会发生电网瘫痪事故，使得煤矿无法正常安全生产。
　　本文针对煤矿井下易爆炸、潮湿、通风不畅、温度高的恶劣生产环境，提出将先进的静止无功发生器技术应用到煤矿井下高压供电网络的设计理念，将壳体防爆技术和SVG补偿技术相结合，设计高效的水水交换散热方式，开发研制煤矿井下高压供电系统的新型无功补偿装置，以优化井下供电网络的电能质量。因此，本文的工作对建设安全高效、绿色环保、节能创效的新型矿井具有重要的借鉴意义和应用价值。
　　本文首先阐述了无功补偿工作原理、SVG技术的拓扑结构和工作原理，就如何根据供电网络的供电质量和负荷情况，分析、计算和确定系统的无功需求，给出了三种无功容量的计算方法和计算公式。针对煤矿生产环境的特点和条件，重点阐述了集中补偿、分散补偿和就地补偿三种补偿方式，对比了这些无功补偿方式的优缺点，为本文SVG装置的设计开发和应用分析奠定了基础。
　　本文深入探讨了静止无功发生器尤为关键的核心检测和控制方法，分别研究了以瞬时无功理论为基础的p-q、i p-iq无功电流检测方法，介绍了电流直接控制和电流间接控制两种基于SVG的控制策略。考虑到煤矿井下工作负荷冲击性较大的特点，通过对比分析，采用了性能稳定、控制精度较好的三角比较控制方法作为静止无功发生器的核心控制算法，并针对6 kV矿用隔爆高压链式静止无功发生器进行了设计开发，包括防爆壳体设计、整体控制结构设计、SVG控制系统软硬件设计及散热结构设计等，成功研制出了适于煤矿6 kV供电网络应用的无功补偿及谐波治理装置。
　　最后，选择兖州煤业兴隆庄煤矿6 kV区域负荷工作中心作为试验地点，进行了装置的现场应用，提出了系统补偿设计目标，进行了系统补偿无功容量的分析计算，设计了现场SVG装置补偿系统方案。通过装置实测的电能数据波形的对比和数据结果的分析，验证了该SVG装置及其研制方法的有效性、实用性和优越性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 煤矿供电存在的电能质量问题

1.3 无功补偿及谐波治理装置的发展现状及趋势

1.4 本文的主要研究内容

2 静止无功发生器基本原理研究

2.1 无功补偿基本原理

2.2 SVG电路结构和工作原理

2.3 无功补偿容量的确定和安装位置的优化

2.4 本章小结

3 无功电流检测及SVG控制方法

3.1 瞬时无功功率理论

3.2 SVG控制方法研究

3.3 本章小结

4 6 kV矿用防爆型链式静止无功发生器的研究与开发

4.1 系统整体方案设计

4.2 控制系统的硬件电路设计

4.3 控制系统的软件设计

4.4 隔爆和散热装置结构设计

4.5 本章小结

5 6 kV矿用防爆型链式SVG装置的工程应用

5.1 工程案例分析

5.2 高压隔爆6 kV无功补偿装置

5.3 SVG装置的应用效果

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究内容展望

参考文献

致谢

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