石油钻机电驱动系统谐波抑制和无功补偿研究

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1、硕士学位论文摘要石油钻采设备通常工作于公共电网所不及的沙漠、海洋和陆地等环境场合，其中的电站子系统由数台柴油发电机组及其相应的控制系统构成，为石油钻机提供动力电源(小电网供电系统)。石油钻机中的钻井设备(绞车、泥浆泵和转盘等)由大功率的交流或直流电动机驱动，根据钻井工艺需要调节转速和控制转矩，因此，通常采用VFD变频调速系统或SCR直流调速系统来满足钻井工艺要求。众所周知，电力电子装置(VFD变频传动系统和SCR直流传动系统)对电力系统带来谐波污染，尤其是对柴油发电机组小电网系统，谐波污染的问题将更为严重，而且SCR电驱动系统的功率因数较低，也给小电网系统带来

2、额外负担，影响供电质量。因此，对石油钻机电驱动系统进行谐波抑制和提高功率因数，显得尤为重要。本论文正是针对此问题进行的研究和实践。本文对石油钻机电驱动系统的构成及其工作原理作了介绍，重点分析了SCR和VFD电驱动系统谐波和无功功率产生的原因及危害，结合国内外的研究成果，提出对石油钻机电驱动系统进行谐波抑制和无功补偿的方案，并将其应用到实际的工程项目中。石油钻机电驱动系统为典型的多谐波源系统，本文对各个谐波源进行了详细地分析，并且将多个谐波源进行了合成叠加和计算，来确定对电网系统总的影响(电压畸变率)；针对SCR和VFD电驱动系统的结构和特点，提出了对ScR和v

3、FD系统进行谐波抑制和无功功率补偿的不同解决方案，即：对sCR电驱动系统，采用有源滤波器+动态无功功率补偿的办法，来消除谐波和改善功率因数；而对VFD电驱动系统，采用有源滤波器来消除谐波即可。对石油钻机SCR和vFD电驱动系统谐波进行的分析和计算，为两系统谐波抑制的方案选型和系统优化提供了设计依据。本文选用适合于柴油发电机组小电网供电系统的有源滤波器(额定电压为690V)来滤除谐波，在系统结构上，采用一个谐波源配置一个有源滤波器的方法，主要解决了CT和PT连接的问题，实践证明系统配置合理，滤波效果良好。同时对SCR电驱动系统设计了动态无功补偿装置，通过实测数据

4、验证了本文对SCR电驱动系统的无功进行了有效地补偿。关键词：电驱动系统：谐波分析：谐波抑制：无功补偿石油钻机电驱动系统i皆波抑制和无功补偿研究AbstractOildrillingrigelectricdrivesystemsareusedmassiVelyinoildrillpicks．Meanwhile，oildrillingrigsystemsareusedindesert，seaand1andthatpublicgridcan’tarriVe．Thepowerstationsubsystemsareconstitutedofdieselgenerato

5、rsetsandcorrespondingcontrolsystems，itproVidespowersupplytooildrillingrig(smalIgridpowersuppIysystem)．DrilIingequipmentsaredriVenbyhigh-powerAC／DCmotors．Accordingtodrillingcraftneed，speedisadjustedandtorqueiscontrolled．Usually，thedrillingcraftneedissatis矗edbyVFDACorSCRDCspeedcontr01

6、system．Itiswellknownsthatpowerelectronicdevices(VFDACorSCRDCspeedcontrolsystem)bringharmonicpollutiontopowersystem．Especially，harmonicpollutionwillmoreseriousf

7、0rdieselgeneratorsmallgridsystem，andlowpowerfactorofSCRelectricdriVesystemalsobringadditionalburdenandinfluencequalityofpow

8、ersupplying．So，itisVeryimportanttocarryonharmonicsuppressionandimproVepowerf．actor．ThispaperisdoingresearchandpracticeinViewofthisquestion．Thestructureandworkingprincipleofoildrillingrigelectricdfivesystemareintroduced．Meanwhile，thereasonandharmofSCRandVFDelectricdriVesystemareanaly

9、zedmainly．Combining