1500米钻井船电力系统谐波的分析与仿真研究

• 作 者: 马涛
• 机 构: 江苏科技大学
• 出 处: 江苏科技大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 钻井船 并联有源电力滤波器 谐波检测 电流环控制 电压环控制

当今钻井船电力推进系统中使用了大量变频装置,变频装置是钻井船电网谐波主要来源。随着钻井船电力系统中变频器容量等级不断提高,使得钻井船电网环境恶化。为抑制钻井船变频装置以及负载跳变产生的谐波,本文以1500米作业水深钻井船为研究对象,依托国家发改委“1500米作业水深钻井船平台电站系统集成”产业项目,针对钻井船谐波问题进行探讨,主要研究如下:1.为了解钻井船谐波特点,利用电力系统仿真专用软件EDSA对钻井船实船建模,分别对航行、作业两种工况分析钻井船的谐波源,通过仿真计算得出钻井船母线电压畸变率和电流畸变率,并选择并联有源滤波器抑制谐波。为使并联有源滤波器能够更好抑制钻井船谐波,分别对并联有源滤波器谐波的检测理论及改进算法、电流环控制及改进方式、电压环控制展开研究。2.为提高谐波检测精度,对pq谐波检测、ip-iq谐波检测以及FBD谐波检测算法进行理论分析,由于三种检测算法都采用了低通滤波器(LPF),对谐波的检测产生延迟,影响检测精度。本文采用一种基于FBD的改进谐波检测算法,该算法利用滑动窗取代传统的低通滤波器,能快速、准确的检测出钻井船供电系统中的基波电流和谐波电流,改进的算法在钻井船电网电压不对称或者电压畸变的情况下,也能表现出良好的效果。3.为提高谐波抑制精度,对钻井船并联有源电力滤波器的电流环和电压环进行设计。针对并联有源电力滤波器的电流环,分别对无差拍控制原理与重复控制原理研究,由于无差拍控制策略控制电流环实时性差且精度低,本文结合了重复控制的原理,采用基于重复控制原理的无差拍控制策略控制电流环;针对并联有源电力滤波器的电压环,由于有源电力滤波器工作时其主电路器件有能量的损耗,引起电容电压不稳定,通过对PI调节器控制电压环研究,利用PI调节器解决了直流侧电容电压不稳定问题。4.利用设计好的并联有源电力滤波器抑制钻井船电网谐波进行仿真分析。通过无差拍控制策略控制电流环仿真与基于重复控制原理的改进无差拍控制策略控制电流环仿真对比,验证改进无差拍控制策略控制电流环的合理性;通过基于PI调节器控制电压环仿真,验证PI控制电压环的有效性。