文档介绍：船舶电力推进系统中的谐波抑制

1 引言
船舶综合全电力推进系统是现行船舶平台的电力和动力两大系统发展的综合,它适合于不同种类的船舶。世界各国都在针对船舶综合全电力推进系统进行深入的研究,国外已经开发了多种类型的综合全电力推进系统并在多型船舶上应用。据统计,在80年代后期以来,发达国家新建的客轮、破冰船、渡轮约有30%已采用综合全电力推进系统,且成流行趋势;国内民用船舶中全电力推进的应用已有多种形式:如江南船厂为国外设计建造的3200吨全电力推进化学品运输船、胜利油田的“胜利232”号工程船、我国2006年交工的首艘采用综合全电力推进系统的火车滚装渡船“中铁渤海一号”。作为船舶主动力系统的综合全电力推进系统由于其高效率、高可靠性、高自动化以及低维护也成为新世纪大型水面船舶青睐的主推进系统。
船舶综合全电力推进系统包括:发电、输电、配电、变电、拖动、推进、储能、监控和电力管理等诸,多功能多系统的复杂性也带来了严重的谐波污染问题。综合全电力推进系统各个功能模块是否运行良好,是否相互协调好,关系着整个综合全电力推进系统是否能具有良好的运行状态和优异的工作性能。
2 谐波及波形畸变的产生和危害
谐波来源
综合全电力推进系统中产生的谐波来源主要有:
推进同步发电机。推进同步发电机产生的谐波电动势是因转子和定子之间空气隙中的磁场非正弦分布所引起的。推进同步发电机每对磁极下气隙中的磁场不可能完全按正弦分布,这是由磁极结构所决定的。因此,电动势中必然含有谐波分量。
2)变压器。变压器的励磁回路具有非线性电感,因此,励磁电流是非正弦波形,使得电流波形发生波形畸变。在空载时,非正弦的励磁电流在变压器原绕组的漏抗上产生压降,使变压器感应电势中包含谐波分量。变压器空载合闸时,常常会出现很大的励磁涌流。在严重的情况下,涌流波形强烈畸变,不但幅值可高达数十倍于额定空载电流,而且正负半波的波形极不对称。这种涌流持续时间比较长,属于准稳定的非正弦波。特征谐波是整流设备产生波形畸变的主要成分。由于输电系统的电压等级高、输送功率大,即使百分数很小的谐波分量也会对低压设备及弱电设备产生不可忽视的骚扰。
3)变频器。船舶综合全电力推进系统采用变频进行调速,而谐波频率又随频率变化,这样对船舶电网的电源质量影响较大。变频电路输入电流的谐波分量十分复杂,其频率不仅和输入电源频率、变频电路的结构有关,而且和变频电路的输出频率有关。
在上述三个谐波源中推进同步发电机为谐波电压源,变压器为谐波电流源。对于谐波电流源的设备来说,即使供给它们的电压是理想的正弦波,它们所取用的电流中也会含有谐波成分。谐波的含量取决于它们本身的特性和工作状况。谐波电流注入船舶电网后,在船舶电网系统的阻抗上引起谐波压降,也会使电网系统中各点的电压产生波形畸变。
谐波危害
谐波是影响电能质量的重要因素之一,它通常是由电网中的非线性元件产生的。船舶电网中的谐波对船舶设备的运行会产生许多不利的影响:
使船舶发电机的效率降低;
2)使电气设备出现过热,振动和噪音的现象,并产生绝缘老化、使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁的结果;
3)谐波还会引起船舶继电保护和自动控制装置的可靠性降低,产生误动作;
4)谐波对通信设备和电子设备也会产生严重干扰。因此,谐波对于船舶电网是一种电磁环境的污染