1 引言
船(chuan)舶(bo)綜(zong)合(he)全(quan)電(dian)力(li)推(tui)進(jin)係(xi)統(tong)是(shi)現(xian)行(xing)船(chuan)舶(bo)平(ping)台(tai)的(de)電(dian)力(li)和(he)動(dong)力(li)兩(liang)大(da)係(xi)統(tong)發(fa)展(zhan)的(de)綜(zong)合(he)，它(ta)適(shi)合(he)於(yu)不(bu)同(tong)種(zhong)類(lei)的(de)船(chuan)舶(bo)。世(shi)界(jie)各(ge)國(guo)都(dou)在(zai)針(zhen)對(dui)船(chuan)舶(bo)綜(zong)合(he)全(quan)電(dian)力(li)推(tui)進(jin)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)深(shen)入(ru)的(de)研(yan)究(jiu)，國(guo)外(wai)已(yi)經(jing)開(kai)發(fa)了(le)多(duo)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)綜(zong)合(he)全(quan)電(dian)力(li)推(tui)進(jin)係(xi)統(tong)並(bing)在(zai)多(duo)型(xing)船(chuan)舶(bo)上(shang)應(ying)用(yong)。據(ju)統(tong)計(ji)，在(zai)80年代後期以來，發達國家新建的客輪、破冰船、渡輪約有30%已采用綜合全電力推進係統，且成流行趨勢；國內民用船舶中全電力推進的應用已有多種形式：如江南船廠為國外設計建造的3200噸全電力推進化學品運輸船、勝利油田的“勝利232”號工程船、我國2006年交工的首艘采用綜合全電力推進係統的火車滾裝渡船“中鐵渤海一號”。作為船舶主動力係統的綜合全電力推進係統由於其高效率、高可靠性、高自動化以及低維護也成為新世紀大型水麵船舶青睞的主推進係統。
船舶綜合全電力推進係統包括：發電、輸電、配電、變電、拖動、推進、儲能、監(jian)控(kong)和(he)電(dian)力(li)管(guan)理(li)等(deng)諸(zhu)，多(duo)功(gong)能(neng)多(duo)係(xi)統(tong)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)也(ye)帶(dai)來(lai)了(le)嚴(yan)重(zhong)的(de)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)問(wen)題(ti)。綜(zong)合(he)全(quan)電(dian)力(li)推(tui)進(jin)係(xi)統(tong)各(ge)個(ge)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)是(shi)否(fou)運(yun)行(xing)良(liang)好(hao)，是(shi)否(fou)相(xiang)互(hu)協(xie)調(tiao)好(hao)，關(guan)係(xi)著(zhe)整(zheng)個(ge)綜(zong)合(he)全(quan)電(dian)力(li)推(tui)進(jin)係(xi)統(tong)是(shi)否(fou)能(neng)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)和(he)優(you)異(yi)的(de)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)。
2 諧波及波形畸變的產生和危害
2.1 諧波來源
綜合全電力推進係統中產生的諧波來源主要有：
1）tuijintongbufadianji。tuijintongbufadianjichanshengdexiebodiandongshishiyinzhuanzihedingzizhijiankongqixizhongdecichangfeizhengxianfenbusuoyinqide。tuijintongbufadianjimeiduicijixiaqixizhongdecichangbukenengwanquananzhengxianfenbu，zheshiyoucijijiegousuojuedingde。yinci，diandongshizhongbiranhanyouxiebofenliang。
2）變(bian)壓(ya)器(qi)。變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)勵(li)磁(ci)回(hui)路(lu)具(ju)有(you)非(fei)線(xian)性(xing)電(dian)感(gan)，因(yin)此(ci)，勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)是(shi)非(fei)正(zheng)弦(xian)波(bo)形(xing)，使(shi)得(de)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)發(fa)生(sheng)波(bo)形(xing)畸(ji)變(bian)。在(zai)空(kong)載(zai)時(shi)，非(fei)正(zheng)弦(xian)的(de)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)原(yuan)繞(rao)組(zu)的(de)漏(lou)抗(kang)上(shang)產(chan)生(sheng)壓(ya)降(jiang)，使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)感(gan)應(ying)電(dian)勢(shi)中(zhong)包(bao)含(han)諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)。變(bian)壓(ya)器(qi)空(kong)載(zai)合(he)閘(zha)時(shi)，常(chang)常(chang)會(hui)出(chu)現(xian)很(hen)大(da)的(de)勵(li)磁(ci)湧(yong)流(liu)。在(zai)嚴(yan)重(zhong)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，湧(yong)流(liu)波(bo)形(xing)強(qiang)烈(lie)畸(ji)變(bian)，不(bu)但(dan)幅(fu)值(zhi)可(ke)高(gao)達(da)數(shu)十(shi)倍(bei)於(yu)額(e)定(ding)空(kong)載(zai)電(dian)流(liu)，而(er)且(qie)正(zheng)負(fu)半(ban)波(bo)的(de)波(bo)形(xing)極(ji)不(bu)對(dui)稱(cheng)。這(zhe)種(zhong)湧(yong)流(liu)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)比(bi)較(jiao)長(chang)，屬(shu)於(yu)準(zhun)穩(wen)定(ding)的(de)非(fei)正(zheng)弦(xian)波(bo)。特(te)征(zheng)諧(xie)波(bo)是(shi)整(zheng)流(liu)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)波(bo)形(xing)畸(ji)變(bian)的(de)主(zhu)要(yao)成(cheng)分(fen)。由(you)於(yu)輸(shu)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)壓(ya)等(deng)級(ji)高(gao)、輸送功率大，即使百分數很小的諧波分量也會對低壓設備及弱電設備產生不可忽視的騷擾。
3）變bian頻pin器qi。船chuan舶bo綜zong合he全quan電dian力li推tui進jin係xi統tong采cai用yong變bian頻pin進jin行xing調tiao速su，而er諧xie波bo頻pin率lv又you隨sui頻pin率lv變bian化hua，這zhe樣yang對dui船chuan舶bo電dian網wang的de電dian源yuan質zhi量liang影ying響xiang較jiao大da。變bian頻pin電dian路lu輸shu入ru電dian流liu的de諧xie波bo分fen量liang十shi分fen複fu雜za，其qi頻pin率lv不bu僅jin和he輸shu入ru電dian源yuan頻pin率lv、變頻電路的結構有關，而且和變頻電路的輸出頻率有關。
zaishangshusangexieboyuanzhongtuijintongbufadianjiweixiebodianyayuan，bianyaqiweixiebodianliuyuan。duiyuxiebodianliuyuandeshebeilaishuo，jishigonggeitamendedianyashilixiangdezhengxianbo，tamensuoquyongdedianliuzhongyehuihanyouxiebochengfen。xiebodehanliangqujueyutamenbenshendetexinghegongzuozhuangkuang。xiebodianliuzhuruchuanbodianwanghou，zaichuanbodianwangxitongdezukangshangyinqixieboyajiang，yehuishidianwangxitongzhonggediandedianyachanshengboxingjibian。
2.2 諧波危害
諧xie波bo是shi影ying響xiang電dian能neng質zhi量liang的de重zhong要yao因yin素su之zhi一yi，它ta通tong常chang是shi由you電dian網wang中zhong的de非fei線xian性xing元yuan件jian產chan生sheng的de。船chuan舶bo電dian網wang中zhong的de諧xie波bo對dui船chuan舶bo設she備bei的de運yun行xing會hui產chan生sheng許xu多duo不bu利li的de影ying響xiang：
1）使船舶發電機的效率降低；
2）使電氣設備出現過熱，振動和噪音的現象，並產生絕緣老化、使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀的結果；
3）諧波還會引起船舶繼電保護和自動控製裝置的可靠性降低，產生誤動作；
4）諧波對通信設備和電子設備也會產生嚴重幹擾。因此，諧波對於船舶電網是一種電磁環境的汙染。
微電子設備在船舶測量、控製、保護、操作等係統中應用廣泛，它對電流波形有較高的要求，易遭受諧波幹擾。綜合全電力推進係統產生的諧波通過船舶電網對船上包括測量、保護、控製、操作等係統中的儀表、儀yi器qi和he設she備bei造zao成cheng影ying響xiang。如ru諧xie波bo對dui計ji算suan機ji的de幹gan擾rao主zhu要yao是shi影ying響xiang磁ci性xing元yuan件jian和he數shu據ju處chu理li係xi統tong的de精jing度du和he性xing能neng，從cong而er影ying響xiang計ji算suan機ji處chu理li數shu據ju的de質zhi量liang。諧xie波bo對dui船chuan舶bo照zhao明ming及ji生sheng活huo用yong電dian等deng設she備bei的de影ying響xiang主zhu要yao表biao現xian在zai增zeng加jia損sun耗hao、降(jiang)低(di)壽(shou)命(ming)和(he)運(yun)行(xing)性(xing)能(neng)劣(lie)化(hua)。諧(xie)波(bo)問(wen)題(ti)日(ri)益(yi)突(tu)出(chu)和(he)嚴(yan)重(zhong)，國(guo)內(nei)外(wai)都(dou)發(fa)生(sheng)過(guo)因(yin)諧(xie)波(bo)而(er)引(yin)發(fa)的(de)重(zhong)大(da)船(chuan)舶(bo)事(shi)故(gu)。特(te)別(bie)由(you)於(yu)變(bian)頻(pin)驅(qu)動(dong)的(de)使(shi)用(yong)，使(shi)電(dian)動(dong)機(ji)絕(jue)緣(yuan)物(wu)以(yi)及(ji)電(dian)纜(lan)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)迅(xun)速(su)老(lao)化(hua)、甚至燒毀；共模電壓在電機轉軸上感應出高的軸電壓，並形成軸承放電電流從而電腐蝕軸承，使電機在短期內報廢；高頻傳導性和輻射性ＥＭＩ使(shi)變(bian)頻(pin)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)下(xia)降(jiang)，故(gu)障(zhang)率(lv)增(zeng)加(jia)，並(bing)影(ying)響(xiang)電(dian)網(wang)上(shang)的(de)其(qi)他(ta)用(yong)電(dian)設(she)備(bei)。因(yin)此(ci)，研(yan)究(jiu)變(bian)頻(pin)器(qi)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)負(fu)麵(mian)效(xiao)應(ying)及(ji)其(qi)解(jie)決(jue)方(fang)法(fa)在(zai)電(dian)力(li)推(tui)進(jin)係(xi)統(tong)中(zhong)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)理(li)論(lun)意(yi)義(yi)和(he)實(shi)用(yong)價(jia)值(zhi)。
3 綜合電力推進係統諧波限製分析
為解決電力電子裝置產生的諧波汙染和低功率因數問題，傳統的手段是設置無功補償電容器和LC濾(lv)波(bo)器(qi)，這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)，既(ji)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)諧(xie)波(bo)，又(you)可(ke)以(yi)補(bu)償(chang)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)，一(yi)直(zhi)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。但(dan)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)主(zhu)要(yao)缺(que)點(dian)是(shi)補(bu)償(chang)特(te)性(xing)受(shou)電(dian)網(wang)阻(zu)抗(kang)和(he)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)影(ying)響(xiang)，易(yi)和(he)係(xi)統(tong)發(fa)生(sheng)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)，此(ci)外(wai)，此(ci)種(zhong)補(bu)償(chang)方(fang)法(fa)損(sun)耗(hao)大(da)，又(you)隻(zhi)能(neng)補(bu)償(chang)固(gu)定(ding)頻(pin)率(lv)的(de)諧(xie)波(bo)，難(nan)以(yi)對(dui)變(bian)化(hua)的(de)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)和(he)諧(xie)波(bo)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)的(de)動(dong)態(tai)補(bu)償(chang)。而(er)隨(sui)著(zhe)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)的(de)發(fa)展(zhan)，對(dui)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)和(he)諧(xie)波(bo)進(jin)行(xing)快(kuai)速(su)動(dong)態(tai)補(bu)償(chang)的(de)需(xu)求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)。目(mu)前(qian)的(de)趨(qu)勢(shi)是(shi)采(cai)用(yong)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)裝(zhuang)置(zhi)進(jin)行(xing)諧(xie)波(bo)補(bu)償(chang)，即(ji)采(cai)用(yong)有(you)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)（Active Power Filter，APF）。
3.1 有源濾波器的優勢
有源濾波器的主要優點有：
(1)有源濾波裝置是一個高阻抗電流源，它的接入對係統阻抗不會產生影響，因此此類裝置適合係列化、規模化生產。
(2)當電網結構發生變化時裝置受電網阻抗的影響不大，不存在與電網阻抗發生諧波的危險，同時還能抑製串並聯諧振。
(3)原理上比PPF更為優越，用同一台裝置可同時補償多次諧波電流和非整流倍次的諧波電流，完成各次諧波的治理。
(4)實現動態補償，可對頻率和大小均變化的諧波及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應速度。
(5)由於裝置本身能完成輸出限製，當線路中的諧波電流突然增大時有源濾波器不會發生過載，並且能正常發揮作用，不需要與係統斷開。
(6)具備多種補償功能，可以對無功功率和負序進行補償。
(7)諧波補償特性不受電網頻率變化的影響。
(8)可以對多個諧波源進行集中治理。
3.2 ANAPF係列有源電力濾波裝置
安科瑞公司ANAPF係列有源電力濾波裝置作為一種用於動態抑製諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，可克服LC濾lv波bo器qi等deng傳chuan統tong的de諧xie波bo抑yi製zhi和he無wu功gong補bu償chang方fang法fa的de缺que點dian，實shi現xian了le動dong態tai跟gen蹤zong補bu償chang，是shi諧xie波bo治zhi理li和he無wu功gong補bu償chang的de最zui佳jia選xuan擇ze，是shi確que保bao海hai上shang平ping台tai電dian力li係xi統tong穩wen定ding運yun行xing的de有you力li保bao障zhang。
3.2.1 工作原理
ANAPF係列有源電力濾波裝置，以並聯的方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量並實時注入電力係統，從而實現諧波治理和無功補償。（見圖1）
3.2.2 技術參數
主要由：DSP（數字信號處理器）、FPGA邏輯器件、AD信號采樣電路、DI/DO輸入輸出控製電路、PWM波形控製電路、RS485通訊電路等組成，主要用來完成電壓、電流等信號的采集和處理、指令電流的計算、開關電路的生成、PWM信號的輸出、係統對外通訊與係統保護等功能。控製係統是有源濾波器的核心，它決定了有源電力濾波器係統的主要性能和指標。
變流器模塊APFCOV
其核心是儲能電容和IGBT模塊。變流器的作用主要是將電網的電壓經IGBTgonglvmokuaizhengliuhouweichunengdianrongchongdian，shimuxiandianyaweichizaimougewendingdezhi，zaizhegeguochengzhongbianliuqizhuyaogongzuozaizhengliuzhuangtai，dangzhudianluchanshengbuchangdianliushi，bianliuqiyougongzuozainibianzhuangtai。kaolvdaochanpinshizaidianwangzhongchangshijianyunxingde，yincizhiliuzhichengdianrongcaiyongbomodianrong，gonglvmokuaicaiyongdeguoyuanzhuangchanpin，yiquebaozhengjizhiliang。bianliuqidexuanzegenjubuchangdianliudedaxiaoeryousuobutong。
電抗器模塊APF-RE.DG、APF-RE.SDG
APF電抗器起濾波作用，濾除APF發出的電網不需要的諧波。電抗器可分為單相和三相，電流從15A到200A等多種規格。
人機操作界麵APF-HMI
APF櫃在工作時，係統可以監測其網側電流、APF橋臂電流以及負載側電流，用戶可以通過HMI來對APF的運行模式進行設置，對於運行中出現的問題，可以產生對應的事件記錄。HMI就是我司針對電力係統，工礦企業，公用設施,智能大廈的電力監控需求而設計的一種智能儀表，它采用高亮度TFT-LCD彩屏顯示界麵，通過麵板按鍵來實現參數設置和控製，集成全部電力參數的測量、全麵的電能計量和考核管理、多種電力質量參數的分析。
配套的電流采樣互感器AKH-0.66-K
3.2.4 技術優勢
DSP+FPGA全數字控製方式，具有極快的響應時間；
先進的主電路拓撲和控製算法，精度更高、運行更穩定；
一機多能，既可補諧波，又可兼補無功；
模塊化設計，便於生產調試；
便利的並聯設計，方便擴容；
具有完善的橋臂過流、保護功能；
使用方便，易於操作和維護。
3.2.5 有源濾波器報價及元件清單
4 ANAPF有源電力濾波裝置的應用實例
本文以某實際大型旅遊客輪的綜合電力推進係統為例，其基本參數如下：
圖2和圖3表明，ANAPF未投入時電網側相電壓幾乎沒有發生畸變，但相電流的波形畸變十分嚴重。下麵是分別對電網側A相相電壓和相電流的傅裏葉分析，對畸變程度進行量化（0.02s後的3個周期作為傅裏葉分析的對象）。
圖4的傅裏葉分析表明，相電壓的畸變非常小，THD值約有2.68%，而電流的THD值已高達50.56%，諧波含量已經很高，可以看到其中5次、7次諧波幅值較大，已分別高達基波幅值的46%和23%。亟需采取諧波治理措施，以免對其他較敏感負載造成影響甚至損毀。
由ANAPF計算出的補償電流指令信號，因補償電流和諧波電流（以及無功電流）幅值相等相位相反，所以會相互抵消，從而使得電網電流變成隻含基波的正弦形狀。圖5和圖6為ANAPF投入電網後電網側的電壓電流波形，與未投入時的波形圖（圖2和圖3）對比可以發現濾波效果顯著，ANAPF投入後的電壓電流波形都十分接近正弦波。
圖7的傅裏葉分析表明，電網側的電壓和電流的畸變程度都減小了，尤其是電流的THD值由先前的50.56%下降至現在的0.79%；電壓的THD值現在約為0.00%。諧波幅值占基波幅值的百分比均小於1.1%，顯然電網側的諧波電壓和諧波電流含量都能滿足相關限製值的要求。以上結論表明，安科瑞ANAPF係列並聯型有源電力濾波裝置對改善電網側的電壓和電流有著顯著的效果。
5 結語
目前，有源濾波器已成為電力係統治理諧波汙染的主要發展方向。ANAPF有(you)源(yuan)電(dian)力(li)濾(lv)波(bo)器(qi)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)特(te)別(bie)適(shi)合(he)艦(jian)船(chuan)電(dian)網(wang)諧(xie)波(bo)治(zhi)理(li)的(de)優(you)秀(xiu)方(fang)案(an)，正(zheng)受(shou)到(dao)廣(guang)泛(fan)關(guan)注(zhu)。它(ta)的(de)使(shi)用(yong)，較(jiao)好(hao)地(di)抑(yi)製(zhi)了(le)艦(jian)船(chuan)電(dian)網(wang)中(zhong)的(de)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)，極(ji)大(da)地(di)改(gai)善(shan)了(le)電(dian)網(wang)的(de)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)，完(wan)全(quan)滿(man)足(zu)船(chuan)級(ji)社(she)的(de)有(you)關(guan)規(gui)定(ding)，在(zai)船(chuan)舶(bo)製(zhi)造(zao)業(ye)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)將(jiang)有(you)著(zhe)廣(guang)闊(kuo)的(de)前(qian)景(jing)。
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