用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型的實施方式提供了一種用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統，該系統包括：諧波分離裝置，其被配置為分離所述電流的諧波組分；補償電流生成裝置，其被配置為生成用于補償所述諧波組分的補償電流，并將所述補償電流提供至所述電網；以及調節監測裝置，其耦合于所述諧波分離裝置和所述補償電流生成裝置，被配置為基于所述諧波組分和所述補償電流確定補償信號，其中所述補償信號饋送至所述補償電流生成裝置，以用于調整所述補償電流安裝件和包括該安裝件的導軌安裝結構。通過上述系統，可以有效濾除平臺供電系統非線性負載產生的諧波電流，使平臺的諧波治理達到預期效果，改善平臺供電系統的電能質量，并提高平臺電網運行的可靠性。
【專利說明】用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統
【技術領域】
[0001]本實用新型的各實施方式涉及電力系統中動態諧波治理領域，更具體地涉及一種用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統。
[0002]【背景技術】
[0003]目前，在世界范圍內都不斷加強對海洋資源的開發和利用，特別是對近海的石油、天然氣資源的開發和利用。而電力供應則是油、氣開發中的重要環節。由于海上各油氣田大多都相距很遠，在海洋平臺供電系統上，可分為大型海洋平臺電網和小型海洋平臺電網。大型海洋平臺電網常以陸地電網為依托，平臺自發電為后備；小型海洋平臺電網是以中心平臺發電(或發電船)為源頭，各衛星井組平臺為支撐。平臺電網的供電路徑是由電源通過海底電纜采用放射式和鏈式組合向各井組平臺供電。這種供電網絡型式，對各井組平臺的供電可靠性提出了更高的要求，假如某個平臺一旦出現故障。導致開關跳閘，將對下一級串聯的多個平臺產生影響。因此，如何提高每個井組平臺的供電可靠性，對于整個電網都具有極其重要的意義。
[0004]由于變頻器、不間斷電源等非線性負載在海上平臺的廣泛應用，導致平臺電網中諧波含量大幅增加，電網供電質量嚴重下降，由此帶來的電網故障次數也呈上升趨勢。一個平臺上的諧波問題不但影響本平臺設備的運行安全，而且還會通過供電路徑，給其他平臺帶來安全隱患。
[0005]隨著海上平臺生產規模的不斷擴大，平臺無人值守的逐步實施，以及平臺電力系統組網的逐漸普及，海上平臺供電系統對可靠性的要求越來越高，平臺電網的供電質量日益受到關注，諧波治理問題尤為突出。
實用新型內容
[0006]鑒于上述現有技術存在的技術問題，本實用新型提供一種使得采油平臺供電系統的諧波電流降低，有利于改善系統供電電源的電能質量，提高供電系統的可靠性，增強平臺供電設備和用電設備安全運行的電網諧波治理技術，以至少部分地解決上述安裝方式中的缺點。
[0007]根據本實用新型的一個方面，提供一種用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統，包括:諧波分離裝置，其被配置為分離所述電流的諧波組分；補償電流生成裝置，其被配置為生成用于補償所述諧波組分的補償電流，并將所述補償電流提供至所述電網；以及調節監測裝置，其耦合于所述諧波分離裝置和所述補償電流生成裝置，被配置為基于所述諧波組分和所述補償電流確定補償信號，其中所述補償信號饋送至所述補償電流生成裝置，以用于調整所述補償電流。
[0008]根據本實用新型的可選實施方式，所述調節監測裝置被進一步配置為將所述諧波組分和所述補償電流的差值確定為所述補償信號。
[0009]根據本實用新型的可選實施方式，所述系統被布置在柜體中，并且其中，所述系統還包括控制裝置，所述控制裝置被布置在所述柜體的柜門上。根據本實用新型的進一步可選實施方式，在所述柜門上布設有旋鈕操作機構，所述旋鈕操作機構能在不開啟所述柜門的情況下對所述柜體內部的一個或多個器件進行操作。更進一步地，所述旋鈕操作機構可以與所述柜門互鎖。
[0010]根據本實用新型的可選實施方式，還包括散熱裝置，所述散熱裝置采用背式風道和/或強迫風冷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]當結合附圖閱讀下文對示范性實施方式的詳細描述時，這些以及其他目的、特征和優點將變得顯而易見，在附圖中:
[0012]圖1是根據本實用新型一個方面的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統框圖；
[0013]圖2是根據本實用新型另一方面的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的方法流程圖；
[0014]圖3是根據本實用新型一個優選實施例的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統的示例性電路圖；
[0015]圖4A和圖4B分別圖示了諧波治理前后系統電源電壓電流的瞬時波形圖；
[0016]圖5是根據本實用新型的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統在不同工作模式下的諧波時序波形圖；以及
[0017]圖6A-6C是根據本實用新型一個優選實施例的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統在機柜中布置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將參考附圖中示出的若干示例性實施例來描述本實用新型的原理和精神。應當理解，描述這些實施例僅僅是為了使本領域技術人員能夠更好地理解進而實現本實用新型，而并非以任何方式限制本實用新型的范圍。
[0019]圖1是根據本實用新型一個方面的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統100 (有時簡稱為濾波系統，或更特別地簡稱為濾波器)的框圖。
[0020]如圖1所示，系統100包括諧波分離裝置101，補償電流生成裝置102以及調節監測裝置103。其中，諧波分離裝置101被配置為分離電網中電流的諧波組分。在本實用新型的優選實施方式中，電網中的電流可以通過外部電流互感器CTe來(例如實時)采集，通過內部監測電路分離出其中的諧波組分。補償電流生成裝置102被配置為生成用于補償所述諧波組分的補償電流，并將所述補償電流提供至電網。在一個具體的實現中，可以通過絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)逆變出與電網系統中的諧波大小相等相位相反的補償電流并注入電網系統，從而將電源側電流補償為正弦波，實現濾除諧波的功能。本領域技術人員應知，該實現僅為示例性，而不應作為對本實用新型的限制。調節監測裝置103耦合于所述諧波分離裝置和所述補償電流生成裝置，被配置為基于所述諧波組分和所述補償電流確定補償信號，其中所述補償信號饋送至所述補償電流生成裝置102，以用于調整所述補償電流。
[0021]由于濾波系統的輸出補償電流是根據諧波量動態變化的，因此不會出現過補償的問題。另外，濾波系統有內部過載保護功能，當系統的諧波量大于濾波系統容量時，系統可以自動限制在100%額定容量輸出，不會發生濾波器過載。
[0022]根據本實用新型的一個優選實施方式，系統100可以并聯于電網系統中。例如，系統100的進線可以通過空氣開關與平臺低壓供電系統并聯安裝。此外，還可以例如采用多個濾波系統100并聯使用。
[0023]可選地，調節監測裝置103被進一步配置為將諧波組分和補償電流進行比較，將它們之間的差值確定為補償信號。
[0024]在可選的實現中，系統100可以被布置在例如機柜的柜體(后文詳述)中，并且其中，系統100還可以包括控制裝置(圖1中未示出)，該控制裝置被布置在該柜體的柜門上。舉例而言，控制裝置可以采用高速DSP芯片，利用DSL算法計算采樣信號中的諧波頻譜，觸摸屏操作，控制裝置配置有RS485/RS232C、Ethernet和USB接口，支持Modbus TCP/IP Ethernet等通訊協議。
[0025]另一可選的是，系統100包括散熱裝置(圖1中未示出)，該散熱裝置采用背式風道和/或強迫風冷，提高了散熱器的效率，使裝置內部結構更緊湊，減小了安裝空間，更能滿足海上平臺空間有限且寶貴的要求。
[0026]此外，考慮到防護等級(該系統的防護等級例如為IP54)的要求，本實用新型還可選地在所述柜門上布設有旋鈕操作機構，所述旋鈕操作機構能在不開啟所述柜門的情況下對所述柜體內部的一個或多個器件(例如，隔離開關)進行操作。這一布置可以最大限度地減少裝置內部元器件的暴露時間，更好地適應海上平臺強腐蝕性環境(例如高濕度和鹽霧)的影響。旋鈕操作機構優選地與所述柜門互鎖。
[0027]同時，濾波器還例如可以增加IGBT模塊工作溫度在控制器屏上顯示功能，以及控制屏實時彈出裝置運行報警信息，方便使用人員直觀地了解濾波系統100的運行狀態。
[0028]圖2是根據本實用新型另一方面的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的方法200的流程圖。
[0029]方法200開始以后，首先進到步驟S201，分離電網中電流的諧波組分。
[0030]接下來，方法200進到步驟S202，生成用于補償所述諧波組分的補償電流，并將所述補償電流提供至所述電網。
[0031]接著，方法200進到步驟S203，基于所述諧波組分和所述補償電流確定補償信號，其中所述補償信號用于調整所述補償電流。
[0032]根據本實用新型的一個實施方式，步驟S203還可選地包括將所述諧波組分和所述補償電流的差值確定為所述補償信號。
[0033]根據本實用新型的一個實施方式，方法200可選地在柜體中實施，并且其中，對所述方法200的控制在所述柜體的柜門上實施。
[0034]根據本實用新型的一個實施方式，方法200還可選地包括散熱步驟，所述散熱步驟采用背式風道和/或強迫風冷實施。
[0035]根據本實用新型的一個實施方式，方法200還可選地在所述柜門上提供旋鈕操作機構，所述旋鈕操作機構能在不開啟所述柜門的情況下對所述柜體內部的一個或多個器件進行操作。
[0036]根據本實用新型的一個實施方式，在方法200中，所述旋鈕操作機構與所述柜門互鎖。[0037]至此，方法200結束。
[0038]圖3是根據本實用新型一個優選實施例的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統的示例性電路圖。根據本實用新型的用于在電網中濾除諧波電流的系統工作原理如下:如圖所示，當斷路器合閘后，首先通過預充電電阻對直流母線的電容器充電，這個過程將持續預定時間，例如8秒鐘，目的是防止上電后對直流母線電容器的瞬間沖擊。當母線電壓Vdc達到額定值后，預充電接觸器閉合。直流電容作為儲能元件，為通過IGBT逆變器和內部電抗器向外輸出補償電流提供能量。同時直流電容器通過內部電源控制板向內部的控制模塊和電子電路提供工作電源。有源濾波器通過外部電流互感器(CTe)采集電流信號送至控制模塊的諧波分離模塊，該模塊將基波成分分離，將諧波成分送至調節和監測模塊。該模塊會將采集到的系統諧波成分和濾波器已發出的補償電流比較，得到差值作為實時補償信號輸出到驅動電路，觸發IGBT逆變器將補償諧波電流注入到電網中，實現濾除諧波的功倉泛。
[0039]在一個優選的具體的實現中，如圖3所示的濾波系統的工作電壓可以為208V?480V，例如設置為400V，額定容量為300A。系統通過3X185mm2的電纜、空氣開關與平臺低壓供電系統并聯連接。此外，外部電流互感器(CTe)既可安裝于電源側也可安裝于負荷側，其可以在系統參數設定中選擇性設定。在本實施例中兩只CTe安裝于系統電源側，即變壓器二次低壓側的進線A相和B相母排處。在一個優選實施例中，為了保證系統采樣精度，夕卜部電流互感器須采用400Hz，25VA，精度至少1.0級。
[0040]在例如如圖3所示的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統的示例性電路中，通過系統的參數設置可以只濾波，也可以在濾波的同時進行無功補償。除此之外，該電路還至少具有如下優點中的一個或多個:同時濾除2?50次范圍內的全部或選定次數的諧波；對于每個補償序列可設置輸出比例O?100% ;響應時間小于100 μ S，對階躍變化的諧波完全補償時間小于IOms (1/2周波)；提供瞬間225%額定容量涌流補償，治理閃變和電壓波動；可自動消除系統諧振；
[0041]以及具有自動限流功能，不會發生系統過載。
[0042]圖4Α和圖4Β分別圖示了諧波治理前后系統電源電壓電流的瞬時波形圖。圖4Α是諧波治理前原有系統電源電壓電流瞬時波形圖，其中電壓波形有幾處明顯凹陷，電流波形發生嚴重畸變。而圖4Β是諧波治理后系統電源電壓電流瞬時波形圖，其中電壓波形凹陷不明顯，電流接近正弦波形，濾波效果非常顯著。
[0043]圖5是根據本實用新型的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統在不同工作模式下的諧波時序波形圖。如圖5所示，記錄波形為有源濾波系統在濾波和無功補償同時工作模式和單獨濾波工作模式下系統諧波濾除的狀況。當濾波系統投入后，5次諧波平均從274Α下降到88Α，5次諧波濾除率為67%。7次諧波平均從58Α下降到19Α，11次諧波平均從50Α下降到13Α。其技術性能遠優于現有的常規濾波裝置。
[0044]圖6A-6C是根據本實用新型一個優選實施例的用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統在機柜中布置的結構示意圖。其中，圖6Α是機柜(去除機柜蓋體后)的俯視圖，圖6Β是機柜(去除柜門后)的主視圖，并且圖6C是(去除機柜側壁后)右視圖。如圖6Α和圖6C所示，在機柜內靠近背板的位置可以自上而下設置有一個或多個散熱器，該一個或多個散熱器的具體位置可以根據需要進行布置，例如位于靠近背板的頂部、中部和/或下部，這里所稱的屬于“靠近背板”包括直接附著于背板上或者與背板保持一定距離。該一個或多個散熱器及設置其的空間構成了背式風道。如圖6B所示，在機柜的下部還例如設置有風機，從而進行強迫風冷，更好地實現系統的散熱。本領域技術人員應當理解，圖6A-圖6C所示出的系統在機柜中的布置僅是示意性的，并不用于限制本實用新型的保護范圍。
[0045]如前所述，本實用新型提供了一種響應速度快、功能全面的有源濾波技術，有效濾除了平臺供電系統非線性負載產生的諧波電流，使平臺的諧波治理達到了預期效果，改善了平臺供電系統的電能質量，提高了海洋平臺電網運行的可靠性。
[0046]已經出于示出和描述的目的給出了本實用新型的說明書，但是其并不意在是窮舉的或者限制于所公開形式的實用新型。本領域技術人員可以想到很多修改和變體。因此，實施方式是為了更好地說明本實用新型的原理、實際應用以及使本領域技術人員中的其他人員能夠理解以下內容而選擇和描述的，即，在不脫離本實用新型精神的前提下，做出的所有修改和替換都將落入所附權利要求定義的本實用新型保護范圍內。
【權利要求】
1.一種用于在海洋平臺電網中濾除諧波電流的系統，其特征在于，包括: 諧波分離裝置，其被配置為分離所述電流的諧波組分； 補償電流生成裝置，其被配置為生成用于補償所述諧波組分的補償電流，并將所述補償電流提供至所述電網；以及 調節監測裝置，其耦合于所述諧波分離裝置和所述補償電流生成裝置，被配置為基于所述諧波組分和所述補償電流確定補償信號，其中所述補償信號饋送至所述補償電流生成裝置，以用于調整所述補償電流。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述調節監測裝置被進一步配置為將所述諧波組分和所述補償電流的差值確定為所述補償信號。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統被布置在柜體中，并且其中，所述系統還包括控制裝置，所述控制裝置被布置在所述柜體的柜門上。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括散熱裝置，所述散熱裝置采用背式風道和/或強迫風冷。
5.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，在所述柜門上布設有旋鈕操作機構，所述旋鈕操作機構能在不開啟所述柜門的情況下對所述柜體內部的一個或多個器件進行操作。
6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述旋鈕操作機構與所述柜門互鎖。
【文檔編號】H02J3/01GK203456873SQ201320487607
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月9日 優先權日:2013年8月9日
【發明者】李衛團, 熊永功, 勞新力, 寧有智, 唐廣榮, 姚平, 劉策, 甄志鵬, 張龍, 馮為民, 楊林軍 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油(中國)有限公司湛江分公司, 施耐德電氣（中國）有限公司