漁業(yè)科考船電力推進(jìn)系統(tǒng)概述與分析

張志強(qiáng)，馬繼坤，鹿志祥，王 寧

(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島 266071)

漁業(yè)科考船電力推進(jìn)系統(tǒng)概述與分析

張志強(qiáng)，馬繼坤，鹿志祥，王 寧

(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島 266071)

介紹了船舶推進(jìn)的兩種方式：常規(guī)機(jī)械直接推進(jìn)與電力推進(jìn)。指出電力推進(jìn)系統(tǒng)在漁業(yè)科考船應(yīng)用的優(yōu)勢。分析了電力推進(jìn)系統(tǒng)中兩種類型變頻器的工作原理：DFE整流前端變頻器和AFE整流前端變頻器，并進(jìn)行了性能比較。認(rèn)為AFE系統(tǒng)體積重量更有優(yōu)勢，DFE系統(tǒng)具有成本優(yōu)勢。

電力推進(jìn) 有源前端整流 無源前端整流

0 引言

近年來，伴隨海洋資源的縮減，對船舶的噪音和振動(dòng)性能、高可靠性及環(huán)保節(jié)能船舶的要求也增加，漁船科考船作為漁船領(lǐng)域的先驅(qū)者發(fā)展電力推進(jìn)從效益角度和長遠(yuǎn)利益來看，勢在必行。

目前，船舶推進(jìn)主要有常規(guī)機(jī)械直接推進(jìn)與電力推進(jìn)兩種方式。以柴油機(jī)和汽輪機(jī)為主的傳統(tǒng)型船舶動(dòng)力裝置，曾對船舶及航運(yùn)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，仍然廣泛應(yīng)用在游輪、渡輪、散貨船等各種船舶，如圖1所示。然而這類動(dòng)力裝置也因其一些固有的缺陷阻礙了進(jìn)一步發(fā)展[1]。例如：占據(jù)空間過大，以柴油機(jī)和汽輪機(jī)為主機(jī)的船舶，其機(jī)艙空間都被體積龐大的發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置、減速器和軸系等占據(jù)，艙室空間利用率大大降低，有效載荷減小。工作環(huán)境差，以柴油機(jī)或汽輪機(jī)為主機(jī)的機(jī)艙內(nèi)，不僅振動(dòng)大、噪聲高，而且油污多，廢氣排放影響空氣質(zhì)量，衛(wèi)生條件差。主機(jī)大而高，系統(tǒng)復(fù)雜，增加維護(hù)難度，加重維護(hù)工作量。

圖1 傳統(tǒng)柴油機(jī)直接推進(jìn)系統(tǒng)示意圖

推進(jìn)系統(tǒng)示意圖如圖2所示。電力推進(jìn)系統(tǒng)基本由機(jī)械原動(dòng)機(jī)(柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或核動(dòng)力)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)再為推進(jìn)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)可能是直流、交流同步電動(dòng)機(jī)或交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。從第一艘電力推進(jìn)船舶誕生至今，船舶電力推進(jìn)技術(shù)經(jīng)歷了從直流到交流、從低壓小功率向中壓大功率發(fā)展的過程。20世紀(jì)90年代以后采用電力推進(jìn)的船舶以35%的速度增長。隨著技術(shù)進(jìn)步，電力推進(jìn)優(yōu)越性日益凸顯，二十一世紀(jì)將是船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展的黃金時(shí)代。

圖2 電力推進(jìn)系統(tǒng)示意圖

1 電力推進(jìn)系統(tǒng)在漁業(yè)科考船應(yīng)用的優(yōu)勢

漁業(yè)科考船采用電力推進(jìn)方式與傳統(tǒng)的機(jī)械直接推進(jìn)方式相比，電力推進(jìn)主要有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：

1）布局更靈活、有效空間更多、全壽命費(fèi)用降低

如圖3所示，傳統(tǒng)船舶的軸系長度往往占到船長的40%左右，采用電力推進(jìn)的船舶省卻了傳動(dòng)軸系、減速齒輪箱，代之以柔性電纜。與常規(guī)機(jī)械推進(jìn)相比，電力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備更多，但單臺(tái)設(shè)備體積更小，可以在船上分散靈活布置，因此可以合理有效的利用空間。對于漁業(yè)科考船來說，可以增加漁艙艙容，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，降低全壽命費(fèi)用。

圖3船艙布置示意圖

2）運(yùn)行可靠、生命力提高

與常規(guī)機(jī)械推進(jìn)相比，電力推進(jìn)系統(tǒng)采用的推進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡單，尤其是異步推進(jìn)電動(dòng)機(jī)，非常堅(jiān)固耐用。其它部件如推進(jìn)變壓器、推進(jìn)變頻器等沒有運(yùn)動(dòng)部件，更為可靠。同時(shí)，電力推進(jìn)系統(tǒng)電源為恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)組，磨損更小。

電力推進(jìn)使用多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，個(gè)別機(jī)組的故障只對船速有一定的影響，不會(huì)導(dǎo)致喪失動(dòng)力。目前的電力推進(jìn)系統(tǒng)多采用兩條以上的推進(jìn)支路，可互為備用。在有更高要求的情況下，可通過變頻器的模塊化和推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的多繞組形式，達(dá)到更高的可靠性，即在變頻器一部分功率模塊故障或電機(jī)部分繞組故障的情況下，電力推進(jìn)系統(tǒng)仍能降功率運(yùn)行，不致失去動(dòng)力，從而保證船舶安全性。

3）維護(hù)工作量減少

電力推進(jìn)系統(tǒng)除推進(jìn)電動(dòng)機(jī)以外，均為靜止部件，維護(hù)工作量??；推進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)工作量比常規(guī)機(jī)械推進(jìn)的燃?xì)鈾C(jī)及柴油機(jī)少的多，一般只需要對軸承進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

4）操縱靈活，機(jī)動(dòng)性能好

電力推進(jìn)系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳，扭矩響應(yīng)速度快，螺旋槳由全速正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到全速反轉(zhuǎn)的時(shí)間非常短，機(jī)動(dòng)性能好。電力推進(jìn)船舶可頻繁正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)速度快、調(diào)速精度高、自動(dòng)化水平高。

5）易于獲得理想的拖動(dòng)特性

電力推進(jìn)系統(tǒng)由于采用變頻控制，低速下可以獲得較大扭矩，如圖4所示。對于具有強(qiáng)制散熱措施的推進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在零轉(zhuǎn)速都有可能獲得額定轉(zhuǎn)矩，這種特性適合于具有拖網(wǎng)及圍網(wǎng)工況的漁業(yè)科考船在拖網(wǎng)運(yùn)行工況下運(yùn)行。

圖4 推進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線

6）減小振動(dòng)和噪聲、環(huán)境更舒適

柴油機(jī)直接推進(jìn)方式產(chǎn)生的水下輻射噪聲會(huì)對海洋和沿海生物多樣性產(chǎn)生影響。船舶振動(dòng)噪聲主要來自燃?xì)鈾C(jī)、柴油機(jī)等熱機(jī)。推進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，振動(dòng)噪聲水平較低。而電力推進(jìn)系統(tǒng)的電站中的燃?xì)鈾C(jī)、柴油機(jī)等工作在恒速狀態(tài)下，振動(dòng)比變速主機(jī)小，而且可以安裝在水線以上，允許封閉，可以通過采用較好的隔振裝置，增加隔音罩等措施降低振動(dòng)噪聲。另外，設(shè)備可分散布置，通過合理的艙室布置也可以降低重要艙室噪聲。

7）提高經(jīng)濟(jì)效益，減少排放物

遠(yuǎn)洋漁業(yè)科考船運(yùn)行工況多，變速較為頻繁、推進(jìn)負(fù)荷變化區(qū)間大。電力推進(jìn)配置有多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組用于發(fā)電，可根據(jù)用電負(fù)荷選擇投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)，使運(yùn)行機(jī)組始終運(yùn)行于高效工作區(qū)，保持燃油消耗率和CO2排放最低，實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)性，提高續(xù)航力，降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

2 變頻器形式的比較與分析

目前廣泛應(yīng)用的電壓源型變頻器有兩種類型的整流前端，即DFE整流前端與AFE整流前端。兩種整流前端具有各自特點(diǎn)，適用于不同場合。

2.1 DFE整流前端

圖5 DFE變頻器結(jié)構(gòu)圖

圖6 DFE前端輸入、輸出波形

圖7 12脈沖整流器

如圖5所示，DFE前端使用的功率器件是二極管。二極管最大的特性就是單向?qū)щ?，也就是電流只可以從二極管的一個(gè)方向流過，同時(shí)二極管是不可控器件，它沒有控制端，二極管的正向?qū)胺聪蚪刂故遣豢煽氐摹Ｓ捎诙O管器件不可控，一般三相整流橋輸出直流電壓的紋波頻率6倍于輸入電源的頻率，網(wǎng)側(cè)電流含有大量的低次和高次諧波電流，造成輸入功率因數(shù)降低和電流諧波增高，如圖6所示。

由于DFE整流前端諧波過大，為減小諧波對電網(wǎng)影響，一般增加移相整流變壓器構(gòu)成多脈波整流，常見的是12脈波整流變壓器，如圖7所示，即通過12脈波（3繞組）整流變壓器與兩組三相整流橋構(gòu)成12脈波整流。

采用多脈波整流技術(shù)，可以有效地降低諧波，12脈波整流電流THDi約12%左右。在船舶電力推進(jìn)應(yīng)用中，通常每一舷推進(jìn)系統(tǒng)采用12脈波整流，左右舷整流變壓器再移相15度（各移相7.5度），構(gòu)成虛擬24脈波整流。通過這種方式可以將電壓諧波THDv降低到5%以下，滿足規(guī)范及使用要求。由于一般配合整流變壓器使用，采用DFE整流前端時(shí)系統(tǒng)的尺寸重量大一些。

DFE整流前端是一種最常用的整流前端，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、性價(jià)比高特點(diǎn)。

2.2 AFE整流前端

AFE整流前端使用的是IGBT或IGCT器件，IGBT或IGCT器件屬于全控型器件，通過控制信號(hào)既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷。IGBT 或IGCT器件具有驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、飽和壓降低而容量大的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格要高于同容量等級(jí)的二極管器件。

AFE前端與變頻器的輸出逆變部分(逆變器)結(jié)構(gòu)一樣，使用IGBT或IGCT等全控器件組成三相橋式結(jié)構(gòu)，如圖8所示。三相橋式結(jié)構(gòu)在電力電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟，非?？煽?。

圖8 AFE前端變頻器

從結(jié)構(gòu)上看，AFE前端相當(dāng)于一個(gè)逆變器，其有源的含義在于，與傳統(tǒng)的二極管整流技術(shù)相比，有源前端不再是被動(dòng)地將交流轉(zhuǎn)變成直流，而是具備了很多主動(dòng)的控制功能。通過控制全控器件的開通與關(guān)斷，它可以消除諧波，提高功率因數(shù)，回饋能量，保持直流母線電壓恒定。通過合適的控制策略，AFE前端變頻器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可以為1，大幅降低網(wǎng)側(cè)電流諧波，如圖9所示，其直流母線電壓也更為穩(wěn)定。

圖9 AFE前端輸入、輸出波形

回饋能量是AFE整流前端的另一個(gè)特點(diǎn)，可以將電機(jī)制動(dòng)返回到直流母線的能量回饋電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。能量回饋功能主要用于起重、提升類負(fù)載，或者用于各種試驗(yàn)臺(tái)架作為可回饋負(fù)載[2]。

AFE整流前端由于采用高頻開關(guān)控制，其共模電壓幅值及頻率比DFE整流前端高。

表1 DFE和AFE整流前端比較

2.3 電磁兼容性的影響

DFE與AFE整流前端工作原理不同，電磁兼容性差別較大。對于實(shí)驗(yàn)設(shè)備較多，對電源品質(zhì)要求高，同時(shí)對運(yùn)行電磁環(huán)境也有較高要求的船型來說，變頻器是全船最大的干擾源，選擇變頻器技術(shù)方案時(shí)，必須考慮其帶來的電磁兼容性問題。

科考船的船載實(shí)驗(yàn)室安裝有大量精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備的供電存在著供電品質(zhì)問題。對于精密測量儀器，純凈的電源十分重要，當(dāng)電網(wǎng)品質(zhì)較差時(shí)，電源噪聲容易串入測量回路，導(dǎo)致采集的信號(hào)失真，影響實(shí)驗(yàn)效果，因此需要采取技術(shù)措施保證實(shí)驗(yàn)室用電設(shè)備的供電品質(zhì)[3]。另外許多船載測試設(shè)備對運(yùn)行電磁環(huán)境的要求非常高，應(yīng)采取措施降低各種傳導(dǎo)及輻射干擾。

主推進(jìn)變頻器功率大，運(yùn)行頻率高，非線性工作，是全船主要的電磁干擾源，如果技術(shù)方案不完善，會(huì)帶來較大的電磁兼容性問題，甚至可能導(dǎo)致全船電氣系統(tǒng)無法正常工作，因此需要分析變頻器的干擾模式，提出合理的解決方案。

1）干擾范圍

變頻器干擾產(chǎn)生的位置包括整流單元及逆變單元兩個(gè)位置。整流單元的電磁噪聲直接影響電網(wǎng)，其干擾范圍包括發(fā)電機(jī)、配電板、全船日用負(fù)載及相關(guān)設(shè)備之間的空間區(qū)域；逆變單元的電磁噪聲直接影響推進(jìn)電動(dòng)機(jī)、變頻器與推進(jìn)電機(jī)之間區(qū)域。

2）干擾模式

變頻器的干擾分為差模干擾及共模干擾兩類。差模干擾即變頻器輸入或輸出三相之間的非基波正弦含量，差模干擾在電網(wǎng)側(cè)及電機(jī)側(cè)都存在。電網(wǎng)側(cè)差模干擾即通常所說的諧波成分，影響電網(wǎng)電能品質(zhì)；電機(jī)側(cè)差模干擾直接影響推進(jìn)電機(jī)性能。差模干擾通過技術(shù)措施可以抑制，例如輸入側(cè)采用移相變壓器多脈波整流方式，輸出側(cè)采用正弦波濾波器等措施。

共模干擾即變頻器三相對地干擾，常規(guī)線性系統(tǒng)中三相對地電壓瞬時(shí)值接近零，而變頻調(diào)速系統(tǒng)中，無論整流單元還是逆變單元都運(yùn)行在非線性狀態(tài)，變頻器輸入輸出對地電壓瞬時(shí)值不為零，產(chǎn)生對地共模干擾，如圖10所示。共模干擾主要表現(xiàn)在三相對地，不容易通過普通的濾波措施抑制，需要引起特別重視。

圖10 共模電壓示意圖

DFE整流前端變頻器與AFE整流前端變頻器在輸入及輸出端均存在差模與共模干擾，區(qū)別在于干擾的頻率成分和幅值不同。

DFE整流前端差模干擾較大，一般采取多脈波整流方法降低差模干擾（即諧波），可以將各種工況下電壓諧波畸變率THDv降低到5%以下，正常運(yùn)行時(shí)（虛擬24脈波）THDv低于2%。

DFE整流前端共模電壓是由于二極管非線性產(chǎn)生的，其三相電壓波形基本為正弦波，因此其共模電壓的幅值與頻率較低。對電網(wǎng)的影響較小。DFE前端使用時(shí)，一般不考慮其共模電壓的影響。

圖11 共模干擾示意圖

AFE整流前端差模干擾較小，是AFE整流單元的特點(diǎn)。AFE整流前端不用配置整流變壓器就可以滿足規(guī)范對諧波要求，其各種工況電壓諧波畸變率THDv均低于3%，正常能夠運(yùn)行時(shí)約1%左右。由于AFE整流前端工作在高頻狀態(tài)，其共模干擾較為嚴(yán)重，AFE整流前端共模電流分布如圖11所示。

共模電流由共模電壓通過變頻器、配電板及發(fā)電機(jī)的分布電容及船體形成回路。共模電壓幅值的理論值為：Vcm= （V1+V2+V3）/3

V1、V2、V3為交流側(cè)三相相電壓，由于三相PWM波瞬時(shí)值不為0，所以具有共模電壓，對于低壓3AC690 V系統(tǒng)，共模電壓幅值約為400 V，為直流母線電壓的一半，PWM信號(hào)通過長線反射后，共模電壓幅值更高，可接近800 V。圖12 為3AC380 V變頻器共模電壓實(shí)測圖。

由圖12可見，曲線1為記錄的無電壓反射時(shí)的共模電壓，幅值約為270 V，曲線2為通過100 m左右電纜產(chǎn)生反射后的共模電壓，幅值約為400 V。

圖12 共模電壓示意圖

以上分析建立在理論計(jì)算基礎(chǔ)上，針對的回路十分簡單。實(shí)際上由于共模電壓頻率高，接近開關(guān)頻率，容易產(chǎn)生諧振，對于配電板等線路復(fù)雜的系統(tǒng)，諧振幾率高。諧振后的共模電壓幅值可以達(dá)到理論值的3～5倍，對于低壓系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)、配電板的絕緣水平可以滿足要求，但對于中壓系統(tǒng)則具有較大風(fēng)險(xiǎn)。對于中壓6600 V系統(tǒng)，共模電壓理論值高達(dá)4000 V，如果產(chǎn)生諧振，有可能產(chǎn)生十幾千伏以上的高頻共模電壓。

以往中壓AFE變頻器主要用于陸地電網(wǎng)，前端配置一臺(tái)配電變壓器，利用該變壓器漏抗作為前端升壓電感的一部分，起到隔離作用，同時(shí)簡化了AFE變頻器供電電源線路，降低了高頻諧振的可能性，所以有效地降低了共模電壓幅值。當(dāng)共模電壓幅值較低時(shí)，對設(shè)備的絕緣不構(gòu)成沖擊，同時(shí)形成的共模電流值較小。

當(dāng)AFE變頻器用于船舶電力推進(jìn)時(shí)，與DFE變頻器相比主要優(yōu)點(diǎn)就是省掉整流變壓器，這樣共模電壓將直接串入船舶電網(wǎng)，影響發(fā)電機(jī)、配電板及各種日用負(fù)荷，由于沒有陸用場合中的配電變壓器隔離共模干擾，對設(shè)備絕緣構(gòu)成威脅。同時(shí)由于配電線路復(fù)雜，產(chǎn)生諧振的幾率增加，共模電壓幅值更高，對于系統(tǒng)絕緣來說可謂雪上加霜。

綜上所述，AFE變頻器共模電流帶來的危害如下：

1）共模電壓通過船體及分布電容耦合，由于船體是良導(dǎo)體，很容易形成全船性的干擾；

2）共模電壓過高形成較大的共模電流，對發(fā)電機(jī)軸承具有較大的危害；

3）共模電壓一旦諧振，幅值放大后對配電板、發(fā)電機(jī)及日用負(fù)荷的絕緣損害較大。

正是由于以上原因，AFE變頻器用于船舶主推十分少，即使采用也僅限于低壓系統(tǒng)，極少用于中壓系統(tǒng)

無論變頻器采用AFE前端還是DFE前端，其逆變單元干擾水平基本一致。逆變單元差模干擾主要體現(xiàn)在高頻干擾，頻率分布在開關(guān)頻率附近，幅值大的諧波電流主要分布在一倍和兩倍的開關(guān)頻率的頻帶范圍內(nèi)，而諧波電流引起的電磁噪聲也集中在這個(gè)頻帶附近[4]。這些高頻成分的主要影響如下：

1）由于變頻器輸出的高次諧波分量與轉(zhuǎn)子固有頻率的諧振，使轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪音增大；

2）由于變頻器輸出的高次諧波使鐵心機(jī)殼軸承座等的諧振在固有頻率附近的噪音增大。

若船舶對推進(jìn)電機(jī)振動(dòng)噪聲要求嚴(yán)格，則推進(jìn)電機(jī)與推進(jìn)變頻器之間配置有正弦波濾波器，濾出這些高頻成分，降低差模干擾對推進(jìn)電機(jī)的影響。

由于工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，電機(jī)側(cè)逆變單元共模干擾也較為嚴(yán)重，具有高壓高頻的共模干擾成分，主要通過以下措施解決：

1）變頻器與電機(jī)就近安裝，遠(yuǎn)離重要儀器設(shè)備艙室，減小干擾影響區(qū)域；

2）變頻器與電機(jī)之間選用變頻電纜，提供共模地電流回路，減小共模干擾對其他設(shè)備的影響；

3）最重要的是推進(jìn)電機(jī)采用專門設(shè)計(jì)的變頻電機(jī)，絕緣裕量較大，確?？梢猿惺茌^高的對地共模電壓；

4）變頻電機(jī)轉(zhuǎn)子通過電刷接地，減小共模電流對軸承的損壞；

表2 DFE和AFE整流前端電磁干擾

逆變單元產(chǎn)生工模干擾的原理與AFE整流前端類似，但逆變單元與推進(jìn)電機(jī)直接連接，回路簡單，產(chǎn)生高頻諧振的可能性很小，同時(shí)由于推進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的特殊性，主要考慮到電纜的選擇、布線及接線工藝，逆變單元比AFE整流前端更容易解決電磁兼容性問題。

3 DFE與AFE整流前端的船舶應(yīng)用

目前國內(nèi)外集成商提供電力推進(jìn)系統(tǒng)解決方案主要采用DFE變頻器，也有少量低壓船舶采用AFE變頻器。采用DFE變頻器的電力推進(jìn)系統(tǒng)如圖13所示，采用AFE變頻器的電力推進(jìn)系統(tǒng)如圖14所示。

圖13 DFE電力推進(jìn)系統(tǒng)示意圖

圖14 AFE電力推進(jìn)系統(tǒng)示意圖

如圖所示，采用DFE變頻器電力推進(jìn)系統(tǒng)多出兩臺(tái)整流變壓器，其余部分基本一致。從系統(tǒng)體積重量上來說，AFE系統(tǒng)更有優(yōu)勢。但AFE系統(tǒng)變頻器造價(jià)高于整流變壓器與DFE變頻器造價(jià)之和，在成本上，DFE系統(tǒng)更有優(yōu)勢。

表3 DFE和AFE前端比較分析

雖然AFE變頻器可以向電網(wǎng)回饋能量，但由于船舶電網(wǎng)容量較小，推進(jìn)電機(jī)所占比重過大，如果將推進(jìn)電機(jī)的制動(dòng)能量回饋到電網(wǎng)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。所以無論是DFE系統(tǒng)還是AFE系統(tǒng)，用于船舶電力推進(jìn)時(shí)，均需要配置制動(dòng)電阻，這樣AFE變頻器最大的節(jié)能特點(diǎn)在船舶電力推進(jìn)上無法應(yīng)用。目前國內(nèi)外AFE變頻器作為主推進(jìn)裝置的應(yīng)用僅限于低壓系統(tǒng)，中壓系統(tǒng)由于系統(tǒng)電壓高，共模干擾帶來的危險(xiǎn)更大以及電壓匹配性問題，風(fēng)險(xiǎn)過大，沒有應(yīng)用業(yè)績。當(dāng)然，如果AFE系統(tǒng)增加隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的共模干擾隔離，同時(shí)進(jìn)行電壓匹配，可以降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。但如果采用隔離變壓器，與DFE系統(tǒng)相比，在體積重量及成本上沒有任何優(yōu)勢。

目前AFE應(yīng)用于船舶最多的場合是低功率甲板機(jī)械驅(qū)動(dòng)，甲板機(jī)械下放重物時(shí)，通過將勢能回饋到電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。一般來說，低功率甲板機(jī)械功率占電網(wǎng)容量的比例較小，又是低壓裝置，所有采用AFE變頻器風(fēng)險(xiǎn)低，應(yīng)用較多。

從上述分析中可以明顯地看出，AFE系統(tǒng)除了重量上略有優(yōu)勢（可減少2臺(tái)主推進(jìn)變壓器），在成本、可靠性、電磁兼容性上均沒有特別明顯優(yōu)勢，尤其在中壓系統(tǒng)中反而增加了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

通過以上分析可知，對于科考船來說，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)較多，建議綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將重點(diǎn)落腳在降低推進(jìn)電機(jī)振動(dòng)噪聲，為試驗(yàn)室系統(tǒng)構(gòu)建良好的電磁環(huán)境，提高系統(tǒng)安全性等關(guān)鍵技術(shù)上，選擇合理的電力推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)方案對全船性能尤為關(guān)鍵。

[1] M.Chow, P.M.Mangun, and S.O.Yee. A Neural Network Approach to Real-Time Condition Monitoring of Induction Motors. IEEE Trans. OIE, DEC.1991, PP.448-453.

[2] 王兆安等. 諧波抑制與無功功率補(bǔ)償[M]. 北京∶ 機(jī)械工業(yè)出版社, 1998.9

[3] 管小銘. 船舶電力系統(tǒng)及自動(dòng)化[M]. 大連∶ 大連海事大學(xué)出版社,1999.

[4] 林海雪, 孫樹勤. 電力網(wǎng)中的諧波[M]. 北京∶ 中國電力出版社, 1998.

Review on the Integrated Electric Propulsion System for Fishing Survey Boats

Zhang Zhiqiang, Ma Jikun, Lu Zhixiang, Wang Ning

（Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071 , Shandong, China）

This paper introduces two types of electric propulsion, including conventional mechanical propulsion and electric propulsion. It points out the advantages of the electric propulsion system used in fishing survey boats. The principle of two types of transducer for electric propulsion system is analyzed: DFE rectifier front-end converter and AFE rectifier front-end converter, and the compares the performance. It considers that AFE system has volume and weight advantage, and DFE system has cost advantage.

electric propulsion; AFE; DFE

TM771

A

1003-4862（2015）08-0070-06

2015-04-28

張志強(qiáng)（1963-），男，高工。研究方向：船舶管理。