輸油站場諧波治理探索

張永斌

對原油站場封閉電力系統的諧波電壓和電流進行了分析研究，根據現場實際情況，提出了使用并聯型有源電力濾波器來解決電網存在的問題。通過分析，有源電力濾波器在原油站場的諧波治理方面實用性較強，能實時準確地跟蹤補償諧波，從根本上提升輸油站場的電能質量。

原油站場;變頻器;諧波限值;有源電力濾波器

引言

某原油首站所在區域社會依托較差，缺少外界電源供給。自電力系統投用以來，站內精密電氣設備頻繁損壞，特別是給油泵投用以來站內閘閥利密托克電動執行機構電路板損壞情況較為嚴重。通過對電能質量進行分析，發現電網內存在諧波，嚴重影響站內設備設施的運行安全。

1 諧波治理的必要性

電力線路中諧波電流會在系統中各種電氣設備（如電力電容器、輸電線路、電機及相關用電設備）上造成附加銅損和鐵損?？梢园阎C波源看作為產生諧波的發電機，其諧波能量是通過設備非線性基波的能量轉換而來的。諧波電流是由非線性負荷產生，然后注入電網系統中，而消耗負荷及線路上的。通過安裝無功補償設備，可以有效降低相線電流值，從而達到節能的目的。同時，由于運用濾波設備后將供電系統中的諧波進行了濾除，減小相線上電流的有效值，使母線上的電流下降，提高發電機供電容量。

2 諧波的計算和分析

2.1 諧波限值的計算

根據國家標準GB/T14549-1993《電能質量——公用電網諧波》，各電壓等級諧波電壓限值如表1所示。

在基準短路容量10MVA下，注入0.4kV母線的各次諧波電流允許值如下表2所示：

當連接點的實際短路容量不同于規定的基準容量時，連接點的諧波電流允許值應按系統實際的最小短路容量進行換算，即

（1）

式中：——公共連接點的實際最小短路容量，MVA;

——基準短路容量，MVA;

——基準容量下的第h次諧波電流允許值，A;

——實際最小短路容量下的第h次諧波電流允許值，A。

這樣可以得出公共連接點所有用戶向配電系統注入的各次總諧波電流允許值，按照下式可算出同一公共連接點允許第i個用戶注入的第h次諧波電流允許值為：

（2）

式中：——實際最小短路容量下的第h次諧波電流允許值，A;

——第i個用戶的用電協議容量，MVA;

——公共連接點的供電設備，MVA;

——相位疊加系數，按表3取值。

諧波限值按照國標基準短路容量情況下規定的諧波限值。

2.2 測試數據分析

1）變頻器功率測試

變頻器有功功率總計246.2kW，無功功率總計98.6kvar，功率因數0.93，設備自然功率因數在0.9以上。

2）變頻器諧波電流檢測

單臺變頻器諧波電流畸變率33%左右，諧波電流含量較高。其中5次、7次、11次和13次為主要諧波。

3）變頻器諧波電壓分析

0.4kV諧波電壓畸變率最大值6.2%左右，超過限值要求，其中5次、7次、11次和13次為主要諧波，與諧波電流頻譜分布一致，由此可知，變頻器產生的諧波電流是系統電壓畸變率較高的主要原因。

3 方案設計

3.1容量計算

根據現場實際情況，從改善系統電力品質、保障設備安全和正常運行、綜合提升設備運行效率和電力能源使用效率的目的出發，建議在變頻器柜出線側進行有源濾波。

總諧波電流計算如下：

（3）

三臺變頻器參數及運行工況基本一致，考慮到一定的裕度，建議單臺有源濾波裝置的容量為200A。濾波器投入使用后，可保證系統電壓畸變率明顯降低，滿足國標要求。

3.2 濾波器簡介

APF（Active Power Filter）是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，其應用可克服LC濾波器等傳統的諧波抑制和無功補償方法的缺點，獲得比無源濾波器更好的補償特性，是一種理想的補償諧波裝置。

APF的基本工作原理是：將IGBT變流器通過電抗器（或者變壓器）并聯在電網上，通過電流互感器檢測負荷電流中的諧波分量、無功分量、不對稱分量，控制IGBT變流器交流側所輸出的電流，使該變流器迅速吸收或者發出所需要的補償電流，實現對電能質量進行治理的目的。

3.3 系統結構

APF有源電力濾波裝置主要由以下幾部分組成：進線斷路器、IGBT變流器、直流電容器、濾波回路、控制保護單元及連接電抗器等。

進線斷路器合閘后，APF首先通過預充電電阻對DC母線的電容充電，這個過程持續約8s，用以防止上電時對DC母線電容器的瞬間沖擊。當母線電壓達到額定之后，預充電接觸器閉合。

直流電容作為儲能元件，為通過IGBT變流器和內部電抗器向外輸出補償電流提供能量。

APF通過外部CT采集電流信號送至諧波檢測模塊，該模塊將基波成分分離，將諧波成分送至調節和監測模塊。該模塊將采集到的負載諧波成分和APF輸出補償電流比較，得到差值作為實時補償信號輸出到驅動電路，觸發IGBT變流器將補償諧波電流注入電網中，實現濾除諧波的功能。

4 結論

綜上所述，采用APF有源電力濾波裝置能較好地濾除由大容量變頻器所產生的諧波，在使用電驅輸油泵機組的原油站場的應用尤其重要，有較強的實用性，從根本上能夠提升封閉電網系統的電能質量。

參考文獻

[1]羅安.電網諧波治理和無功補償技術及裝備[M].北京：中國電力出版社，2006..