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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(chǎn)生。這種方法比較積極,能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量,具體方法主要有如下兩點(diǎn)。1)增加整流器的脈動(dòng)數(shù)。整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源,增加整流脈動(dòng)數(shù),可平滑波形,減少諧波。如:整流相數(shù)為6相時(shí),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I(xiàn)GBT整流可將功率因數(shù)提高到0.99,進(jìn)而從根本上解決了諧波對(duì)電網(wǎng)回饋干擾的問題。使用IGBT整流技術(shù)的整流器利用高頻切換脈寬調(diào)制電流可將輸入諧波電流降至極低,達(dá)到正弦波式輸入電流的目的,因此,IGBT整流技術(shù)具備降低諧波含量的功效。
增加濾波器方案
1)無(wú)源濾波器。無(wú)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(diào)諧濾波器組成,有時(shí)再加一組高通濾波器,它是由電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)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(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,但因其體積較大;濾波特性依賴于電源阻抗和補(bǔ)償容量;低于最低調(diào)諧頻率時(shí),阻抗特性變壞;不能完全濾除非特征諧波(不同于濾波器調(diào)諧頻率的諧波)。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮多種因素而且調(diào)整不方便,可能導(dǎo)致串、并聯(lián)諧振,因此這種方式不適用于工況復(fù)雜的系統(tǒng)。2)有源電力濾波器。目前,諧波抑制的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用有源電力濾波器APF(ActivePow-erFilter)。基本原理是從治理對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流,由濾波器產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流大小相等、極性相反的補(bǔ)償電流,從而使電網(wǎng)電流只含基波分量,這種濾波器能快速對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償,且濾波特性不受電網(wǎng)阻抗的影響,完全解決了無(wú)源濾波的所無(wú)法克服的一系列問題[4]。具體比較見表2。
工程應(yīng)用實(shí)例
陸豐13-2模塊鉆機(jī)電控系統(tǒng)采用ABB公司PQFM-V2-M10型動(dòng)態(tài)有源濾波器,開關(guān)器件為IGBT。其工作原理:系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流中的諧波和無(wú)功分量,控制PWM變流器,將與諧波和無(wú)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(shí)現(xiàn)濾除諧波(達(dá)到95%以上)的同時(shí),還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功并抑制諧振、提高電站的功率因數(shù),動(dòng)態(tài)有源濾波器產(chǎn)生和系統(tǒng)諧波大小相等,相位相反的諧波注入到電網(wǎng)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(yīng)用中實(shí)測(cè)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(chǎng)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(yùn)行前總畸變率為5.8%,在濾波器投入運(yùn)行后總畸變率為4.0%。從動(dòng)態(tài)有源濾波投入后的測(cè)量結(jié)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(duì)比,可以知道與無(wú)源濾波器相比,有源濾波器具有以下一些優(yōu)點(diǎn):①可以對(duì)快速變化的諧波和無(wú)功進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償;②濾波特性與系統(tǒng)的阻抗無(wú)關(guān);③不會(huì)導(dǎo)致諧振現(xiàn)象,無(wú)諧波放大的危險(xiǎn);④重量與體積較小。且隨著技術(shù)的發(fā)展,增加有源濾波器已成為消除電網(wǎng)諧波的主要手段,尤其適用于諧波負(fù)荷變化較大的海上石油鉆機(jī)系統(tǒng)。
本文作者:胡澤剛作者單位:中海石油(中國(guó))有限公司
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