CN203456873U - 用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统 - Google Patents

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宁有智
唐广荣
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刘策
甄志鹏
张龙
冯为民
杨林军
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Abstract

本实用新型的实施方式提供了一种用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统，该系统包括：谐波分离装置，其被配置为分离所述电流的谐波组分；补偿电流生成装置，其被配置为生成用于补偿所述谐波组分的补偿电流，并将所述补偿电流提供至所述电网；以及调节监测装置，其耦合于所述谐波分离装置和所述补偿电流生成装置，被配置为基于所述谐波组分和所述补偿电流确定补偿信号，其中所述补偿信号馈送至所述补偿电流生成装置，以用于调整所述补偿电流安装件和包括该安装件的导轨安装结构。通过上述系统，可以有效滤除平台供电系统非线性负载产生的谐波电流，使平台的谐波治理达到预期效果，改善平台供电系统的电能质量，并提高平台电网运行的可靠性。

Description

用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统
技术领域
本实用新型的各实施方式涉及电力系统中动态谐波治理领域，更具体地涉及一种用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统。 
背景技术
目前，在世界范围内都不断加强对海洋资源的开发和利用，特别是对近海的石油、天然气资源的开发和利用。而电力供应则是油、气开发中的重要环节。由于海上各油气田大多都相距很远，在海洋平台供电系统上，可分为大型海洋平台电网和小型海洋平台电网。大型海洋平台电网常以陆地电网为依托，平台自发电为后备；小型海洋平台电网是以中心平台发电(或发电船)为源头，各卫星井组平台为支撑。平台电网的供电路径是由电源通过海底电缆采用放射式和链式组合向各井组平台供电。这种供电网络型式，对各井组平台的供电可靠性提出了更高的要求，假如某个平台一旦出现故障。导致开关跳闸，将对下一级串联的多个平台产生影响。因此，如何提高每个井组平台的供电可靠性，对于整个电网都具有极其重要的意义。 
由于变频器、不间断电源等非线性负载在海上平台的广泛应用，导致平台电网中谐波含量大幅增加，电网供电质量严重下降，由此带来的电网故障次数也呈上升趋势。一个平台上的谐波问题不但影响本平台设备的运行安全，而且还会通过供电路径，给其他平台带来安全隐患。 
随着海上平台生产规模的不断扩大，平台无人值守的逐步实施，以及平台电力系统组网的逐渐普及，海上平台供电系统对可靠性的要求越来越高，平台电网的供电质量日益受到关注，谐波治理问题尤为突出。 
实用新型内容
鉴于上述现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种使得采油平台供电系统的谐波电流降低，有利于改善系统供电电源的电能质量，提高供电系统的可靠性，增强平台供电设备和用电设备安全运行的电网谐波治理技术，以至少部分地解决上述安装方式中的缺点。 
根据本实用新型的一个方面，提供一种用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统，包括：谐波分离装置，其被配置为分离所述电流的谐波组分；补偿电流生成装置，其被配置为生成用于补偿所述谐波组分的补偿电流，并将所述补偿电流提供至所述电网；以及调节监测装置，其耦合于所述谐波分离装置和所述补偿电流生成装置，被配置为基于所述谐波组分和所述补偿电流确定补偿信号，其中所述补偿信号馈送至所述补偿电流生成装置，以用于调整所述补偿电流。 
根据本实用新型的可选实施方式，所述调节监测装置被进一步配置为将所述谐波组分和所述补偿电流的差值确定为所述补偿信号。 
根据本实用新型的可选实施方式，所述系统被布置在柜体中，并且其中，所述系统还包括控制装置，所述控制装置被布置在所述柜体的柜门上。根据本实用新型的进一步可选实施方式，在所述柜门上布设有旋钮操作机构，所述旋钮操作机构能在不开启所述柜门的情况下对所述柜体内部的一个或多个器件进行操作。更进一步地，所述旋钮操作机构可以与所述柜门互锁。 
根据本实用新型的可选实施方式，还包括散热装置，所述散热装置采用背式风道和/或强迫风冷。 
附图说明
当结合附图阅读下文对示范性实施方式的详细描述时，这些以及其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中： 
图1是根据本实用新型一个方面的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统框图； 
图2是根据本实用新型另一方面的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的方法流程图； 
图3是根据本实用新型一个优选实施例的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统的示例性电路图； 
图4A和图4B分别图示了谐波治理前后系统电源电压电流的瞬时波形图； 
图5是根据本实用新型的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统在不同工作模式下的谐波时序波形图；以及 
图6A-6C是根据本实用新型一个优选实施例的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统在机柜中布置的结构示意图。 
具体实施方式
下面将参考附图中示出的若干示例性实施例来描述本实用新型的原理和精神。应当理解，描述这些实施例仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本实用新型，而并非以任何方式限制本实用新型的范围。 
图1是根据本实用新型一个方面的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统100(有时简称为滤波系统，或更特别地简称为滤波器)的框图。 
如图1所示，系统100包括谐波分离装置101，补偿电流生成装置102以及调节监测装置103。其中，谐波分离装置101被配置为分离电网中电流的谐波组分。在本实用新型的优选实施方式中，电网中的电流可以通过外部电流互感器CTe来(例如实时)采集，通过内部监测电路分离出其中的谐波组分。补偿电流生成装置102被配置为生成用于补偿所述谐波组分的补偿电流，并将所述补偿电流提 供至电网。在一个具体的实现中，可以通过绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逆变出与电网系统中的谐波大小相等相位相反的补偿电流并注入电网系统，从而将电源侧电流补偿为正弦波，实现滤除谐波的功能。本领域技术人员应知，该实现仅为示例性，而不应作为对本实用新型的限制。调节监测装置103耦合于所述谐波分离装置和所述补偿电流生成装置，被配置为基于所述谐波组分和所述补偿电流确定补偿信号，其中所述补偿信号馈送至所述补偿电流生成装置102，以用于调整所述补偿电流。 
由于滤波系统的输出补偿电流是根据谐波量动态变化的，因此不会出现过补偿的问题。另外，滤波系统有内部过载保护功能，当系统的谐波量大于滤波系统容量时，系统可以自动限制在100％额定容量输出，不会发生滤波器过载。 
根据本实用新型的一个优选实施方式，系统100可以并联于电网系统中。例如，系统100的进线可以通过空气开关与平台低压供电系统并联安装。此外，还可以例如采用多个滤波系统100并联使用。 
可选地，调节监测装置103被进一步配置为将谐波组分和补偿电流进行比较，将它们之间的差值确定为补偿信号。 
在可选的实现中，系统100可以被布置在例如机柜的柜体(后文详述)中，并且其中，系统100还可以包括控制装置(图1中未示出)，该控制装置被布置在该柜体的柜门上。举例而言，控制装置可以采用高速DSP芯片，利用DSL算法计算采样信号中的谐波频谱，触摸屏操作，控制装置配置有RS485/RS232C、Ethernet和USB接口，支持Modbus TCP/IP Ethernet等通讯协议。 
另一可选的是，系统100包括散热装置(图1中未示出)，该散热装置采用背式风道和/或强迫风冷，提高了散热器的效率，使装置内部结构更紧凑，减小了安装空间，更能满足海上平台空间有限且宝贵的要求。 
此外，考虑到防护等级(该系统的防护等级例如为IP54)的要 求，本实用新型还可选地在所述柜门上布设有旋钮操作机构，所述旋钮操作机构能在不开启所述柜门的情况下对所述柜体内部的一个或多个器件(例如，隔离开关)进行操作。这一布置可以最大限度地减少装置内部元器件的暴露时间，更好地适应海上平台强腐蚀性环境(例如高湿度和盐雾)的影响。旋钮操作机构优选地与所述柜门互锁。 
同时，滤波器还例如可以增加IGBT模块工作温度在控制器屏上显示功能，以及控制屏实时弹出装置运行报警信息，方便使用人员直观地了解滤波系统100的运行状态。 
图2是根据本实用新型另一方面的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的方法200的流程图。 
方法200开始以后，首先进到步骤S201，分离电网中电流的谐波组分。 
接下来，方法200进到步骤S202，生成用于补偿所述谐波组分的补偿电流，并将所述补偿电流提供至所述电网。 
接着，方法200进到步骤S203，基于所述谐波组分和所述补偿电流确定补偿信号，其中所述补偿信号用于调整所述补偿电流。 
根据本实用新型的一个实施方式，步骤S203还可选地包括将所述谐波组分和所述补偿电流的差值确定为所述补偿信号。 
根据本实用新型的一个实施方式，方法200可选地在柜体中实施，并且其中，对所述方法200的控制在所述柜体的柜门上实施。 
根据本实用新型的一个实施方式，方法200还可选地包括散热步骤，所述散热步骤采用背式风道和/或强迫风冷实施。 
根据本实用新型的一个实施方式，方法200还可选地在所述柜门上提供旋钮操作机构，所述旋钮操作机构能在不开启所述柜门的情况下对所述柜体内部的一个或多个器件进行操作。 
根据本实用新型的一个实施方式，在方法200中，所述旋钮操作机构与所述柜门互锁。 
至此，方法200结束。 
图3是根据本实用新型一个优选实施例的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统的示例性电路图。根据本实用新型的用于在电网中滤除谐波电流的系统工作原理如下：如图所示，当断路器合闸后，首先通过预充电电阻对直流母线的电容器充电，这个过程将持续预定时间，例如8秒钟，目的是防止上电后对直流母线电容器的瞬间冲击。当母线电压Vdc达到额定值后，预充电接触器闭合。直流电容作为储能元件，为通过IGBT逆变器和内部电抗器向外输出补偿电流提供能量。同时直流电容器通过内部电源控制板向内部的控制模块和电子电路提供工作电源。有源滤波器通过外部电流互感器(CTe)采集电流信号送至控制模块的谐波分离模块，该模块将基波成分分离，将谐波成分送至调节和监测模块。该模块会将采集到的系统谐波成分和滤波器已发出的补偿电流比较，得到差值作为实时补偿信号输出到驱动电路，触发IGBT逆变器将补偿谐波电流注入到电网中，实现滤除谐波的功能。 
在一个优选的具体的实现中，如图3所示的滤波系统的工作电压可以为208V～480V，例如设置为400V，额定容量为300A。系统通过3×185mm2的电缆、空气开关与平台低压供电系统并联连接。此外，外部电流互感器(CTe)既可安装于电源侧也可安装于负荷侧，其可以在系统参数设定中选择性设定。在本实施例中两只CTe安装于系统电源侧，即变压器二次低压侧的进线A相和B相母排处。在一个优选实施例中，为了保证系统采样精度，外部电流互感器须采用400Hz，25VA，精度至少1.0级。 
在例如如图3所示的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统的示例性电路中，通过系统的参数设置可以只滤波，也可以在滤波的同时进行无功补偿。除此之外，该电路还至少具有如下优点中的一个或多个：同时滤除2～50次范围内的全部或选定次数的谐波；对于每个补偿序列可设置输出比例0～100％；响应时间小于100μs，对阶跃变化的谐波完全补偿时间小于10ms(1/2周波)；提供瞬间225％额定容量涌流补偿，治理闪变和电压波动；可自动消除系统谐振； 
以及具有自动限流功能，不会发生系统过载。 
图4A和图4B分别图示了谐波治理前后系统电源电压电流的瞬时波形图。图4A是谐波治理前原有系统电源电压电流瞬时波形图，其中电压波形有几处明显凹陷，电流波形发生严重畸变。而图4B是谐波治理后系统电源电压电流瞬时波形图，其中电压波形凹陷不明显，电流接近正弦波形，滤波效果非常显著。 
图5是根据本实用新型的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统在不同工作模式下的谐波时序波形图。如图5所示，记录波形为有源滤波系统在滤波和无功补偿同时工作模式和单独滤波工作模式下系统谐波滤除的状况。当滤波系统投入后，5次谐波平均从274A下降到88A，5次谐波滤除率为67％。7次谐波平均从58A下降到19A，11次谐波平均从50A下降到13A。其技术性能远优于现有的常规滤波装置。 
图6A-6C是根据本实用新型一个优选实施例的用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统在机柜中布置的结构示意图。其中，图6A是机柜(去除机柜盖体后)的俯视图，图6B是机柜(去除柜门后)的主视图，并且图6C是(去除机柜侧壁后)右视图。如图6A和图6C所示，在机柜内靠近背板的位置可以自上而下设置有一个或多个散热器，该一个或多个散热器的具体位置可以根据需要进行布置，例如位于靠近背板的顶部、中部和/或下部，这里所称的属于“靠近背板”包括直接附着于背板上或者与背板保持一定距离。该一个或多个散热器及设置其的空间构成了背式风道。如图6B所示，在机柜的下部还例如设置有风机，从而进行强迫风冷，更好地实现系统的散热。本领域技术人员应当理解，图6A-图6C所示出的系统在机柜中的布置仅是示意性的，并不用于限制本实用新型的保护范围。 
如前所述，本实用新型提供了一种响应速度快、功能全面的有源滤波技术，有效滤除了平台供电系统非线性负载产生的谐波电流，使平台的谐波治理达到了预期效果，改善了平台供电系统的电能质 量，提高了海洋平台电网运行的可靠性。 
已经出于示出和描述的目的给出了本实用新型的说明书，但是其并不意在是穷举的或者限制于所公开形式的实用新型。本领域技术人员可以想到很多修改和变体。因此，实施方式是为了更好地说明本实用新型的原理、实际应用以及使本领域技术人员中的其他人员能够理解以下内容而选择和描述的，即，在不脱离本实用新型精神的前提下，做出的所有修改和替换都将落入所附权利要求定义的本实用新型保护范围内。 

Claims (6)

1.一种用于在海洋平台电网中滤除谐波电流的系统，其特征在于，包括：
谐波分离装置，其被配置为分离所述电流的谐波组分；
补偿电流生成装置，其被配置为生成用于补偿所述谐波组分的补偿电流，并将所述补偿电流提供至所述电网；以及
调节监测装置，其耦合于所述谐波分离装置和所述补偿电流生成装置，被配置为基于所述谐波组分和所述补偿电流确定补偿信号，其中所述补偿信号馈送至所述补偿电流生成装置，以用于调整所述补偿电流。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调节监测装置被进一步配置为将所述谐波组分和所述补偿电流的差值确定为所述补偿信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统被布置在柜体中，并且其中，所述系统还包括控制装置，所述控制装置被布置在所述柜体的柜门上。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括散热装置，所述散热装置采用背式风道和/或强迫风冷。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述柜门上布设有旋钮操作机构，所述旋钮操作机构能在不开启所述柜门的情况下对所述柜体内部的一个或多个器件进行操作。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述旋钮操作机构与所述柜门互锁。
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CN104348157A (zh) * 2013-08-09 2015-02-11 中国海洋石油总公司 用于滤除海洋平台电网中电流谐波的系统和方法

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