石油化工企业电力系统谐波的监测和滤波

陈晟

摘要 本文在简要阐述石油化工企业电力系统谐波的监测目的和方法的基础上，分析研究了谐波系统的PQ检测系统和混合型滤波器及其工作原理，以期为有效地增长我们公司用电设备和化工设备的运行周期提供一定的参考和建议。

【关键词】电力系统谐波检测 滤波

1 石油化工企业电力系统谐波的监测目的和方法

中海石油化学公分有限公司海南基地有着四套大型化工生产装置，年总产量可达272万吨，年用电量近3亿度。海南电网近几年不断新建变电站，并网调试时有进行，对公司设备稳定运行带来一定风险。所以，公司提高供电质量就显得尤为重要，它有利于保证供电电压的稳定性，减少故障停电的次数，缩短故障停电时间，减少导线阻抗，降低线路损耗，充分保证公司的利益。而用户的使用情况和状态是其产生干扰谐波的主要因素，不同的用电设备以及不同的供电条件都会对谐波的指标产生一定程度上的影响。也就是说，谐波总是处于不断变化的状态之下。因此，石油化工企业想要提升用电率，需要采取有效的举措来完成谐波的监测工作，从而高效地完成降低电力系统谐波含有率这一目标。

现阶段，我国在研发石油化工企业电力系统谐波监测系统时多借助现代化先进的科学技术方法，比如：计算机应用技术、神经网络、数学研究工具等。而由于受到发展水平的限制，我国目前相关的技术还不够先进，很少有企业引进以上的这些先进技术，导致我国很少有企业引进电力系统谐波监测系统。面对如此现状，本文介绍了一种基于企业局域网，考虑了检测要求、实时计算能力和通讯能力，使用于低电压配电系统的电能质量（Power Quality，以下简称PQ）检测系统，具体分析如下。

2 石油化工企業电力系统谐波系统的PQ检测系统

PQ检测系统中包括三个重要组成部分，分别是基于网络的数据发布系统、运用于电能质量检测设备（Power Quality Moniror，以下简称PQM）上的嵌入式实时多任务操作系统（Embedded Real-time Operation System，以下简称EROS）以及现场检测设备PQM。

2.1 PQM

国外基于PQM及其系统的研发采用了诸多先进的软件和硬件技术以及各种各样的数学工具。但是这些先进技术的引进资金高昂，会极大地增加企业的引进成本，与我国企业现有的技术水平之间的差距也比较大。

此外，局部总线是基于个人计算机的硬件系统上存在的，有很多的不足，如：制作成本高、适应现场的能力不足、适应环境的能力较差等。而DSP芯片与局部总线相比，具有运算速度快、可以同时进行多任务操作、可以重叠操作以及制造成本低等优势。

由于PQM采用小波变换作为检测算法，在计算时，由于系统中包括了大量的电力参数以及其他各种统计参数，所以过程中需要耗费很多的时间来进行运算，基于此，为了有效提高硬件系统的运行质量和效率，需要使用工作频率较高的CPU。另外，键盘数据的输入、传输、显示以及输出等任务的完成也都需要耗费大量的运算时间和硬件资源。但是，以上这些任务的运算速度和实时性要求相对较低，在这种情况下使用单一 CPU处理器的硬件结构在进行任务计算和任务协调上存在较大的难度。

为此，将DSP芯片和MCU（微控制单元）二者实现了高度结合，采用主从关系结构，将MCU作为主机，DSP芯片作为从机，通过双口随机储存器，完成系统数据信息之间的处理和交换活动。采用的DSP芯片是全球领先的德州仪器公司刚刚推向市场的C2000系列，该型号的DSP芯片的数据处理速度非常的快，可以实时高度处理运算量非常大的多个任务;与此同时，该DSP芯片内部聚集了诸多的系统资源以供使用，有利于有效地减少设计系统的投入资金。MCU采用AT2MEL公司的AT89C55WD，主要用来帮助DSP芯片分担处理一些对实时性要求相对较低的系统任务，比如：系统配置和管理、人机交互以及通信等。

2.2 EROS（嵌入式实时多任务操作系统）

实时系统顾名思义它最大的特点就在于它的实时性。除此之外，它还具有专业性强、可靠性强以及体积小等诸多显著的优势。它不仅能够科学地管理操作系统中的CPU、微控制单元以及随机储存器等硬件设备，而且还可以为软件系统的开发和运行提供高质量的应用平台。

3 石油化工企业电力系统谐波系统的混合型滤波器及其工作原理

若引进PQ检测系统，须投入配套的滤波器，混合型滤波器的引进与使用则能够充分地解决这一问题。

滤波器包括有源电力滤波器和无源滤波器两种。其中，有源电力滤波器是一种刚刚研发出来的电力电子装置，它可以有效地减少谐波导致的停电故障、缩短故障时间以及极大地提高电源利用率等。但是，如果石油化工企业在消除谐波时只使用有源电力滤波器，很容易导致有源滤波器中的容量太大，对绝缘设备和滤波器容量等的要求超出其实际可承担的范围，现阶段石油化工企业所拥有的技术还不能支撑有源电力滤波器的运行，所以，事实上引进和使用有源电力滤波器的石油化工企业寥寥无几。而无源滤波器是由被动元件组成的，虽然其抗阻能力与其他滤波器相比存在一些差距，然而得益于它需要投入的制造资金较少、组成结构比较简单、操作方便快捷等显著优势，所以在现实中绝大多数的石油化工企业都在使用无源滤波器。

混合型有源电力滤波器顾名思义是有机得混合了有源电力滤波器和无源滤波器所具备的可取之处，其中，有源有力滤波器部分则主要用来改善无源滤波器的特性，动态滤除剩余谐波分量，无源滤波器主要完成无功功率补偿和补偿部分谐波。混合型有源电力滤波器继承了无源滤波器成本低、容量大的优点，同时兼备有源滤波器补偿效果好、安全可靠的优点，并且消除了无源滤波器效果差、易谐振的缺点以及解决了有源滤波器因成本高而难以应用到实际工业生产中去的问题，实现了优势互补，具有较高的工程应用价值。总之，石油化工企业想要在竞争激烈的市场上占据一席之位，采用混合型滤波器是不二之选。

4 结束语

综上所述，科学构建基于企业局域网的电力系统谐波监测系统，使用配套混合型电力滤波器，能极大地降低电力系统运行和生产设备运行中谐波的含量，维护设备稳定运行，提高公司行业竞争力。

随着我国科技水平的不断提高，在未来将会有越来越多的石油化工企业电力系统谐波的监测和滤波器的相关技术和设备被研发出来进入石油化工市场，然后被广泛地推广应用，有望为我国石油化工企业电力资源利用率的有效提高贡献巨大的力量。

参考文献

[1]邢丕勇，石油化工企业电力系统谐波的监测和治理[J].中国高新技术企业，2014 （13）：144-145.

[2]刘烽，石油化工企业电力系统谐波的监测和滤波[J].电气传动自动化，2003 （04）：36-38.