电网谐波项目简介(完整11)
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油田电网谐波污染及治理技术初探
目录
一 油田电网主要谐波源及其危害 二 谐波治理技术及装置 三 谐波治理技术工程应用
一、油田电网主要谐波源及其危害 油田电网主要谐波源及其危害
随着电力电子技术的迅速发展， 随着电力电子技术的迅速发展，大量非线性 负荷(如电驱钻机、油气集输系统变频调装置、 负荷(如电驱钻机、油气集输系统变频调装置、 整流负荷、交流不间断电源UPS UPS、 整流负荷、交流不间断电源UPS、计算机控制 系统等)接入电力系统，每年10%的速度增长。 10%的速度增长 系统等)接入电力系统，每年10%的速度增长。 非线性负荷在系统电压作用下， 非线性负荷在系统电压作用下，供电电流发 生畸变，含有大量的谐波成分。 生畸变，含有大量的谐波成分。 非线性负荷的谐波电流注入系统后， 非线性负荷的谐波电流注入系统后，在系统 阻抗上产生谐波电压，引起电网电压畸变， 阻抗上产生谐波电压，引起电网电压畸变， 造成电力系统谐波污染。 造成电力系统谐波污染。 目前，电力系统的谐波问题日益严重， 目前，电力系统的谐波问题日益严重，不但 降低了电能质量， 降低了电能质量，还威胁到电力系统的安全 运行 。
谐波产生源示意图
6-PULSE CONVTER
+
R AC S T
DC
SRC电动钻机、电动机车、直流电机, 整流 , 电镀 , 电解、 电动钻机、电动机车、直流电机 电解、 电动钻机 电池充电机. 电池充电机
谐波产生源示意图
6-PULSE INVERTER
+
AC R S T P DC W M AC R S T
系统供电钻机谐波电流检测波形
系统供电谐波电压检测波形
1# 3150KVA 35/0.6k Z=8.5%V
2# 3150KVA 35/0.6k Z=8.5%V
N/C
谐波滤波器 两套 F360-600-50/250-511/358-080822-ps
谐波滤波器 一套
调谐补偿器 一套
NCSF360-600-50/250-511/358-080822-ps NCSD402/6*67-600-50/204-120822
1、谐波产生源
•铁磁性负载：变压器 铁磁性负载： 电动机 •电弧设备：电弧炉 电弧设备： 点焊机 •电子式电力转换器： 电子式电力转换器：
1.整流器 1.整流器(Converter) 整流器( 2.变流器 变流器( 2.变流器(Inverter) 3.换流器 3.换流器 (Cycloconverter) 4.开关 开关电源 4.开关电源 (Switch Moad Power Supply) 5.脉宽调节 5.脉宽调节驱动裝置 脉宽调节驱动裝置 (Pulse Width Modulation Driver)
1、装置自身改进， 装置自身改进，
增加整流相数法 波形叠加法 脉宽调制法
2、加装滤波装置
LC无源滤波法 LC无源滤波法 有源滤波器补偿法 混合型滤波器
无源滤波器价格低，容量大，技术成熟， 无源滤波器价格低，容量大，技术成熟，结构 简单可靠性高， 简单可靠性高，可同时补偿固定的无功功率 有谐波放大的缺陷， 有谐波放大的缺陷，对每一次谐波都要一组 滤波器，占地多，维护不方便。 滤波器，占地多，维护不方便。 有源滤波器动态能力好， 有源滤波器动态能力好，可同时动态的补偿无 功和多次谐波，成本高，容量较小， 功和多次谐波，成本高，容量较小，技术较成 熟。 混合型滤波器容量大， 混合型滤波器容量大，同时补偿无功和多次谐 有些能动态的补偿无功功率， 波，有些能动态的补偿无功功率，集合了无源 和有源的优点，但结构复杂，控制要求高。 和有源的优点，但结构复杂，控制要求高。
变频器应用:VFD钻机机械 , 集输机械 ,注水系统，空调设备 钻机机械 注水系统， 变频器应用 注水系统 造纸设备、 造纸设备、印刷设备 、纺织设备 …
整流设备特征谐波次数
n = k × p ±1
n:谐波次数 n:谐波次数 k:常数 1,2,3,… k:常数 1,2,3,… p:脉冲 脉冲数 p:脉冲数
1000KVA
400V
谐波电流
5th
5th
7th
7th
油田电网谐波治理处于起步阶段， 油田电网谐波治理处于起步阶段， 无源滤波装置技术基本达到了工程 应用水平，有源滤波装置应用较少。 应用水平，有源滤波装置应用较少。 谐波治理是一项综合复杂技术， 谐波治理是一项综合复杂技术，需 要开展从谐波检测、分析、 要开展从谐波检测、分析、装置开 发到系统优化等多方面的研究， 发到系统优化等多方面的研究，才 能有效解决这一难题。 能有效解决这一难题。
大型电动钻机
直流电驱动(AC SDR DC)钻机 直流电驱动(AC—SDR DC)钻机： (AC SDR—DC)钻机：
柴油机发电机组的交流电， 柴油机发电机组的交流电，经可控硅整流成直 流电，通过调节电压控制直流电机的转速， 流电，通过调节电压控制直流电机的转速，其 中： 顶部驱动装置、 顶部驱动装置、钻井泵 绞车、 绞车、转盘等
谐波治理技术及其装置的开发 应用对消除油田电网谐波污染， 应用对消除油田电网谐波污染， 改善电能质量，保障电网安全， 改善电能质量，保障电网安全， 降低网络损耗方面重要作用！ 降低网络损耗方面重要作用！
请各位领导专家批评指正
胜利勘察设计研究院有限公司
调谐滤波 电容补偿装置
消谐装置典型工程
高压大容量谐波滤波装置
10kV
变压器 10KV/400V
调谐滤波 电容补偿装置
负荷
有源滤波器
三、 谐波治理技术工程应用
天然气长输管道增压站背景谐波 天然气长输管道增压站背景谐波
三、 谐波治理技术工程应用
天然气长输管道增压站滤波装置 天然气长输管道增压站滤波装置
调谐滤波电容补偿装置
谐波滤波器应用效果
V(thd)=13.53%
電壓 ( VOLT AGE )
I(thd)=29.43%
電流 ( CURRENT )
1000KVA
400V
谐波电流
谐波滤波器应用效果
V(thd)=3.74%
電壓 ( VOLTAGE )
I(thd)=百度文库.77%
電流 ( CURRENT )
例: n=1*6± n=1*6±1 n=2*6± n=2*6±1 : :
5 7 11 13
Page56
2、谐波的危害
•电力电子设 备所产生的 谐波电流注 入电网 •谐波电流导 致电压畸变 •进而影响 母线上的其 它设备
VTHD
ILOAD
电压畸变
电流畸变 3
PC M UP S
3
TV etc.
谐波影响
SRC电动钻机、电动机车、直流电机 整流 , 电镀 , 电动钻机、电动机车、直流电机, 电动钻机 电解、电池充电机； 电解、电池充电机； 变频器应用:VFD钻机机械 , 集输机械 ,注水系统，空 注水系统， 变频器应用 钻机机械 注水系统 调设备。 调设备。
工业控制及科研办公场所计算机系统中使用 的大型UPS UPS等 的大型UPS等
方案二
滤波器＋调谐补偿器
消谐装置典型工程
有源与无源技术结合电力滤波装置 有源与无源技术结合电力滤波装置 大型计算机控制系统、楼宇自动化大型UPS等用电负荷 大型UPS 大型计算机控制系统、楼宇自动化大型UPS等用电负荷
1000KVA 1000KVA
400V
400V
调谐滤波 电容补偿装置
有源滤波器
Load
交流变频调速（AC-VFD-AC）石油钻机： 交流变频调速（AC-VFD-AC）
柴油机交流发电机组， 变频调速控制： 柴油机交流发电机组，经变频调速控制： 绞车、转盘、 绞车、转盘、 钻井泵、顶驱装置等 钻井泵、 最大装机总功率3600KW 单机功率达1470KW 3600KW， 1470KW； 最大装机总功率3600KW，单机功率达1470KW；
2、谐波分析技术 、
滤波装置综合优化配置方法
优化配置是一个复杂 的离散非线性问题， 的离散非线性问题， 利用遗传算法, 利用遗传算法 , 以谐 波治理方案投资最小 为优化目标， 为优化目标 ， 确定滤 波装置 滤波方式 安装地点 安装容量
3、谐波治理装置 、
1、非调谐式电容补偿装置 、
2. 并联调谐式谐波滤波器
谐波电流对 •变压器 •电力电缆 •电机 •开关设备 •电力电容器 •继电保护 •测量计量装置，控制系统及通讯等 都会产生较大的影响，甚至可能造成 设备损坏。
二 、 谐波治理技术及装置
国家电网谐波限制指标 谐波抑制技术路线
电网谐波分析数学模型及治理方案的优化 分析 滤波器装置应用
1、谐波抑制技术路线
三、 谐波治理技术工程应用
变频装置的场所： 变频装置的场所： 海上钻采平台、油气集输处理站、外输泵站， 海上钻采平台、油气集输处理站、外输泵站，天然气增压站
1000KVA
1000KVA
600V
600V
调谐滤波 电容补偿装置
Load
Load
调谐滤波 电容补偿装置
ZJ70D钻机典型电气传动系统单线图 “一对一”驱动方式
X L( n) = 2 × π × f n × L X C ( n) = 1/(2 × π × fn × L)
电抗器
ZLC ( n) = X L( n) − X C ( n) = 0
f0 = 1 2π LC = 250 Hz
电容器
滤波器的谐振频率 将影响谐波滤波器的滤波效果
3、谐波治理装置 、
3.有源滤波消谐装置 3.有源滤波消谐装置
谐波产生源
A B C N
3-Phase Non-linear LOAD
3-Phase Non-linear LOAD
1-Phase Non-linear LOAD
电驱钻机 机采设备
变频器 不断电设备
计算机 控制系统
电网谐波状况
主要谐波源为非线性负载 工业系统中使用的变频器、整流电源、电子 工业系统中使用的变频器、 整流电源、 开关的软启动器
AC—GTO AC AC GTO—AC石油钻机取代机械驱动 GTO AC石油钻机取代机械驱动 和直流电驱动钻机， 和直流电驱动钻机，成为石油钻机的 发展方向。 发展方向。
ZJ70D钻机典型电气传动系统单线图 “一对一”驱动方式
ZJ70D钻机负荷特点
负载特性： 变化幅度大， 负载特性 ： 变化幅度大 ， 设备最小 有功功率1000KW； 1000KW 有功功率 1000KW ； 设备最大有功功 3500KW KW; 率3500KW; 设备功率因数低PF PF. 设备功率因数低PF. =0.5 ; 非线性负荷率约占90 90% 非线性负荷率约占90%，谐波污染严 重主要为5 11、13次谐波 次谐波, 重主要为5、7、11、13次谐波,系统 最大五次谐波电流约: 最大五次谐波电流约: I5=20%XI1 =760A
技术特点
1.可补偿至第50阶 1.可补偿至第50阶次单相或三相系统谐波 可补偿至第50 2.应用三相四线技术 应用三相四线技术， 2.应用三相四线技术，可消除中性线电流 适用非对称负载) (适用非对称负载) 3.在补偿谐波电流和无效功率的操作模式 3.在补偿谐波电流和无效功率的操作模式 功率因数为1.004.极佳之动态响应 下，功率因数为1.004.极佳之动态响应 平均为10KHz 平均为10KHz (0 KHz~15 KHz) 5.不会发生系统 不会发生系统并 5.不会发生系统并联共振 6.搭配传统电抗电容器组并联补偿 6.搭配传统电抗电容器组并 搭配传统电抗电容器组 7.容量可无限扩充 选择非常经济 容量可无限扩充， 7.容量可无限扩充，选择非常经济 8.同时处理 td~50th谐波成份 同时处理2 8.同时处理2td~50th谐波成份
目录
一 油田电网主要谐波源及其危害 二 谐波治理技术及装置 三 谐波治理技术工程应用
一、油田电网主要谐波源及其危害 油田电网主要谐波源及其危害
随着电力电子技术的迅速发展， 随着电力电子技术的迅速发展，大量非线性 负荷(如电驱钻机、油气集输系统变频调装置、 负荷(如电驱钻机、油气集输系统变频调装置、 整流负荷、交流不间断电源UPS UPS、 整流负荷、交流不间断电源UPS、计算机控制 系统等)接入电力系统，每年10%的速度增长。 10%的速度增长 系统等)接入电力系统，每年10%的速度增长。 非线性负荷在系统电压作用下， 非线性负荷在系统电压作用下，供电电流发 生畸变，含有大量的谐波成分。 生畸变，含有大量的谐波成分。 非线性负荷的谐波电流注入系统后， 非线性负荷的谐波电流注入系统后，在系统 阻抗上产生谐波电压，引起电网电压畸变， 阻抗上产生谐波电压，引起电网电压畸变， 造成电力系统谐波污染。 造成电力系统谐波污染。 目前，电力系统的谐波问题日益严重， 目前，电力系统的谐波问题日益严重，不但 降低了电能质量， 降低了电能质量，还威胁到电力系统的安全 运行 。
谐波产生源示意图
6-PULSE CONVTER
+
R AC S T
DC
SRC电动钻机、电动机车、直流电机, 整流 , 电镀 , 电解、 电动钻机、电动机车、直流电机 电解、 电动钻机 电池充电机. 电池充电机
谐波产生源示意图
6-PULSE INVERTER
+
AC R S T P DC W M AC R S T
系统供电钻机谐波电流检测波形
系统供电谐波电压检测波形
1# 3150KVA 35/0.6k Z=8.5%V
2# 3150KVA 35/0.6k Z=8.5%V
N/C
谐波滤波器 两套 F360-600-50/250-511/358-080822-ps
谐波滤波器 一套
调谐补偿器 一套
NCSF360-600-50/250-511/358-080822-ps NCSD402/6*67-600-50/204-120822
1、谐波产生源
•铁磁性负载：变压器 铁磁性负载： 电动机 •电弧设备：电弧炉 电弧设备： 点焊机 •电子式电力转换器： 电子式电力转换器：
1.整流器 1.整流器(Converter) 整流器( 2.变流器 变流器( 2.变流器(Inverter) 3.换流器 3.换流器 (Cycloconverter) 4.开关 开关电源 4.开关电源 (Switch Moad Power Supply) 5.脉宽调节 5.脉宽调节驱动裝置 脉宽调节驱动裝置 (Pulse Width Modulation Driver)
1、装置自身改进， 装置自身改进，
增加整流相数法 波形叠加法 脉宽调制法
2、加装滤波装置
LC无源滤波法 LC无源滤波法 有源滤波器补偿法 混合型滤波器
无源滤波器价格低，容量大，技术成熟， 无源滤波器价格低，容量大，技术成熟，结构 简单可靠性高， 简单可靠性高，可同时补偿固定的无功功率 有谐波放大的缺陷， 有谐波放大的缺陷，对每一次谐波都要一组 滤波器，占地多，维护不方便。 滤波器，占地多，维护不方便。 有源滤波器动态能力好， 有源滤波器动态能力好，可同时动态的补偿无 功和多次谐波，成本高，容量较小， 功和多次谐波，成本高，容量较小，技术较成 熟。 混合型滤波器容量大， 混合型滤波器容量大，同时补偿无功和多次谐 有些能动态的补偿无功功率， 波，有些能动态的补偿无功功率，集合了无源 和有源的优点，但结构复杂，控制要求高。 和有源的优点，但结构复杂，控制要求高。
变频器应用:VFD钻机机械 , 集输机械 ,注水系统，空调设备 钻机机械 注水系统， 变频器应用 注水系统 造纸设备、 造纸设备、印刷设备 、纺织设备 …
整流设备特征谐波次数
n = k × p ±1
n:谐波次数 n:谐波次数 k:常数 1,2,3,… k:常数 1,2,3,… p:脉冲 脉冲数 p:脉冲数
1000KVA
400V
谐波电流
5th
5th
7th
7th
油田电网谐波治理处于起步阶段， 油田电网谐波治理处于起步阶段， 无源滤波装置技术基本达到了工程 应用水平，有源滤波装置应用较少。 应用水平，有源滤波装置应用较少。 谐波治理是一项综合复杂技术， 谐波治理是一项综合复杂技术，需 要开展从谐波检测、分析、 要开展从谐波检测、分析、装置开 发到系统优化等多方面的研究， 发到系统优化等多方面的研究，才 能有效解决这一难题。 能有效解决这一难题。
大型电动钻机
直流电驱动(AC SDR DC)钻机 直流电驱动(AC—SDR DC)钻机： (AC SDR—DC)钻机：
柴油机发电机组的交流电， 柴油机发电机组的交流电，经可控硅整流成直 流电，通过调节电压控制直流电机的转速， 流电，通过调节电压控制直流电机的转速，其 中： 顶部驱动装置、 顶部驱动装置、钻井泵 绞车、 绞车、转盘等
谐波治理技术及其装置的开发 应用对消除油田电网谐波污染， 应用对消除油田电网谐波污染， 改善电能质量，保障电网安全， 改善电能质量，保障电网安全， 降低网络损耗方面重要作用！ 降低网络损耗方面重要作用！
请各位领导专家批评指正
胜利勘察设计研究院有限公司
调谐滤波 电容补偿装置
消谐装置典型工程
高压大容量谐波滤波装置
10kV
变压器 10KV/400V
调谐滤波 电容补偿装置
负荷
有源滤波器
三、 谐波治理技术工程应用
天然气长输管道增压站背景谐波 天然气长输管道增压站背景谐波
三、 谐波治理技术工程应用
天然气长输管道增压站滤波装置 天然气长输管道增压站滤波装置
调谐滤波电容补偿装置
谐波滤波器应用效果
V(thd)=13.53%
電壓 ( VOLT AGE )
I(thd)=29.43%
電流 ( CURRENT )
1000KVA
400V
谐波电流
谐波滤波器应用效果
V(thd)=3.74%
電壓 ( VOLTAGE )
I(thd)=百度文库.77%
電流 ( CURRENT )
例: n=1*6± n=1*6±1 n=2*6± n=2*6±1 : :
5 7 11 13
Page56
2、谐波的危害
•电力电子设 备所产生的 谐波电流注 入电网 •谐波电流导 致电压畸变 •进而影响 母线上的其 它设备
VTHD
ILOAD
电压畸变
电流畸变 3
PC M UP S
3
TV etc.
谐波影响
SRC电动钻机、电动机车、直流电机 整流 , 电镀 , 电动钻机、电动机车、直流电机, 电动钻机 电解、电池充电机； 电解、电池充电机； 变频器应用:VFD钻机机械 , 集输机械 ,注水系统，空 注水系统， 变频器应用 钻机机械 注水系统 调设备。 调设备。
工业控制及科研办公场所计算机系统中使用 的大型UPS UPS等 的大型UPS等
方案二
滤波器＋调谐补偿器
消谐装置典型工程
有源与无源技术结合电力滤波装置 有源与无源技术结合电力滤波装置 大型计算机控制系统、楼宇自动化大型UPS等用电负荷 大型UPS 大型计算机控制系统、楼宇自动化大型UPS等用电负荷
1000KVA 1000KVA
400V
400V
调谐滤波 电容补偿装置
有源滤波器
Load
交流变频调速（AC-VFD-AC）石油钻机： 交流变频调速（AC-VFD-AC）
柴油机交流发电机组， 变频调速控制： 柴油机交流发电机组，经变频调速控制： 绞车、转盘、 绞车、转盘、 钻井泵、顶驱装置等 钻井泵、 最大装机总功率3600KW 单机功率达1470KW 3600KW， 1470KW； 最大装机总功率3600KW，单机功率达1470KW；
2、谐波分析技术 、
滤波装置综合优化配置方法
优化配置是一个复杂 的离散非线性问题， 的离散非线性问题， 利用遗传算法, 利用遗传算法 , 以谐 波治理方案投资最小 为优化目标， 为优化目标 ， 确定滤 波装置 滤波方式 安装地点 安装容量
3、谐波治理装置 、
1、非调谐式电容补偿装置 、
2. 并联调谐式谐波滤波器
谐波电流对 •变压器 •电力电缆 •电机 •开关设备 •电力电容器 •继电保护 •测量计量装置，控制系统及通讯等 都会产生较大的影响，甚至可能造成 设备损坏。
二 、 谐波治理技术及装置
国家电网谐波限制指标 谐波抑制技术路线
电网谐波分析数学模型及治理方案的优化 分析 滤波器装置应用
1、谐波抑制技术路线
三、 谐波治理技术工程应用
变频装置的场所： 变频装置的场所： 海上钻采平台、油气集输处理站、外输泵站， 海上钻采平台、油气集输处理站、外输泵站，天然气增压站
1000KVA
1000KVA
600V
600V
调谐滤波 电容补偿装置
Load
Load
调谐滤波 电容补偿装置
ZJ70D钻机典型电气传动系统单线图 “一对一”驱动方式
X L( n) = 2 × π × f n × L X C ( n) = 1/(2 × π × fn × L)
电抗器
ZLC ( n) = X L( n) − X C ( n) = 0
f0 = 1 2π LC = 250 Hz
电容器
滤波器的谐振频率 将影响谐波滤波器的滤波效果
3、谐波治理装置 、
3.有源滤波消谐装置 3.有源滤波消谐装置
谐波产生源
A B C N
3-Phase Non-linear LOAD
3-Phase Non-linear LOAD
1-Phase Non-linear LOAD
电驱钻机 机采设备
变频器 不断电设备
计算机 控制系统
电网谐波状况
主要谐波源为非线性负载 工业系统中使用的变频器、整流电源、电子 工业系统中使用的变频器、 整流电源、 开关的软启动器
AC—GTO AC AC GTO—AC石油钻机取代机械驱动 GTO AC石油钻机取代机械驱动 和直流电驱动钻机， 和直流电驱动钻机，成为石油钻机的 发展方向。 发展方向。
ZJ70D钻机典型电气传动系统单线图 “一对一”驱动方式
ZJ70D钻机负荷特点
负载特性： 变化幅度大， 负载特性 ： 变化幅度大 ， 设备最小 有功功率1000KW； 1000KW 有功功率 1000KW ； 设备最大有功功 3500KW KW; 率3500KW; 设备功率因数低PF PF. 设备功率因数低PF. =0.5 ; 非线性负荷率约占90 90% 非线性负荷率约占90%，谐波污染严 重主要为5 11、13次谐波 次谐波, 重主要为5、7、11、13次谐波,系统 最大五次谐波电流约: 最大五次谐波电流约: I5=20%XI1 =760A
技术特点
1.可补偿至第50阶 1.可补偿至第50阶次单相或三相系统谐波 可补偿至第50 2.应用三相四线技术 应用三相四线技术， 2.应用三相四线技术，可消除中性线电流 适用非对称负载) (适用非对称负载) 3.在补偿谐波电流和无效功率的操作模式 3.在补偿谐波电流和无效功率的操作模式 功率因数为1.004.极佳之动态响应 下，功率因数为1.004.极佳之动态响应 平均为10KHz 平均为10KHz (0 KHz~15 KHz) 5.不会发生系统 不会发生系统并 5.不会发生系统并联共振 6.搭配传统电抗电容器组并联补偿 6.搭配传统电抗电容器组并 搭配传统电抗电容器组 7.容量可无限扩充 选择非常经济 容量可无限扩充， 7.容量可无限扩充，选择非常经济 8.同时处理 td~50th谐波成份 同时处理2 8.同时处理2td~50th谐波成份