交流电力推进船舶谐波抑制方法研究

龙飞, 陈文霞



交流电力推进船舶谐波抑制方法研究

龙飞1, 陈文霞2

（1.武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064；2.哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨 150001）

针对大型船舶电力推进系统，构建了系统的仿真模型。结合系统的仿真模型，分别采用了并联型有源电力滤波器和12脉整流装置的谐波抑制方案对系统谐波进行处理。论述了两中谐波抑制方案的工作原理，并对有源电力滤波器的检测环节进行了改进，提高了谐波检测的实时性和准确性。利用仿真软件，在综合交流电力推进系统中，对以上两种方案进行了仿真验证，并对仿真结果进行了分析比较。仿真结果表明，这两种方案都能够很好地抑制谐波。

船舶电力推进系统 有源电力滤波器 12脉整流器 谐波抑制

0 引言

随着电力电子技术、交流电机控制技术的发展，交流电力推进技术已经成为船舶的发展方向，大功率变频装置也成为了交流电力推进船舶的核心[1,2]。变频装置通过电力电子器件的开关作用实现了电能的控制，但同时也成为了船舶电力系统中最突出的谐波源。尤其是综合电力推进系统船舶，电力推进系统所产生的谐波问题会影响到船舶办公用电设备的正常运行。所以，谐波抑制方法的研究成为交流电力推进船舶的关键技术之一。

谐波抑制方法可分为主动型和被动型[3-5]。主动型是对从谐波源本身提出的，要求谐波源本身不产生或少产生谐波。主要方法有：①增加变流装置的相数或脉波数；②合理配置谐波源；③采用脉宽调制技术；④采用多重化技术。被动型是指在谐波产生后，从用电设备的角度考虑，解决已经存在的谐波方法。主要方法是采用电力滤波器，包括无源电力滤波器、有源电力滤波器和混合型电力滤波器，由于有源电力滤波器对电网阻抗和谐波变化具有较好的适应能力，已成为目前滤波装置研究的重点[6]。

文中主要针对6.6 kV综合船舶电力推进系统进行了谐波分析和抑制，并对多种谐波抑制方法进行了理论分析和比较。结合船舶电网的特点，对采用多脉冲整流器和有源电力滤波器（active power filter，APF）的谐波抑制方案进行了仿真验证和分析。

1 谐波抑制方法

推进系统及其它大功率电动机的变频器是大型船舶电力系统谐波的主要来源[7]。为此，本文中主要从多脉冲变频器和并联有源滤波装置两个方向出发，讨论船舶电力推进系统中谐波的抑制方案。

1.1基于多脉冲整流器的谐波抑制

较高脉波数的变流器通常由两个或者更多的6脉波变频器经相位移动的并联变压器组合而成[8,9]。根据多脉冲变流器的工作原理，对于p脉冲变流器，若将输入电流正负半波之间的中点作为时间零点，对进行傅里叶分解可得：

1.2 基于APF的谐波抑制

并联型APF的结构图如图2所示。

如图2所示，并联型APF主要有谐波电流检测电路和补偿电流发生电路两大部分组成。

在APF的设计中，准确、快速的电流检测是保障补偿性能良好的前提。目前，最为常用的谐

类比于电机中的磁链控制原理，建立有源滤波系统中的虚拟电网磁链，可以通过磁链观测器获取磁链角从而得到电压相位角。传统的虚拟磁链算法常伴有积分初值和直流分量的偏差问题，故本文中提出一种APF电网虚拟磁链角度观测的新辨识算法。其原理图如图3所示。