有源滤波装置在海洋平台上应用研究.docVIP

有源滤波装置在海洋平台上的应用 邵怡倩 上海安科瑞电气股份有限公司 嘉定 201801 1 引言 近些年，随着我国海洋事业的蓬勃发展，海上平台规模不断扩大，大型多功能商业和工程船舶以及海上钻采平台的功能越来越丰富，电站装机容量越来越大，以大功率变频装置驱动的电动机所占比例也越来越高。交流变频驱动中变频器的广泛应用给海洋事业带来了巨大的收益的同时，也带来严重的谐波污染。 2 谐波的危害 在采用电力电子器件实现变频调速的过程中，由于电力半导体器件的开关特性，在其输入和输出侧的电压和电流中都会出现波形畸变，从而产生了大量的谐波。谐波污染大大增加了电网中发生局部的并联或者串联谐振的可能，使谐波电流放大几倍甚至几十倍，产生过电压或过电流，对继电保护、计算机、测量和计量仪器以及通信系统等都有不利的影响。大量谐波的存在，不仅使船舶发电、输电和用电设备的效率降低，而且会使电气设备过热，并导致绝缘老化、使用寿命缩短；甚至还会对船舶电力系统中的继电保护和电力测量等设备带来严重影响，引起误动作和拒绝动作，降低继电保护和自动控制装置的可靠性。 近几年谐波畸变所引起的海上平台变压器过热、仪表数据波动、电容器过载损坏等现象已日渐引起相关工作者的关注和警觉，谐波分析和抑制成为海上平台电力系统设计时所必须考虑的重要课题。人们也越来越意识到并逐步实施对于谐波的治理工作，近几年建造投用的大型船舶和海上钻采平台在设计初始就采用增加滤波器等谐波治理措施，对于早年投用的船舶和海上钻采平台，由于投用时间久，期间经历过不同程度的改造以及设备、电缆等均有不同程度的老化，谐波治理将更为复杂。因此，采用现有成熟可靠的技术和设备解决船舶和海上钻采平台谐波问题尤为重要。 3 谐波的治理 3.1 治理方式 解决电力电子装置产生的谐波污染和低功率因数问题，不外乎两种途径：一种是装设补偿装置，如有源滤波器、无功功率补偿器等，设法对谐波进行抑制和对无功进行补偿；另一种是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，或者少产生谐波，也不消耗无功功率，或根据需要对其功率因数进行调节。后一种方法需要对现有电力电子装置进行大规模更新，投入成本较大，并且只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，因此有一定的局限性。而前一种方法则适用于各种谐波源和低功率因数设备，并且方法简单，已得到广泛应用。 传统的补偿无功功率和谐波的主要手段是设置无功补偿电容器和LC滤波器，这两种方法结构简单，既可以抑制谐波，又可以补偿无功功率，一直被广泛应用。但这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，此外，此种补偿方法损耗大，又只能补偿固定频率的谐波，难以对变化的无功功率和谐波进行有效的动态补偿。而随着电力系统的发展，对无功功率和谐波进行快速动态补偿的需求越来越大。目前的趋势是采用电力电子装置进行谐波补偿，即采用有源滤波器（Active Power Filter，APF）。 3.2 有源滤波器的优势 有源滤波器的主要优点有： (1)有源滤波装置是一个高阻抗电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响，因此此类装置适合系列化、规模化生产。 (2)当电网结构发生变化时装置受电网阻抗的影响不大，不存在与电网阻抗发生谐波的危险，同时还能抑制串并联谐振。 (3)原理上比PPF更为优越，用同一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整流倍次的谐波电流，完成各次谐波的治理。 (4)实现动态补偿，可对频率和大小均变化的谐波及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应速度。 (5)由于装置本身能完成输出限制，当线路中的谐波电流突然增大时有源滤波器不会发生过载，并且能正常发挥作用，不需要与系统断开。 (6)具备多种补偿功能，可以对无功功率和负序进行补偿。 (7)谐波补偿特性不受电网频率变化的影响。 (8)可以对多个谐波源进行集中治理。 3.3 ANAPF系列有源电力滤波装置 安科瑞公司ANAPF系列有源电力滤波装置作为一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点，实现了动态跟踪补偿，是谐波治理和无功补偿的最佳选择，是确保海上平台电力系统稳定运行的有力保障。 3.3.1 工作原理 ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联的方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。（见图1） 图1 ANAPF有源电力滤波装置的工作原理图 3.3.2 技术参数 接线方式 三相三线或三相四线 接入电压 3×380V ±10% 接入频率 50Hz ±2% 动态补偿响应时间 动态响