交流電力推進(jìn)船舶諧波抑制方法研究

龍飛, 陳文霞

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交流電力推進(jìn)船舶諧波抑制方法研究

龍飛1, 陳文霞2

（1.武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064；2.哈爾濱工程大學(xué)自動化學(xué)院，哈爾濱 150001）

針對大型船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)，構(gòu)建了系統(tǒng)的仿真模型。結(jié)合系統(tǒng)的仿真模型，分別采用了并聯(lián)型有源電力濾波器和12脈整流裝置的諧波抑制方案對系統(tǒng)諧波進(jìn)行處理。論述了兩中諧波抑制方案的工作原理，并對有源電力濾波器的檢測環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了諧波檢測的實時性和準(zhǔn)確性。利用仿真軟件，在綜合交流電力推進(jìn)系統(tǒng)中，對以上兩種方案進(jìn)行了仿真驗證，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析比較。仿真結(jié)果表明，這兩種方案都能夠很好地抑制諧波。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng) 有源電力濾波器 12脈整流器 諧波抑制

0 引言

隨著電力電子技術(shù)、交流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流電力推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)成為船舶的發(fā)展方向，大功率變頻裝置也成為了交流電力推進(jìn)船舶的核心[1,2]。變頻裝置通過電力電子器件的開關(guān)作用實現(xiàn)了電能的控制，但同時也成為了船舶電力系統(tǒng)中最突出的諧波源。尤其是綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)船舶，電力推進(jìn)系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波問題會影響到船舶辦公用電設(shè)備的正常運(yùn)行。所以，諧波抑制方法的研究成為交流電力推進(jìn)船舶的關(guān)鍵技術(shù)之一。

諧波抑制方法可分為主動型和被動型[3-5]。主動型是對從諧波源本身提出的，要求諧波源本身不產(chǎn)生或少產(chǎn)生諧波。主要方法有：①增加變流裝置的相數(shù)或脈波數(shù)；②合理配置諧波源；③采用脈寬調(diào)制技術(shù)；④采用多重化技術(shù)。被動型是指在諧波產(chǎn)生后，從用電設(shè)備的角度考慮，解決已經(jīng)存在的諧波方法。主要方法是采用電力濾波器，包括無源電力濾波器、有源電力濾波器和混合型電力濾波器，由于有源電力濾波器對電網(wǎng)阻抗和諧波變化具有較好的適應(yīng)能力，已成為目前濾波裝置研究的重點(diǎn)[6]。

文中主要針對6.6 kV綜合船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了諧波分析和抑制，并對多種諧波抑制方法進(jìn)行了理論分析和比較。結(jié)合船舶電網(wǎng)的特點(diǎn)，對采用多脈沖整流器和有源電力濾波器（active power filter，APF）的諧波抑制方案進(jìn)行了仿真驗證和分析。

1 諧波抑制方法

推進(jìn)系統(tǒng)及其它大功率電動機(jī)的變頻器是大型船舶電力系統(tǒng)諧波的主要來源[7]。為此，本文中主要從多脈沖變頻器和并聯(lián)有源濾波裝置兩個方向出發(fā)，討論船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中諧波的抑制方案。

1.1基于多脈沖整流器的諧波抑制

較高脈波數(shù)的變流器通常由兩個或者更多的6脈波變頻器經(jīng)相位移動的并聯(lián)變壓器組合而成[8,9]。根據(jù)多脈沖變流器的工作原理，對于p脈沖變流器，若將輸入電流正負(fù)半波之間的中點(diǎn)作為時間零點(diǎn)，對進(jìn)行傅里葉分解可得：

1.2 基于APF的諧波抑制

并聯(lián)型APF的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

如圖2所示，并聯(lián)型APF主要有諧波電流檢測電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩大部分組成。

在APF的設(shè)計中，準(zhǔn)確、快速的電流檢測是保障補(bǔ)償性能良好的前提。目前，最為常用的諧

類比于電機(jī)中的磁鏈控制原理，建立有源濾波系統(tǒng)中的虛擬電網(wǎng)磁鏈，可以通過磁鏈觀測器獲取磁鏈角從而得到電壓相位角。傳統(tǒng)的虛擬磁鏈算法常伴有積分初值和直流分量的偏差問題，故本文中提出一種APF電網(wǎng)虛擬磁鏈角度觀測的新辨識算法。其原理圖如圖3所示。