石油钻机电力体系谐波浅析

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谐波源的优化

从源头入手，改善谐波源的特性，降低谐波源的谐波含量。即在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高电网质量，具体方法主要有如下两点。1)增加整流器的脉动数。整流器是电网中的主要谐波源，增加整流脉动数，可平滑波形，减少谐波。如:整流相数为6相时，5次谐波电流为基波电流的18．5%，7次谐波电流为基波电流的12%，如果将整流相数增加到12相，则5次谐波电流可下降到基波电流的4．5%，7次谐波电流下降到基波电流的3%。2)新型的全IGBT整流可将功率因数提高到0．99，进而从根本上解决了谐波对电网回馈干扰的问题。使用IGBT整流技术的整流器利用高频切换脉宽调制电流可将输入谐波电流降至极低，达到正弦波式输入电流的目的，因此，IGBT整流技术具备降低谐波含量的功效。

增加滤波器方案

1)无源滤波器。无源滤波器是比较传统的方法，通过采用由一组或数组LC单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器，它是由电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。该装置与谐波源并联，除起旁路滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要，其结构简单、成本低，但因其体积较大;滤波特性依赖于电源阻抗和补偿容量;低于最低调谐频率时，阻抗特性变坏;不能完全滤除非特征谐波(不同于滤波器调谐频率的谐波)。同时设计时需考虑多种因素而且调整不方便，可能导致串、并联谐振，因此这种方式不适用于工况复杂的系统。2)有源电力滤波器。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器APF(ActivePow-erFilter)。基本原理是从治理对象中检测出谐波电流，由滤波器产生一个与谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量，这种滤波器能快速对频率和幅值都变化的谐波进行动态跟踪补偿，且滤波特性不受电网阻抗的影响，完全解决了无源滤波的所无法克服的一系列问题［4］。具体比较见表2。

工程应用实例

陆丰13－2模块钻机电控系统采用ABB公司PQFM－V2－M10型动态有源滤波器，开关器件为IGBT。其工作原理:系统通过实时检测负载电流中的谐波和无功分量，控制PWM变流器，将与谐波和无功分量大小相等、方向相反的电流注入交流600V母排供电系统中，在有效的实现滤除谐波(达到95%以上)的同时，还可以实现动态补偿无功并抑制谐振、提高电站的功率因数，动态有源滤波器产生和系统谐波大小相等，相位相反的谐波注入到电网中，从而有效消除谐波，其滤波效果如图1和图2所示，图3为工程应用中实测情况。由图3可见:滤波器投入前5次谐波电流:21．2A;THDi22．2%;滤波器投入前7次谐波电流17A;THDi22%;从滤波器投入前后现场谐波数据分析，谐波得到明显消除，数据如下，在滤波器投入运行前总畸变率为5．8%，在滤波器投入运行后总畸变率为4．0%。从动态有源滤波投入后的测量结果上看，电压总谐波畸变率小于＜5%，系统谐波的治理效果满足规范要求。通过以上的对比，可以知道与无源滤波器相比，有源滤波器具有以下一些优点:①可以对快速变化的谐波和无功进行实时补偿;②滤波特性与系统的阻抗无关;③不会导致谐振现象，无谐波放大的危险;④重量与体积较小。且随着技术的发展，增加有源滤波器已成为消除电网谐波的主要手段，尤其适用于谐波负荷变化较大的海上石油钻机系统。

本文作者：胡泽刚作者单位：中海石油(中国)有限公司