石油鉆機電力體系諧波淺析

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諧波源的優(yōu)化

從源頭入手，改善諧波源的特性，降低諧波源的諧波含量。即在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產生。這種方法比較積極，能夠提高電網質量，具體方法主要有如下兩點。1)增加整流器的脈動數(shù)。整流器是電網中的主要諧波源，增加整流脈動數(shù)，可平滑波形，減少諧波。如:整流相數(shù)為6相時，5次諧波電流為基波電流的18．5%，7次諧波電流為基波電流的12%，如果將整流相數(shù)增加到12相，則5次諧波電流可下降到基波電流的4．5%，7次諧波電流下降到基波電流的3%。2)新型的全IGBT整流可將功率因數(shù)提高到0．99，進而從根本上解決了諧波對電網回饋干擾的問題。使用IGBT整流技術的整流器利用高頻切換脈寬調制電流可將輸入諧波電流降至極低，達到正弦波式輸入電流的目的，因此，IGBT整流技術具備降低諧波含量的功效。

增加濾波器方案

1)無源濾波器。無源濾波器是比較傳統(tǒng)的方法，通過采用由一組或數(shù)組LC單調諧濾波器組成，有時再加一組高通濾波器，它是由電容器、電抗器和電阻器適當組合而成。該裝置與諧波源并聯(lián)，除起旁路濾波作用外，還兼顧無功補償?shù)男枰浣Y構簡單、成本低，但因其體積較大;濾波特性依賴于電源阻抗和補償容量;低于最低調諧頻率時，阻抗特性變壞;不能完全濾除非特征諧波(不同于濾波器調諧頻率的諧波)。同時設計時需考慮多種因素而且調整不方便，可能導致串、并聯(lián)諧振，因此這種方式不適用于工況復雜的系統(tǒng)。2)有源電力濾波器。目前，諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器APF(ActivePow-erFilter)。基本原理是從治理對象中檢測出諧波電流，由濾波器產生一個與諧波電流大小相等、極性相反的補償電流，從而使電網電流只含基波分量，這種濾波器能快速對頻率和幅值都變化的諧波進行動態(tài)跟蹤補償，且濾波特性不受電網阻抗的影響，完全解決了無源濾波的所無法克服的一系列問題［4］。具體比較見表2。

工程應用實例

陸豐13－2模塊鉆機電控系統(tǒng)采用ABB公司PQFM－V2－M10型動態(tài)有源濾波器，開關器件為IGBT。其工作原理:系統(tǒng)通過實時檢測負載電流中的諧波和無功分量，控制PWM變流器，將與諧波和無功分量大小相等、方向相反的電流注入交流600V母排供電系統(tǒng)中，在有效的實現(xiàn)濾除諧波(達到95%以上)的同時，還可以實現(xiàn)動態(tài)補償無功并抑制諧振、提高電站的功率因數(shù)，動態(tài)有源濾波器產生和系統(tǒng)諧波大小相等，相位相反的諧波注入到電網中，從而有效消除諧波，其濾波效果如圖1和圖2所示，圖3為工程應用中實測情況。由圖3可見:濾波器投入前5次諧波電流:21．2A;THDi22．2%;濾波器投入前7次諧波電流17A;THDi22%;從濾波器投入前后現(xiàn)場諧波數(shù)據(jù)分析，諧波得到明顯消除，數(shù)據(jù)如下，在濾波器投入運行前總畸變率為5．8%，在濾波器投入運行后總畸變率為4．0%。從動態(tài)有源濾波投入后的測量結果上看，電壓總諧波畸變率小于＜5%，系統(tǒng)諧波的治理效果滿足規(guī)范要求。通過以上的對比，可以知道與無源濾波器相比，有源濾波器具有以下一些優(yōu)點:①可以對快速變化的諧波和無功進行實時補償;②濾波特性與系統(tǒng)的阻抗無關;③不會導致諧振現(xiàn)象，無諧波放大的危險;④重量與體積較小。且隨著技術的發(fā)展，增加有源濾波器已成為消除電網諧波的主要手段，尤其適用于諧波負荷變化較大的海上石油鉆機系統(tǒng)。

本文作者：胡澤剛作者單位：中海石油(中國)有限公司