詳解有源濾波裝置在海洋平臺上的應用

　1 引言

　　近些年，隨著(zhù)我國海洋事業(yè)的蓬勃發(fā)展，海上平臺規模不斷擴大，大型多功能商業(yè)和工程船舶以及海上鉆采平臺的功能越來(lái)越豐富，電站裝機容量越來(lái)越大，以大功率變頻裝置驅動(dòng)的電動(dòng)機所占比例也越來(lái)越高。交流變頻驅動(dòng)中變頻器的廣泛應用給海洋事業(yè)帶來(lái)了巨大的收益的同時(shí)，也帶來(lái)嚴重的諧波污染。

　　2 諧波的危害

　　在采用電力電子器件實(shí)現變頻調速的過(guò)程中，由于電力半導體器件的開(kāi)關(guān)特性，在其輸入和輸出側的電壓和電流中都會(huì )出現波形畸變，從而產(chǎn)生了大量的諧波。諧波污染大大增加了電網(wǎng)中發(fā)生局部的并聯(lián)或者串聯(lián)諧振的可能，使諧波電流放大幾倍甚至幾十倍，產(chǎn)生過(guò)電壓或過(guò)電流，對繼電保護、計算機、測量和計量?jì)x器以及通信系統等都有不利的影響。大量諧波的存在，不僅使船舶發(fā)電、輸電和用電設備的效率降低，而且會(huì )使電氣設備過(guò)熱，并導致絕緣老化、使用壽命縮短;甚至還會(huì )對船舶電力系統中的繼電保護和電力測量等設備帶來(lái)嚴重影響，引起誤動(dòng)作和拒絕動(dòng)作，降低繼電保護和自動(dòng)控制裝置的可靠性。

　　近幾年諧波畸變所引起的海上平臺變壓器過(guò)熱、儀表數據波動(dòng)、電容器過(guò)載損壞等現象已日漸引起相關(guān)工作者的關(guān)注和警覺(jué)，諧波分析和抑制成為海上平臺電力系統設計時(shí)所必須考慮的重要課題。人們也越來(lái)越意識到并逐步實(shí)施對于諧波的治理工作，近幾年建造投用的大型船舶和海上鉆采平臺在設計初始就采用增加濾波器等諧波治理措施，對于早年投用的船舶和海上鉆采平臺，由于投用時(shí)間久，期間經(jīng)歷過(guò)不同程度的改造以及設備、電纜等均有不同程度的老化，諧波治理將更為復雜。因此，采用現有成熟可靠的技術(shù)和設備解決船舶和海上鉆采平臺諧波問(wèn)題尤為重要。

　　3 諧波的治理

　　3.1 治理方式

　　解決電力電子裝置產(chǎn)生的諧波污染和低功率因數問(wèn)題，不外乎兩種途徑：一種是裝設補償裝置，如有源濾波器、無(wú)功功率補償器等，設法對諧波進(jìn)行抑制和對無(wú)功進(jìn)行補償;另一種是對電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn)，使其不產(chǎn)生諧波，或者少產(chǎn)生諧波，也不消耗無(wú)功功率，或根據需要對其功率因數進(jìn)行調節。后一種方法需要對現有電力電子裝置進(jìn)行大規模更新，投入成本較大，并且只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置，因此有一定的局限性。而前一種方法則適用于各種諧波源和低功率因數設備，并且方法簡(jiǎn)單，已得到廣泛應用。

　　傳統的補償無(wú)功功率和諧波的主要手段是設置無(wú)功補償電容器和LC濾波器，這兩種方法結構簡(jiǎn)單，既可以抑制諧波，又可以補償無(wú)功功率，一直被廣泛應用。但這種方法的主要缺點(diǎn)是補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響，易和系統發(fā)生并聯(lián)諧振，此外，此種補償方法損耗大，又只能補償固定頻率的諧波，難以對變化的無(wú)功功率和諧波進(jìn)行有效的動(dòng)態(tài)補償。而隨著(zhù)電力系統的發(fā)展，對無(wú)功功率和諧波進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)補償的需求越來(lái)越大。目前的趨勢是采用電力電子裝置進(jìn)行諧波補償，即采用有源濾波器(Active Power Filter，APF)。

　　3.2 有源濾波器的優(yōu)勢

　　有源濾波器的主要優(yōu)點(diǎn)有：

　　(1)有源濾波裝置是一個(gè)高阻抗電流源，它的接入對系統阻抗不會(huì )產(chǎn)生影響，因此此類(lèi)裝置適合系列化、規?；a(chǎn)。

　　(2)當電網(wǎng)結構發(fā)生變化時(shí)裝置受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧波的危險，同時(shí)還能抑制串并聯(lián)諧振。

　　(3)原理上比PPF更為優(yōu)越，用同一臺裝置可同時(shí)補償多次諧波電流和非整流倍次的諧波電流，完成各次諧波的治理。