摘要：在我國油田配電網中，因變頻調速技術的應用和負載不平衡等原因，存在大量的高次諧波。諧波會造成電壓波形畸變，帶來較大的能耗。本文分析了油田諧波產生的原因和機理，并針對有源濾波器在諧波抑制中應用進行相應的分析，并進行了相關方法的仿真。

　　關鍵詞：有源電力濾波器;感性負荷;空間矢量;PWM控制;PLC;電氣自動化

　　引言

　　油田配網因存在大量電力電子設備和大量感性負荷等原因，諧波一直是電網二次污染的原因。有源濾波技術因可以主動向電網逆變與諧波同幅值，反相位的波形進而有效濾波，而且不存在無源濾波器“頻率偏移”和“諧波放大”的問題，因而日益受到重視和應用。

　　1 諧波概念

　　“諧波”這個詞來源于聲學。早在二三十年代，電力系統的諧波問題就引起了人們的關注。當時，在德國，靜止汞弧變流器的使用導致電壓和電流波形失真。1945年J.C.Read發表的關于轉換器諧波的論文是早期諧波研究的經典論文之一。諧波的數學分析建立于18和19世紀。由傅里葉等人提出的傅里葉分析法至今仍被廣泛應用。諧波產生的主要原因是由于施加在非線性負載上的正弦電壓會使基波電流發生畸變而產生諧波。非線性負載主要有 ups、開關電源、整流器、逆變器等，泛音是一種物理諧波，但其程度的定義略有不同。基波頻率2倍的音頻稱之為一次泛音，基波頻率3倍的音頻稱之為二次泛音，以此類推。

　　2 油田諧波產生的原因和危害

　　油田設備中存在功率極大的沖擊性負荷如鉆井平臺，還有很大比例的波動性負荷如抽油機，他們在運行過程中會產生大量的諧波。此外，因生產需要，變頻調速技術和直流公母線得到了日益廣泛的應用。以上技術需要大量含有半導體非線性元件的電力電子設備。一方面，這些設備工作在通斷模式下，會產生大量的諧波;另一方面，他們本身對諧波較為敏感，諧波含量過高會影響到觸發脈沖的生成，進一步影響其控制系統的正常工作。

　　油田配網為35kV及以下電壓等級，配置的是三段式電流保護。諧波會削弱和干擾電網的經濟運行，油田常因諧波問題發生設備非正常啟停的故障。這使設備自身安全性能降低，電力計量儀表的誤差增大。通過諧波治理可以保證電力設備的安全運行。

　　3 諧波治理方案分析

　　諧波抑制是改善電能質量，確保電氣設備安全可靠運行的重要手段之一。一般來說，抑制諧波可以從兩方面入手：一方面是主動抑制方法，另一方面是被動抑制方法。

　　3.1 主動抑制方法

　　電力電子裝置是油田電力系統的重要諧波源，整流器在電力電子設備中所占比例最大，因此整流器被認為是最重要的諧波源。為了減少諧波的產生，可以采用功率因數高的整流器。提高整流器功率因數的技術可概括為:一是多相整流技術。整流電路中整流相數越多，諧波分量越少。第二，多脈波換流技術[1]。

　　3.2 被動抑制方法

　　3.2.1 無源濾波器

　　無源濾波器，又稱LC濾波器，可以補償諧波和無功功率。它具有結構簡單、設計方便、由電阻、電容器和電抗器組成的優點。但濾波效果取決于系統的阻抗特性，對溫度、諧波污染、濾波電容和非線性負載都有較大的影響[2]。

　　3.2.2 有源電力濾波器

　　有源電力濾波器由各類開關器件組成，采取PWM控制方法產生補償電流，用以抵消電網電流中的諧波電流;其補償特性不受電網阻抗的影響，可實現諧波分量實現跟蹤補償。因其補償優勢而廣泛運用于在電力系統。

　　4 兩種濾波方案的對比

　　對加裝固定濾波器、有源濾波器和整流多重化三種諧波治理方案分別進行仿真分析，對治理結果進行分析比對。因為油田諧波以5、7次為主，其他成分諧波隨著次數的增加而減少。因此，分別設計兩個單調諧濾波器，對母線上的5、7次諧波進行治理。

　　仿真結果表明單調諧濾波器其實就是為諧波電流提供了一個低阻通道，諧波電流直接經濾波器旁路，不再進入系統;而且固定濾波器只能濾除特定次諧波，而對其他的諧波成分起的作用很小。有源濾波器則能夠濾除各次諧波，避免了諧波在線路中流通可能造成的諧波污染、諧振放大等現象。但是考慮到成本問題，不可能對所有的變頻器都并聯有源濾波器。而諧波源經過多重化改造后，線路電流的5、7次諧波顯著降低，但是11、13次等高次諧波含量并未減少，因此單獨使用多重化方案并不能取得令人滿意的效果。

　　電力論文投稿刊物：《系統仿真技術》(季刊)創刊于2005年，由同濟大學主辦。本刊主要刊登通信工程、信息工程、計算機科學與技術、機電工程與自動控制、微電子學、物理電子學、電磁場與微波技術、無線電物理、密碼學、應用數學等方面的有創見有參考價值的學術論文。

　　5 結束語

　　通過分析得出，在油田配電網中，應采用有源濾波器和固定濾波器相結合的方式。為了滿足生產需要，在鋼鐵冶金行業合理應用PLC技術，可以提高生產的安全性、穩定性、準確性和效率，有助于降低各個環節的成本，為行業的發展提供穩定的動力。隨著我國電氣自動化技術的發展，國內PLC的軟硬件水平有了很大的提高。PLC技術將繼續在冶金工業的電氣自動控制中發揮重要作用。

　　參考文獻:

　　[1]王崇.并聯有源電力濾波器的變結構控制[D].成都:西南交通大學,2006.

　　[2]毛洪山.淺談諧波無源濾波器的設計[J].建筑電氣，2009(2)：36-39

　　[3]陳莉實訓基地有源電力濾波器方案設計及仿真[J]系統仿真技術，2019,4(2)：25-27

　　[4]史明明,費駿韜,呂振華,張宸宇.南京西環網串聯側換流器諧波特征分析[J].電力電子技術.2018(01)

　　[5]章寶歌,詹龍.三相LCL并網型逆變器諧波抑制策略[J].電力電容器與無功補償.2017(05)

　　[6]張萌,曹東升,王莉,曹甦惠.應用于電網等值諧波阻抗計算的線性回歸式算法比較[J].工程建設與設計.2017(18)

　　[7]劉剛,孫前剛,潘李云.大功率電源網側諧波電流抑制技術研究[J].艦船電子對抗.2017(04)

　　作者：趙永華