石油化工企業(yè)電力系統(tǒng)諧波的監(jiān)測和濾波

陳晟

摘要 本文在簡要闡述石油化工企業(yè)電力系統(tǒng)諧波的監(jiān)測目的和方法的基礎(chǔ)上，分析研究了諧波系統(tǒng)的PQ檢測系統(tǒng)和混合型濾波器及其工作原理，以期為有效地增長我們公司用電設(shè)備和化工設(shè)備的運行周期提供一定的參考和建議。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)諧波檢測 濾波

1 石油化工企業(yè)電力系統(tǒng)諧波的監(jiān)測目的和方法

中海石油化學(xué)公分有限公司海南基地有著四套大型化工生產(chǎn)裝置，年總產(chǎn)量可達(dá)272萬噸，年用電量近3億度。海南電網(wǎng)近幾年不斷新建變電站，并網(wǎng)調(diào)試時有進(jìn)行，對公司設(shè)備穩(wěn)定運行帶來一定風(fēng)險。所以，公司提高供電質(zhì)量就顯得尤為重要，它有利于保證供電電壓的穩(wěn)定性，減少故障停電的次數(shù)，縮短故障停電時間，減少導(dǎo)線阻抗，降低線路損耗，充分保證公司的利益。而用戶的使用情況和狀態(tài)是其產(chǎn)生干擾諧波的主要因素，不同的用電設(shè)備以及不同的供電條件都會對諧波的指標(biāo)產(chǎn)生一定程度上的影響。也就是說，諧波總是處于不斷變化的狀態(tài)之下。因此，石油化工企業(yè)想要提升用電率，需要采取有效的舉措來完成諧波的監(jiān)測工作，從而高效地完成降低電力系統(tǒng)諧波含有率這一目標(biāo)。

現(xiàn)階段，我國在研發(fā)石油化工企業(yè)電力系統(tǒng)諧波監(jiān)測系統(tǒng)時多借助現(xiàn)代化先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)方法，比如：計算機應(yīng)用技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)學(xué)研究工具等。而由于受到發(fā)展水平的限制，我國目前相關(guān)的技術(shù)還不夠先進(jìn)，很少有企業(yè)引進(jìn)以上的這些先進(jìn)技術(shù)，導(dǎo)致我國很少有企業(yè)引進(jìn)電力系統(tǒng)諧波監(jiān)測系統(tǒng)。面對如此現(xiàn)狀，本文介紹了一種基于企業(yè)局域網(wǎng)，考慮了檢測要求、實時計算能力和通訊能力，使用于低電壓配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量（Power Quality，以下簡稱PQ）檢測系統(tǒng)，具體分析如下。

2 石油化工企業(yè)電力系統(tǒng)諧波系統(tǒng)的PQ檢測系統(tǒng)

PQ檢測系統(tǒng)中包括三個重要組成部分，分別是基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)、運用于電能質(zhì)量檢測設(shè)備（Power Quality Moniror，以下簡稱PQM）上的嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（Embedded Real-time Operation System，以下簡稱EROS）以及現(xiàn)場檢測設(shè)備PQM。

2.1 PQM

國外基于PQM及其系統(tǒng)的研發(fā)采用了諸多先進(jìn)的軟件和硬件技術(shù)以及各種各樣的數(shù)學(xué)工具。但是這些先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)資金高昂，會極大地增加企業(yè)的引進(jìn)成本，與我國企業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)水平之間的差距也比較大。

此外，局部總線是基于個人計算機的硬件系統(tǒng)上存在的，有很多的不足，如：制作成本高、適應(yīng)現(xiàn)場的能力不足、適應(yīng)環(huán)境的能力較差等。而DSP芯片與局部總線相比，具有運算速度快、可以同時進(jìn)行多任務(wù)操作、可以重疊操作以及制造成本低等優(yōu)勢。

由于PQM采用小波變換作為檢測算法，在計算時，由于系統(tǒng)中包括了大量的電力參數(shù)以及其他各種統(tǒng)計參數(shù)，所以過程中需要耗費很多的時間來進(jìn)行運算，基于此，為了有效提高硬件系統(tǒng)的運行質(zhì)量和效率，需要使用工作頻率較高的CPU。另外，鍵盤數(shù)據(jù)的輸入、傳輸、顯示以及輸出等任務(wù)的完成也都需要耗費大量的運算時間和硬件資源。但是，以上這些任務(wù)的運算速度和實時性要求相對較低，在這種情況下使用單一 CPU處理器的硬件結(jié)構(gòu)在進(jìn)行任務(wù)計算和任務(wù)協(xié)調(diào)上存在較大的難度。

為此，將DSP芯片和MCU（微控制單元）二者實現(xiàn)了高度結(jié)合，采用主從關(guān)系結(jié)構(gòu)，將MCU作為主機，DSP芯片作為從機，通過雙口隨機儲存器，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息之間的處理和交換活動。采用的DSP芯片是全球領(lǐng)先的德州儀器公司剛剛推向市場的C2000系列，該型號的DSP芯片的數(shù)據(jù)處理速度非常的快，可以實時高度處理運算量非常大的多個任務(wù);與此同時，該DSP芯片內(nèi)部聚集了諸多的系統(tǒng)資源以供使用，有利于有效地減少設(shè)計系統(tǒng)的投入資金。MCU采用AT2MEL公司的AT89C55WD，主要用來幫助DSP芯片分擔(dān)處理一些對實時性要求相對較低的系統(tǒng)任務(wù)，比如：系統(tǒng)配置和管理、人機交互以及通信等。

2.2 EROS（嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)）

實時系統(tǒng)顧名思義它最大的特點就在于它的實時性。除此之外，它還具有專業(yè)性強、可靠性強以及體積小等諸多顯著的優(yōu)勢。它不僅能夠科學(xué)地管理操作系統(tǒng)中的CPU、微控制單元以及隨機儲存器等硬件設(shè)備，而且還可以為軟件系統(tǒng)的開發(fā)和運行提供高質(zhì)量的應(yīng)用平臺。

3 石油化工企業(yè)電力系統(tǒng)諧波系統(tǒng)的混合型濾波器及其工作原理

若引進(jìn)PQ檢測系統(tǒng)，須投入配套的濾波器，混合型濾波器的引進(jìn)與使用則能夠充分地解決這一問題。

濾波器包括有源電力濾波器和無源濾波器兩種。其中，有源電力濾波器是一種剛剛研發(fā)出來的電力電子裝置，它可以有效地減少諧波導(dǎo)致的停電故障、縮短故障時間以及極大地提高電源利用率等。但是，如果石油化工企業(yè)在消除諧波時只使用有源電力濾波器，很容易導(dǎo)致有源濾波器中的容量太大，對絕緣設(shè)備和濾波器容量等的要求超出其實際可承擔(dān)的范圍，現(xiàn)階段石油化工企業(yè)所擁有的技術(shù)還不能支撐有源電力濾波器的運行，所以，事實上引進(jìn)和使用有源電力濾波器的石油化工企業(yè)寥寥無幾。而無源濾波器是由被動元件組成的，雖然其抗阻能力與其他濾波器相比存在一些差距，然而得益于它需要投入的制造資金較少、組成結(jié)構(gòu)比較簡單、操作方便快捷等顯著優(yōu)勢，所以在現(xiàn)實中絕大多數(shù)的石油化工企業(yè)都在使用無源濾波器。

混合型有源電力濾波器顧名思義是有機得混合了有源電力濾波器和無源濾波器所具備的可取之處，其中，有源有力濾波器部分則主要用來改善無源濾波器的特性，動態(tài)濾除剩余諧波分量，無源濾波器主要完成無功功率補償和補償部分諧波?；旌闲陀性措娏V波器繼承了無源濾波器成本低、容量大的優(yōu)點，同時兼?zhèn)溆性礊V波器補償效果好、安全可靠的優(yōu)點，并且消除了無源濾波器效果差、易諧振的缺點以及解決了有源濾波器因成本高而難以應(yīng)用到實際工業(yè)生產(chǎn)中去的問題，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，具有較高的工程應(yīng)用價值。總之，石油化工企業(yè)想要在競爭激烈的市場上占據(jù)一席之位，采用混合型濾波器是不二之選。

4 結(jié)束語

綜上所述，科學(xué)構(gòu)建基于企業(yè)局域網(wǎng)的電力系統(tǒng)諧波監(jiān)測系統(tǒng)，使用配套混合型電力濾波器，能極大地降低電力系統(tǒng)運行和生產(chǎn)設(shè)備運行中諧波的含量，維護(hù)設(shè)備穩(wěn)定運行，提高公司行業(yè)競爭力。

隨著我國科技水平的不斷提高，在未來將會有越來越多的石油化工企業(yè)電力系統(tǒng)諧波的監(jiān)測和濾波器的相關(guān)技術(shù)和設(shè)備被研發(fā)出來進(jìn)入石油化工市場，然后被廣泛地推廣應(yīng)用，有望為我國石油化工企業(yè)電力資源利用率的有效提高貢獻(xiàn)巨大的力量。

參考文獻(xiàn)

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