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海洋工程船的电网谐波抑制方案和仿真研究宋艳琼【摘要】For the purpose of energy saving and environmental protection,there is the more advanced development on the green roads of ships at home and abroad. Especially this is embodied in large-scale construction equipment of ocean engineering ships and the drive systemto construction equipment. The ideas about harmonic suppression in electric propulsive shipping system are summarized. The paper analysesthe harmonic suppression methods and related technology,specially emphasizes high power factor rectifiers based on triple harmonics injection. Also,the paper discusses the rectification circuits of high power factor rectifiers,including the three-phase high power factor rectifiers based on triple harmonics injection. And the simulated models are given by using MATLAB 7. 0/SIMULINK 6 . 0 . The results of simulation show that application of the three-phase high power factor rectifiers based on 3 rd harmonics injection in electric propulsive shipping system can suppress current harmonics and enhance the power factor.%节能环保是国内外船舶的绿色发展道路.特别体现在海洋工程船的大型施工设备和施工设备的变频电力驱动技术上.简述了海洋工程船舶电网的谐波抑制思路，介绍一种谐波抑制的具体方案———3次谐波注入的高功率因数变流器，探讨了高功率因数无源变流器的设计电路，包括桥前采用3次谐波注入的高功率因数三相无源变流器的电路拓扑结构，并利用 MATLAB 7.0/SIMULINK 6.0搭建了其仿真模型.仿真结果表明，使用3次谐波注入的高功率因数变流器既能对输入电流具有一定的谐波抑制效果又能提高功率因数.【期刊名称】《广州航海高等专科学校学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P8-10,14)【关键词】3次谐波电流注入技术;高功率因数变流器;海洋工程船舶电网谐波;谐波抑制;功率因数校正( PFC)技术【作者】宋艳琼【作者单位】广州航海学院海运系，广东广州510725【正文语种】中文【中图分类】U665.12自20世纪80年代以来，随着电力半导体技术、交流调速理论和微机控制技术的迅速发展，变频电力驱动技术日渐成熟，使得船舶变频电力推进系统的应用范围也在不断扩大，除了游船、班轮、穿梭油船、滚装船等外，特别是在海洋工程船上显示出广泛的应用前景．但是，这些技术在船舶上的大量应用给船用电网注入大量的谐波，特别体现在海洋工程船的大型施工设备和施工设备的变频电力驱动技术上，也带来了日益严重的谐波问题，国内外都发生过因谐波而引发的重大船舶事故［1］．因此，随着船舶用电设备的谐波标准日益提高，为了推进节能环保的绿色道路，海洋工程船舶首先要解决的就是谐波问题．1 海洋工程船舶电网的谐波抑制方案1．1 谐波抑制思路和方案电力电子技术在船舶上的大量应用，特别是大功率变流设备在海洋工程船上的广泛使用，产生大量的谐波，导致交流公用电网中电压和电流波形的严重失真和功率因数的降低，从而成为最主要的谐波源之一．解决谐波问题的主要思路有:1)集中补偿，设计无源电力滤波器或有源滤波器抑制或消除非线性功率装置产生的谐波污染;2)就地补偿，使用高输入功率因数装置作为现在电力电子装置的前级电路，抑制或消除产生电力谐波的根源［2］．集中补偿是针对某一区域的电力负载产生的谐波电流和无功电流集中在电网接入端进行补偿，使得电网输入电流不含谐波成分或无功成分．目前采用的方法有静止无功补偿器(SVC:Static Var Compensator)、静止无功发生器(SVG:Static Var Generator)和有源电力滤波器(APF:Active Power Filter)等．就地补偿一般采用高功率因数整流技术，或采用合适的有源、无源滤波技术，使其尽量不产生谐波电流，提高输入电流位移因数和波形系数，使输入功率因数接近1．从主动与被动方面来区分，滤波技术包括有源滤波和无源滤波．从接入方式来看，滤波技术包括并联方式、串联方式和串并联方式．从输入相数来看，滤波技术包括单相滤波和三相滤波．从滤波是否完全来看，滤波技术包括完全滤波和部分滤波．抑制谐波的主要途径有主动型谐波抑制和被动型谐波抑制两种方案［3］．1．2 3次谐波注入的高功率因数整流器目前广泛采用的变频电力推进系统主要有Cyclo电力推进系统、Synchro电力推进系统、PWM电力推进系统．其中Synchro电力推进系统的主电路通常采用交－直－交电流型变流器．对于前级采用三相不可控整流桥的变流器而言，无论在后级上带何种负载，由于整流桥的非线性作用，使得输入电流波形严重畸变，特征次谐波含量严重超标，对于6脉波整流桥而言，表现为5次、11次、13次、17次、19次等谐波电流超标，总电流畸变率很高，波形系数较低，功率因数仅为0．65左右，电源容量的利用率降低［4］．据此，可以从就地补偿的思路出发，采用主动型谐波抑制方案——高功率因数整流器，利用有源或无源功率因数校正手段来抑制或消除谐波电流污染．为了更好地改善输入电流的波形，就可采用无源功率因数校正手段，并结合3次谐波注入技术．3次谐波注入技术是利用整流电路内部3次电压脉动给输入侧注入一定的3次谐波电流，可以有效地改善非线性三相整流电路的输人电流波形，从而降低其总谐波畸变率(THD)．2 高功率变流器的设计电路2．1 高功率因数的单相无源变流器的电路单相无源PFC电路型式多种多样，其中包括桥前桥后采用双电抗器的单相无源PFC电路，桥前采用LC串联谐振环节的单相无源PFC电路，桥前采用LC滤波器的单相无源PFC电路，桥前采用LC滤波器、桥后采用电抗器的单相无源PFC电路．采用如图1～图4所示的电路拓扑结构，这种方案校正效果良好，覆盖功率范围大，直流回路电压损失较低［5］．图1 3次谐振电抗器的谐波电流注入电路1图2 3次谐振电抗器的谐波电流注入电路2图3 3次与5次谐振电抗器的注入电路图4 次谐振电抗器的谐波电流谐波电流注入电路2．2 桥前采用3次谐波注入的高功率因数三相无源变流器的电路三相无源PFC的方案很多，单相无源PFC的许多技术方案经过适当改动后都可以用作三相无源PFC技术．为了更好地改善输入电流的波形，可以利用桥前3次谐波电流注入的6脉波整流技术．如图5所示的桥前采用3次谐波注入的三相无源PFC电路，是利用整流电路内部3次电压脉动给输入侧注入一定的3次谐波电流，可以改善非线性三相整流电路的输入电流波形和提高功率因数．0．04 A，5次谐波电流的幅值为 1．53 A，7 次谐波电流的幅值为0．62 A．仿真结果表明:使用3次谐波注入的高功率因数变流器，可以对输入电流具有一定的谐波抑制效果，又能提高功率因数，从而达到就地补偿的效果．图5 桥前采用3次谐波注入的三相无源PFC电路3 3次谐波注入的高功率因数变流器的设计电路和仿真实例下面主要基于3次谐波注入的6脉波整流技术，给出具体的仿真模型和谐波分析．基于图5电路拓扑结构，利用MATLAB 7．0/SIMULINK 6．0建立如图6所示的3次谐波注入三相PFC电路的仿真模型．其模型仿真参数设置为:变步长，最大步长为1e－6s，相对精度为1e－3，算法选择 ode23t(mod．stiff/trapezoidal)．在图6中VS1～3为标准三相正弦电压源，相电压有效值为220 V．RLC1～3为桥前三相滤波电容，取值为50 μF，为了便于收敛，串联 0．01 Ω 的电阻．RLC4～6为桥前三相滤波电感，取值为10 μH．RLC7为桥后电抗器，取值为10 μH．RLC7和 RLC9为电解电容，单只取值为1 840 μF．RLC10和RLC11为等值均压电阻，取值为50 Ω．MI1为三相耦合电感，绕组1、2和3的自阻和自感均为0．000 1 Ω和200 μH，互阻和互感分别为 0．11 Ω 和150 μH．图 6中的表格为输入电流的0～19次谐波电流幅值，其中基波电流幅值为8．15 A，3次谐波电流的幅值为图6 3次谐波注入的三相无源PFC仿真模型4 结论利用 MATLAB 7．0/SIMULINK 6．0 搭建 3 次谐波注入的高功率因数三相无源变流器的仿真模型，并通过谐波FFT分析实现对输入电流具有一定的谐波抑制效果，同时提高了功率因数，通过对滤波的验证，得到了预期结果，仿真结果说明了有效性，进一步表明了该方法比无源滤波方法的效果更好，与有源电力滤波器(APF)相比，由于只采用无源元器件，因而具有电路简单、成本低和高可靠性等等方面的优势［6］．后面将继续地研究如何更有效地抑制海洋工程船的电网谐波．参考文献:［1］金浩强，潘志勇．变频驱动技术在大型船上的应用［J］．测控自动化，2011(9):72－73．［2］李兵，王科飞，王树文．电力系统谐波及滤波技术［J］．农机化研究，2005(4):121－123．［3］曲玉辰．电网谐波抑制技术研究［D］．大庆:大庆石油学院，2006．［4］聂延生，黄鹏程，罗超，等．SIMARDRIVE系列电力推进系统工作原理及结构特点［J］．航海技术，2004(6):49－51．［5］洪乃刚．电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真［M］．北京:机械出版社，2006．［6］李小青，陈国柱．基于3次谐波无源注入法的谐波抑制技术［J］．电力系统自动化，2007，31(14):61 －65．。
船舶电力系统参数仿真优化及性能测试陈 璐(重庆水利电力职业技术学院 电气工程系，重庆 402160)摘要: 由于传统的船舶燃油以重油为主，生成物对环境的污染较大，为了减缓航运对环境的负面影响，应用新能源并入船舶电力系统，以实现船舶节能减排目标。
由于新能源在电压频率、幅值等方面与船舶电力系统存在差异，为了稳定船舶电力系统的功能，引入惯性函数对船舶电力系统功能进行调节，以减少船舶电力系统的振荡，而惯性函数的调节功能受到虚拟惯量和虚拟阻尼等参数的影响，因此，利用数字仿真方法确定虚拟惯性函数的参数配置，仿真试验表明，本文方法相对于对比方法具有更佳的调控效果，是一种有效的参数配置优化方法。
关键词：虚拟函数；数字仿真；自主电力系统；船舶中图分类号：U665.1 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2019)1A – 0097 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.1A.033Parameter optimization of ship autonomous power systemCHEN Lu(Department of Electrical Engineering, Chongqing Water Resources and Electric Engineering College, Chongqing 402160, China)Abstract: Because the traditional ship fuel mainly consists of heavy oil, and the products pollute the environment greatly, in order to mitigate the negative impact of shipping on the environment, new energy is applied to the ship power sys-tem to achieve the goal of energy saving and emission reduction. Because of the difference between new energy and marine power system in voltage frequency and amplitude, in order to conceal the function of marine power system, inertia function is introduced to adjust the function of marine power system, so as to reduce the oscillation of marine power system. The ad-justment function of inertia function is subject to parameters such as virtual inertia and virtual damping. Therefore, the para-meter configuration of virtual inertia function is determined by digital simulation. The simulation results show that the pro-posed method has better control effect than the contrast method, and is an effective parameter configuration optimization method.Key words: virtual function；digital simulation；autonomous power system；ship0 引 言海运因其运力与运输成本的综合优势，一直是世界贸易运输的主要运输方式。
摘要二十世纪以来，随着现代电力电子技术持续发展，电力推进技术发展已越来越成熟。
相比于传统内燃机直接带动螺旋桨的推进方式，电力推进方式优势更加突出。
在当前节能减排的大环境下，优化船舶电力推进系统以提高其运行效率已成为当今热门话题，也使得电力推进技术未来的发展方向更加偏重于此。
针对电力推进系统的建模并进行仿真实验研究，深入分析系统工作过程各种电气量的暂态值，有利于我们更好的掌握系统内在的规律以及船舶操作系统准则。
本文旨在对电力推进系统模型做优化分析，首先建立电力推进系统数学模型，对模型进行一定的验证试验后，包括典型故障与谐波分析，随后对推进电机效率以及功率分配进行优化。
首先，针对电力推进系统进行数学建模，并将各个模块进行整合得到整个系统的大模型；进行了电网谐波的分析以及典型故障实验，分析了本文所采用的12脉波整流方式对整个船舶电网的影响，从总谐波畸变率的大小来验证船舶电网的合格与否，从而为接下来的仿真提供理论基础；针对电网中存在的基本故障，例如单相接地短路、三相短路以及并车失败等典型故障进行了实验仿真，得到了系统在出现故障时的一些基本特性及动态特性，揭示了电网系统内在的规律。
其次，针对推进电机运行效率的问题，本文提出在原有的电机等值电路图中加入铁损分量。
由于无功功率主要消耗在建立变磁场和感应磁通的过程，所以与励磁电流有关；而有功功率主要消耗在能量转换的过程中，因此主要与转矩电流分量有关，其余能量转换成热量散发掉，所以产生铁损和铜损。
将无功功率用励磁电流分量来表述，有功功率用转矩电流和铁损分量之和来表述，定义两者的比值为功率匹配比。
不同工况下电机功率匹配比值不同，因此导致电机损耗也不同。
因此本文采用数值计算方法寻找效率最优比值，揭示了在传统的矢量控制方式下，电机可以达到更加节能的效果，从而提出了电机最小损耗控制策略。
经仿真测试结果显示，电机在最优效率控制下的运行效率明显高于传统矢量控制的方法，且动态性能良好，同时具备了良好的静态性能和动态性能。
船舶电力系统中的谐波检测方法综述船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，由于整流型，冲击性等非线性负荷的存在，所以对比陆地大电网，船舶电力系统有着更加严重的电能质量问题，而其中最主要的问题就是谐波，谐波会使船舶电网供电质量指标严重下降，同时使得电网各个部件运行情况恶化。
所以如何更快速更准确的测量出系统中的谐波与简谐波，成为了全世界的焦点。
文章主要介绍了目前流行的谐波检测方法，并详细论述了各种检测方法上的优势与不足，以便在检测过程中选择更加恰当的方法。
标签：船舶电力系统；谐波；检测方法1 概述船舶電力系统是一个独立的系统，随着电力技术的飞速发展以及科技的进步，船舶电力系统已经从早期的单一照明供电，逐渐发展成现代的船舶电力。
然而，正是由于大量半导变流器的普遍投入使用，以及电力技术的应用，这使得船舶电力系统中的谐波污染日益严重[1]。
谐波会造成电动机的电机和变压器的附加损耗，并且产生噪声、过热现象、谐波过电压以及机械振动，甚至会损坏变压器与电机。
同时谐波会引起，电流变化率电压变化率过高或产生过热效应，控制系统误差，会给换流装置带来影响、并且引起晶闸管故障[2]。
高次谐波也会对线路以及通讯设备带来干扰，从而产生电力测量仪表中的误差。
而谐波问题涉及面很广，其中包括畸变波形、谐波抑制的分析方法、谐波潮流计算、电网谐波潮流计算、谐波测量、谐波源分析以及谐波限制标准等[2]。
谐波检测是谐波问题的一个重要分支，也是研究谐波问题的基础与出发点。
2 基于傅里叶变换的谐波检测算法虽然加窗插值法能够减小一定的误差，但为了检测出信号中所有的间谐波和谐波分量，窗宽在大多数情况下可能会高达几十个信号周期，并且容易受噪声干扰，这对实时检测是不利的。
3 基于小波变换的谐波检测方法小波变换是将信号与一个时域和频域均具有局部化性质的平移伸缩小波基函数进行卷积，将信号分解成位于不同频带时段上的各个成分。
小波变换是在工程应用中最重要的是最优小波选择，目前主要是通过小波分析处理信号的结果与结论的误差来判定小波的好坏，并由此选择小波基。
武汉理工大学硕士学位论文电力推进船舶电网谐波抑制仿真研究姓名：宋艳琼申请学位级别：硕士专业：轮机工程指导教师：陈辉20070401自动分成６脉动和１２脉动系统．。
变压过来的交流电输送给变频器，通过变频器控制电机的速度和转矩，推进负载由负载电机提供，将推进电机和负载电机对轴连接，原动力和负载均采用一台１８０ＫＷ的电机。
闭合图３．１的开关后，图３—２中采用两个６脉波换流桥串联的方式，构成一个１２脉波换流桥，换流桥交流侧变压器分别为△－△和△．Ｙ接法，相位相差３０４。
在１２脉波整流桥中，两个６脉波整流桥分别产生的谐波电压的反相分量将抵消，只有同相分量在线路中产生谐波电流。
因而，直流侧产生的谐波电压主要是１２ｎ次，由于这些特征谐波电压和理想直流电压都是每个６脉波换流器相应电压的２倍，因此总特征谐波电压与直流电压的比值与单个６脉波换流器相同。
７品：。
鬣？ｍ‘Ｒ’ｒ．Ｏｐ。
ｇ…ｌｔ”。
图３－１电力推进仿真实验室的系统流程图图３－２１２脉波整流桥１２脉冲整流方式下的电流比６脉冲的波动要小，通常采用多桥换流器，即将多个三相整流桥在交流侧并联和在直流侧串联，能降低谐波含量，起到一定的平波效果，有利于系统的稳定运行，减少对通讯及其它设备的电磁干扰。
如果船东对电网电能的质量要求不仅仅是满足船级社规定的话，就可选用２４脉波，如１９９８年投入使用的航行于地中海和加勒比海的豪华游｝扩ＯｒａｎｄＰｒｉｎｃｅｓｓ”就是采用西门子公司提供的２４脉波Ｓｙｎｃｈｒｏ电力推进系统。
该船长２９０ｍ，载客量２６００人，船员人数１１５０。
该船投入运行后，西门子公司对该船电网在各种工况下的谐波失真情况进行了实船测量，证实完全满足船级社的有关规定【１２１。
２）脉宽调制整流技术原边绕组和两个副边绕组构成，两个副边输出各接一台整流桥。
如图４．１所示，两个相同的６脉波整流器通过ＶＹ和Ｙ－△联结的变压器并联运行的１２脉波整流器的拓扑结构。
确定变压器的电压比使得施加在两个变流器上的电压幅值相同。
SH I P ENGI N EER I N G Vol .31Supp le ment 2009船舶工程总第31卷,2009年增刊 船舶电力推进系统谐波特性仿真与试验张 洋, 杨平西, 陈 琳(中国船舶重工集团公司第704研究所,上海 200031) 摘 要:对船舶电力推进用同步发电机2推进变流器系统的谐波畸变进行了分析,建立了发电机带整流器负载、变频器负载的Matlab /Si mulink 仿真模型,对特定工况下的发电机侧谐波畸变进行了仿真;搭建了全系统全尺寸试验平台,以测量发电机侧的谐波畸变;将仿真结果与试验结果进行对比分析,验证了仿真模型的正确性,同时对船舶电力推进系统运行时的谐波含量进行了预估. 关键词:电力推进系统;谐波;同步发电机;推进变流器 中图分类号:U665.12 文献标识码:A 文章编号:100528354(2009)Z 20098204Har mon i c character isti c research of the synchronous generator 2propulsi on converter syste m i n electri c propulsi onZHANG Yang,Y ANG Ping 2xi,CHEN L in(No .704Research I nstitute,CSI C,Shanghai 200031,China )Abstract :Voltage distortion of the synchronous generator 2propulsion converter syste m for electric propulsion isanalyzed.B ased on the soft w are M atlab /S i m ulink,the si m ulation m odels of generator w ith rectifier and trans 2ducer are founded .The har m onic distortion under the specifically load condition is si m ulated .B uild up the pro 2ving ground in size,and test the har m onic distortion in the syste m.The co m paring of the results bet w een the si m ulation and test prove the available of the si m ulation m odel,and predict the har m onic in the syste m.Key words :generator 2propulsion converter syste m;synchronous generator ,propulsion converter ,har m onic收稿日期:2008203218;修回日期:2009207208作者简介:张洋(19832),男,硕士研究生,主要研究方向为电力推进系统谐波特性研究.1 概述交流发电机电压波形畸变率是衡量电机性能的重要指标,对于在特殊环境中工作的电机显得尤为重要.如船舶供电系统对于发电机的电能品质有着严格的控制标准,国家标准G B /T 1454921993中规定:“交流电压波形畸变率不大于5%、最大单次谐波含量不大于3%”.在船舶电力推进系统中,电力推进负载通常占总负载的70%[1],由于其推进负载非线性整流元件的单向导电性和通断过程,推进变流器在运行时会产生大量谐波注入电网.谐波使发电机产生附加谐波损耗;产生电磁干扰;降低了电网中的电能品质,进而严重影响船舶电力推进系统中各种日用负载的用电质量,因此这种影响需要引起重视.本文针对采用大容量日用负载供电和大功率推进负载一体化供电的电力推进系统,建立特定工况条件下的同步发电机2推进变流器全系统仿真模型,对系统的谐波特性展开仿真研究;同时搭建了全系统全尺寸试验平台,测量发电机侧的谐波畸变,以验证仿真模型的正确性;最后利用仿真模型对船舶电力推进系统运行时的谐波含量进行预估.2 仿真模型的建立以某船的同步发电机2推进变流器系统为例建立仿真模型,仿真系统由发电机、推进变压器、非线性负载整流器、日用变压器以及阻感负载组成.其中推进变压器的联接形式与电机侧的特征次谐波密切相关.本仿真选用三绕组变压器[2],原边绕组接入发电机机端,2个副边绕组移相30°,分别与三相不可控整流器相连,以构成12脉波整流电路,则变压器原边侧电流中的5,7,17,19次等各次谐波均被抵消,原边侧电流中的特征谐波为11,13,23,25,…即12k ±1次,其中k =1,2,3,….本系统为三相交流6600V 、3MW 中压系统,发电机仿真工况为单机恒定转速、满载运行,转速1000r/min,输出频率为50Hz;变压器的仿真参数如表1所示.表1 变压器参数日用变压器推进变压器容量/MVA 34.5电压/V6600/3976600/775/775联结方式Dy11联结Dy11、Dd0联结3 仿真和试验分析3.1 采用整流器的形式作为非线性负载的推进变流器采用整流器的形式[3],图1为其仿真示意图.推进变流器经由三绕组变压器,采用两个6脉波整流器并联输出的形式,整流器直流输出侧计入平波电抗和滤波电容环节.图1 发电机整流器负载示意图 在功率因数0.8、线性负载与非线性负载所占功率之比为3:7的工况下,保持发电机端电压6600V 恒定进行仿真,得到发电机侧电流和电压的仿真波形,如图2、图3所示,其中,横坐标为仿真时间,纵坐标为幅值. 计算出单次和总谐波畸变率THD (total har monic dist orti on )如下:I a 有效值为329.2A,THD =4.49%;U ab 有效值为6568V,THD =7.00%.由于谐波的存在,电流和电压的波形都发生畸变.图2 发电机端电流I a 仿真波形图3 发电机端电压U ab 仿真波形 为验证仿真模型的正确性,以图1为基础搭建全尺寸陆上同步发电机带整流负载的试验平台.其中主发电机为6600V 、3MW 三相交流凸极同步发电机,系统其余各组成部分参数及运行条件与仿真状态一致.测量系统运行时发电机侧的电流和电压THD,并将试验结果与仿真计算结果进行对比,如表2所示.表2 仿真和试验THD 对比仿真值试验值电流I a 4.49%4.5%电压U ab7.00%5.2%. 记录系统运行时发电机侧电流和电压的单次谐波畸变率(单次谐波次数统计至49次),并将试验结果与仿真结果进行对比,如图4、图5所示.图4 电流各次谐波试验与仿真结果对比图5 电压各次谐波试验与仿真结果对比 仿真和试验的对比结果可见:电流和电压的特征谐波皆为12k ±1次;电流各次谐波及THD 含量一致;电压各次谐波及THD 含量的仿真值比试验值偏大. 这是因为在搭建的仿真分析模型中,凸极同步发电机为理想模型,本身不产生谐波,亦没有考虑到短距、斜槽对谐波的影响;而试验中的凸极同步发电机设计为短距绕组5/6节距,且定子槽斜1个槽距,短距设计的作用主要是减小5次和7次谐波电动势,同时削弱其他次谐波电动势(如11、13次谐波);斜槽的作用主要是削弱24k ±1(k =1,2,3,…)次齿谐波电动势.所以,如图5可见,电压11、13次谐波和23、25次谐波的含量仿真值比试验值偏大,这也使得电压THD 含量的仿真值偏大. 综上所述,可以判断建立的仿真模型是正确的,并具有一定的工程分析价值,可以利用该模型分析同步发电机2推进变流器系统中谐波特性,预估系统运行时的谐波含量.3.1 采用变频器的形式非线性负载推进变流器采用变频器形式,并对同步发电机2推进变流器系统的谐波特性展开研究,所带负载为感应电动机负载,逆变器采用SP WM 开环控制,仿真示意如图6所示.图6 发电机变频器负载示意图 发电机、变压器参数同第2节,三相鼠笼感应电动机负载参数如表3所示,电动机在基频以下进行恒转矩调速.电动机仿真工况为恒转矩运行,输入频率为25Hz .表3 感应电动机负载参数输出功率输出电压额定频率3550k W1195V50Hz 为使逆变器输出电压波形趋于正弦波,常采用SP 2WM (Sinus oidal Pulse W idth Modulation )即正弦波脉宽控制方式.在该模型的SP WM 控制中,频率调制比为:m f =f c /f =1500/25=60其中,f c 为调制波频率,取1500Hz;f 为载波频率,取25Hz .因此,逆变器输出侧最主要谐波次数为m f ±2=60±2次和m f ±4=60±4次.在功率因数0.8、线性负载与非线性负载所占功率之比为3:7的工况下,保持发电机端电压6600V 恒定进行仿真,系统其余各组成部分参数与上节相同.此时记录发电机侧电流和电压的仿真波形,如图7、图8所示,其中横坐标为仿真时间,纵坐标为幅值.计算出系统单次谐波以及THD 含量.图7 发电机端电流I a 仿真波形图8 发电机端电压U ab 仿真波形 此时,I a 有效值为337.2A,THD =4.67%;U ab 有效值为6562V,THD =7.33%对所得电流和电压波形进行傅里叶分解,得到如图9所示的谐波分布直方图.(a )电流(b )电压图9 电力推进系统谐波分布直方图 从图9中可以看出,系统增加逆变器和感应电动机环节后,电力推进系统中电流和电压的谐波含量都有小幅增加,并且出现了大量非特征次谐波,这说明逆变器同样是系统中的谐波源之一. 逆变器输出侧基波频率为25Hz,谐波主要是次数为60次及其附近的谐波;而整流器输入侧基波频率为50Hz,出现的非特征次谐波为30次及其附近的谐波.输出频率为输入频率的1/2,而输出主要谐波次数为输入的2倍.这表明逆变器输出侧的电流和电压谐波可以通过直流侧传导至整流器输入侧,与整流器开关非线性所引起的谐波畸变相互叠加,产生了非特征次谐波,并增大了发电机侧电流、电压的谐波含量.根据仿真模型所得结果可以判断:单机电力推进系统运行时,系统中电压谐波含量不满足G B /T 1454921993的要求,谐波畸变严重.因此为了抑制系统中的谐波含量需要采取措施降低谐波畸变.1)逆变器的SP WM 控制系统可以通过提高载波比,使负载电流的波形向正弦波逼近,从而减小电网侧电流、电压的谐波含量.2)通过对两个推进变压器进行移相,将两个12脉波整流电路并联,构成24脉波整流电路,消除系统中第11、13次谐波的含量,降低电压谐波畸变.4 结论电力推进系统对大容量日用负载和大功率推进负载采取一体化供电,系统中的谐波问题是其中一个亟待解决的难点.使用试验方法对系统中的谐波含量进行测量,耗时多、成本高,因此使用仿真方法具有极大优势,利用本文所建立的仿真模型可以预估系统中的谐波含量.参考文献:[1]冯英华,吴旖,杨平西.综合全电力系统主发电机谐波损耗分析与算法[J ].船舶工程,2008,30(5):12215.[2]王兆安,黄俊.电力电子技术[M ].第4版.北京:机械工业出版社,2000.[3]黄建,蔡孟夏.同时带有整流负载和交流负载的同步发电机分析方法研究[J ].电力电子,2005,3(1):41247.(上接第50页)这样问题.现在终于知道这两次主机轴瓦烧熔的根本原因在于厂家.但是从轮机资源管理学可知,事故的发生是失误链造成的,在失误链发展过程中,如果及时发现人的失误所形成的失误链,果断采取有效措施避免人的失误,中断失误链的继续发展,就能够保证安全.图5所示是失误链的发展过程.图5 失误链的发展过程 虽然厂家为了偷工减料在设计上出现问题,产生了人的失误,但是如果航运公司的机务人员在进货时能够发现其中问题,就可以斩断失误链的继续发展,避免轴瓦烧熔事故发生;即使这批滤芯上船,如果轮机主管人员有经验的话,也能够发现其中问题,中断失误链的发展;如果负责清洗滤芯的轮机人员有责任心的话,也许能够避免轴瓦烧熔事故发生.总之,该轮主柴油机轴瓦烧熔事故的根本原因在于人的失误.4 轴瓦烧熔事故的预防措施[4]1)装配时应将零件毛刺、屑末、型砂等清理、冲洗干净.2)提高滑油滤器的效能.使其能将润滑油中的大于15μm 的杂质颗粒全部滤出;10μm 以上的杂质颗粒95%滤出;5μm 以上的杂质颗粒90%滤出.3)提高轴瓦内圆和轴颈表面粗糙度等级.4)制造、装配中严格控制尺寸与形位公差.5)改善轴瓦内圆表面的嵌藏性.6)保证滑油质量,及时更换滑油.7)选择适当的轴承间隙.8)出现拉、划、磨痕时,就应换新轴瓦.5 结论通过该轮主柴油机轴瓦烧熔事故两个层面的原因分析可知,在查找事故原因时要注意以下事项:1)查找事故原因时不要凭主观想象,要以事实为依据;2)不要局限于某一影响因素,要全面综合考虑所有影响因素;3)不要只进行技术分析,要从深层次角度找出人的失误因素,从根源上杜绝同类事故的再次发生.参考文献:[1]冯立民,船舶柴油机轴瓦损坏的几种形式与预防措施[J ],中国修船,2006,19(2):15218.[2]顾卓明,轮机维护与修理[M ],北京:人民交通出版社,2008.[3]詹玉龙,轮机资源管理的应用研究[C ],2006年苏、浙、闽、沪航海学会学术研讨论文集,2006.[4]魏海军,中国海事服务中心组织编审,轮机维护与修理[M ],北京:人民交通出版社,2008.。
