电能质量综合治理装置（INPPCG）在油田的应用

电能质量综合治理装置（ INPPCG）在油田的应用

王莉

玉门油田工程技术研究院

一、电能质量综合治理装置（INPPCG）

1、设备应用范围

电能质量综合治理装置INPPCG主要针对解决配网三相负荷不平衡、无功功率低、谐波畸变率大等企业客户端用电问题，将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上，适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流使其吸收或者发出满足要求的电流，实现优化电能质量的目的。

2、工作原理

1）无功补偿原理

电能质量综合治理装置 INPPCG 通过控制逆变器输出电压的大小，即可控制 INPPCG 与系统交换无功的大小和方向。

图2-1 INPPCG 电气结构图

电能质量综合治理装置接入系统的电气结构图可以简化成如下模型：

图2-2 电能质量综合治理装置简化模型

即一个电压源（三相桥式逆变电路）通过电抗器连接到电网中。上述等效系统中有 Ut+jXLI_L=US ，工程中通过控制逆变器超前系统电压的相角和调制比来改变电抗器电流的大小方向，实现空载运行、容性运行、感性运行三种模式，满足容性无功到感性无功连续快速平滑的调节，有效提升功率因数和稳定电压。

①空载运行模式

图2-3 电能质量综合治理装置空载运行模式简图

电能质量综合治理装置中的电压源所发出的电压和系统电压大小、相位均相同，连接电抗器上没有电流，电能质量综合治理装置既不向系统发出容性无功也不向系统发出感性无功；

②容性运行模式

图2-4 电能质量综合治理装置容性运行模式简图

电能质量综合治理装置中的电压源所发出的电压大于系统电压，此时电抗器上产生的电压相位和系统电压方向相反（从电能质量综合治理装置-->电网），连接电抗器由于是感性负荷，其电流 IL 滞后其电压 90°，而该 IL 相对于电网电压是一个超前的电流（超前 90°），因此此时电能质量综合治理装置（电抗器+电压源的组合）向电网注入容性电流，对系统补偿容性无功。

2）谐波抑制原理

电能质量综合治理装置是一个三相可控的电流源，通过控制器采样系统中的三相电流谐波，产生一个反向的电流谐波来抵消系统中的电流谐波，从而降低系统中的电流谐波含量。

由于系统的电压谐波是电流谐波作用在系统阻抗上产生谐波电压，该谐波电压叠加到系统电压上使规则的正弦波电压发生畸变，因此当系统中的电流谐波含量降低后，系统中的电压谐波含量将同时降低。通过上述原理可以对系统中的电压、电流谐波进行治理。

3）三相不平衡控制原理

电能质量综合治理装置INPPCG基于电力电子移相技术和分相控制技术实现三相不平衡治理。当系统检测到三相电流不平衡后，首先计算三相电流平均值后通过桥式逆变电路进行分流。

4）分相补偿原理

电能质量综合治理装置为三相可控的电流源，通过三相中任意一相及零线（分相补偿必须采用三相四线制电能质量综合治理装置才能实现），产生正向或者反向的无功，来对系统提供单相或某两相的补偿。

5）电压波动闪变控制原理

电能质量综合治理装置INPPCG通过对电网即时跟踪，对电网波动和闪变做相应控制。当电网发生单相或三相骤升、骤降等问题，通过发出感性或容性无功，增大电网容量，从而达到稳定电网的目的。

二、采油单井应用情况

采油厂注水井及采油井多采用单井单变的供电模式，设备多采用变频器供电，变频器属于非线性负载，变频器的普遍使用会产生大量谐波电流注入电网，影响电网的供电质量和供电效率。

1）前期部分井场测量数据如下：

表2.1 现场谐波和无功数据列表

2）长2-4、5、28井变进线实测现状：

电压波形图 电流波形图

表2.2电压、电流数据列表：

表2.3功率数据列表：

表2.4 1~25次谐波电流有效值：

从监测数据可以看出单井谐波电流多为奇次谐波造成，谐波电流参照负荷电流来说相比较大，同时整个THDI%较高，整个谐波汇集后对电网会造成不利影响，造成设备的发热及不正常运行。