油田配网油田滤波器检测技术的应用研究

　　摘要：在我国油田配电网中，因变频调速技术的应用和负载不平衡等原因，存在大量的高次谐波。谐波会造成电压波形畸变，带来较大的能耗。本文分析了油田谐波产生的原因和机理，并针对有源滤波器在谐波抑制中应用进行相应的分析，并进行了相关方法的仿真。

　　关键词：有源电力滤波器;感性负荷;空间矢量;PWM控制;PLC;电气自动化

　　引言

　　油田配网因存在大量电力电子设备和大量感性负荷等原因，谐波一直是电网二次污染的原因。有源滤波技术因可以主动向电网逆变与谐波同幅值，反相位的波形进而有效滤波，而且不存在无源滤波器“频率偏移”和“谐波放大”的问题，因而日益受到重视和应用。

　　1 谐波概念

　　“谐波”这个词来源于声学。早在二三十年代，电力系统的谐波问题就引起了人们的关注。当时，在德国，静止汞弧变流器的使用导致电压和电流波形失真。1945年J.C.Read发表的关于转换器谐波的论文是早期谐波研究的经典论文之一。谐波的数学分析建立于18和19世纪。由傅里叶等人提出的傅里叶分析法至今仍被广泛应用。谐波产生的主要原因是由于施加在非线性负载上的正弦电压会使基波电流发生畸变而产生谐波。非线性负载主要有 ups、开关电源、整流器、逆变器等，泛音是一种物理谐波，但其程度的定义略有不同。基波频率2倍的音频称之为一次泛音，基波频率3倍的音频称之为二次泛音，以此类推。

　　2 油田谐波产生的原因和危害

　　油田设备中存在功率极大的冲击性负荷如钻井平台，还有很大比例的波动性负荷如抽油机，他们在运行过程中会产生大量的谐波。此外，因生产需要，变频调速技术和直流公母线得到了日益广泛的应用。以上技术需要大量含有半导体非线性元件的电力电子设备。一方面，这些设备工作在通断模式下，会产生大量的谐波;另一方面，他们本身对谐波较为敏感，谐波含量过高会影响到触发脉冲的生成，进一步影响其控制系统的正常工作。

　　油田配网为35kV及以下电压等级，配置的是三段式电流保护。谐波会削弱和干扰电网的经济运行，油田常因谐波问题发生设备非正常启停的故障。这使设备自身安全性能降低，电力计量仪表的误差增大。通过谐波治理可以保证电力设备的安全运行。

　　3 谐波治理方案分析

　　谐波抑制是改善电能质量，确保电气设备安全可靠运行的重要手段之一。一般来说，抑制谐波可以从两方面入手：一方面是主动抑制方法，另一方面是被动抑制方法。

　　3.1 主动抑制方法

　　电力电子装置是油田电力系统的重要谐波源，整流器在电力电子设备中所占比例最大，因此整流器被认为是最重要的谐波源。为了减少谐波的产生，可以采用功率因数高的整流器。提高整流器功率因数的技术可概括为:一是多相整流技术。整流电路中整流相数越多，谐波分量越少。第二，多脉波换流技术[1]。

　　3.2 被动抑制方法

　　3.2.1 无源滤波器

　　无源滤波器，又称LC滤波器，可以补偿谐波和无功功率。它具有结构简单、设计方便、由电阻、电容器和电抗器组成的优点。但滤波效果取决于系统的阻抗特性，对温度、谐波污染、滤波电容和非线性负载都有较大的影响[2]。

　　3.2.2 有源电力滤波器

　　有源电力滤波器由各类开关器件组成，采取PWM控制方法产生补偿电流，用以抵消电网电流中的谐波电流;其补偿特性不受电网阻抗的影响，可实现谐波分量实现跟踪补偿。因其补偿优势而广泛运用于在电力系统。

　　4 两种滤波方案的对比

　　对加装固定滤波器、有源滤波器和整流多重化三种谐波治理方案分别进行仿真分析，对治理结果进行分析比对。因为油田谐波以5、7次为主，其他成分谐波随着次数的增加而减少。因此，分别设计两个单调谐滤波器，对母线上的5、7次谐波进行治理。

　　仿真结果表明单调谐滤波器其实就是为谐波电流提供了一个低阻通道，谐波电流直接经滤波器旁路，不再进入系统;而且固定滤波器只能滤除特定次谐波，而对其他的谐波成分起的作用很小。有源滤波器则能够滤除各次谐波，避免了谐波在线路中流通可能造成的谐波污染、谐振放大等现象。但是考虑到成本问题，不可能对所有的变频器都并联有源滤波器。而谐波源经过多重化改造后，线路电流的5、7次谐波显著降低，但是11、13次等高次谐波含量并未减少，因此单独使用多重化方案并不能取得令人满意的效果。

　　电力论文投稿刊物：《系统仿真技术》(季刊)创刊于2005年，由同济大学主办。本刊主要刊登通信工程、信息工程、计算机科学与技术、机电工程与自动控制、微电子学、物理电子学、电磁场与微波技术、无线电物理、密码学、应用数学等方面的有创见有参考价值的学术论文。

　　5 结束语

　　通过分析得出，在油田配电网中，应采用有源滤波器和固定滤波器相结合的方式。为了满足生产需要，在钢铁冶金行业合理应用PLC技术，可以提高生产的安全性、稳定性、准确性和效率，有助于降低各个环节的成本，为行业的发展提供稳定的动力。随着我国电气自动化技术的发展，国内PLC的软硬件水平有了很大的提高。PLC技术将继续在冶金工业的电气自动控制中发挥重要作用。

　　参考文献:

　　[1]王崇.并联有源电力滤波器的变结构控制[D].成都:西南交通大学,2006.

　　[2]毛洪山.浅谈谐波无源滤波器的设计[J].建筑电气，2009(2)：36-39

　　[3]陈莉实训基地有源电力滤波器方案设计及仿真[J]系统仿真技术，2019,4(2)：25-27

　　[4]史明明,费骏韬,吕振华,张宸宇.南京西环网串联侧换流器谐波特征分析[J].电力电子技术.2018(01)

　　[5]章宝歌,詹龙.三相LCL并网型逆变器谐波抑制策略[J].电力电容器与无功补偿.2017(05)

　　[6]张萌,曹东升,王莉,曹甦惠.应用于电网等值谐波阻抗计算的线性回归式算法比较[J].工程建设与设计.2017(18)

　　[7]刘刚,孙前刚,潘李云.大功率电源网侧谐波电流抑制技术研究[J].舰船电子对抗.2017(04)

　　作者：赵永华