电力推进船舶电网谐波抑制仿真研究

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。

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’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。

如果Ｙ吖联结的６脉波整流器的相电流为方波，则Ｊ。可以表达为

ｌｙ＝１１ｓｉｎｃｏｏｔ—１５ｓｉｎ５∞ｏｔ—１７ｓｉｎ７ｃｏｏｔ＋１ｌｌｓｉｎｌｌｅｏｏｔ＋１１３ｓｉｎｌ３ｍｏｔ＋…（４．１）如果施加在△联结的变流器上的电压滞后３０。并假定电流的幅值相同，则ｌｙ＝１１ｓｉｎ（ＣＯｏｔ一３００）一１５ｓｉｎ（５ｃｏｏｔ一１５０。）一１７ｓｉｎ（７０Ｔｏｔ一２１０。）＋

‘ｌｓｉｎ（１ｌＣＯｏｔ一３３０。）＋１１３ｓｉｎ（１３ｃｏｏｔ－３９００）＋…（４－２）Ｇｎｕｐｌｏｔ是一个比较强大的绘图软件包，是由Ｃｏｌｉｎ趾ｔｔｅ，ｓ和ＴｈｏｍａｓＷｉｌｌｉａｍｓ于１９８６年开发的绘图程序发展而来的，可以在多个平台下使用。Ｇｎｕｐｌｏｔ既支持命令行交互模式，也支持脚本。因此，通过Ｇｎｕｐｌｏｔ很容易画出变压器二次侧和三次侧的电流，，，和Ｌ的波形，如图４＾２所示。

图４－２１２脉波整流器的二次侧和三次侧电流

对于Ｙ－△联结的变压器，高压侧正序电压和电流比低压侧超前３０。，而高压侧负序电压和电流比低压侧滞后３０。．因此在高压侧，，。的标幺值是相同的。另一方面，Ｉｄ的正序和负序谐波分别移相＋３０。和－３０。。所以

ＩＬ＝，，＋Ｌ．ｔ：，３００ｈ＝３ｎ＋ｌ＝１，４，７，１０，…，２２，２５，…

ＩＩｒ＝ｌｙ＋ｌａ么一３０。ｈ－－３ｎ—ｌ＝２，５，８，１ｌ，…，２０，２３，…（４－３）将，。和，。的表达式组合起来，可以得到

ｌｙ＝Ｉｊｓｉｎｍｏｔ一，５ｓｉｎ５ａ，ｏｔ一１７ｓｉｎ７ｍｏｔ＋ＩｉＩｓｉｎｌｌｍｏ，＋１１３ｓｉｎｌ３ｃｏｏｔ＋…４－

１１ｓｉｎ（∞ｏｔ一３０。＋３０９一１５ｓｉｎ（５ｃｏｏｔ一１５０。一３００）一１７ｓｉｎ（７ａ＇ｏｔ一２１００＋３０。）＋１１ｌｓｉｎ（１１ｗｏｔ一３３０。一３００）＋１１３ｓｉｎ（１３ｃｏｏｒ一３９０。＋３００）４－…

＝２ｋｓｉｎ（ｔｏｏｔ）＋１１１ｓｉｎ（１ｌｏ）ｏｔ）＋１１３ｓｉｎ（１３ｔＯｏｔ）＋一切（“）通过Ｃｍｕｐｌｏｔ画出‘、Ｉｙ和Ｉａ的波形，Ｉｒ的波形绘于图４－３中，ｌｙ辛ｆＤＩｄ的波形如图４．２所示。

图４．３１２脉波整流器的一次侧电流

ｊ。的上述表达式揭示了所谓特征谐波的概念，特征谐波次数为１１，１３，２３，２５，３５，３７，…，即

ｈ＝１２ｎ±ｌ，ｉｖ／＝１，２，３，…（４＿５）其中ｎ＝ｌ，２，３，…。１２脉波整流器正是根据上述特征谐波为１２ｎ＋１次的结果而命名的。

６脉波整流器一般产生５，７，１７，１９，…次谐波，产生的谐波次数为

ｈ＝６ｎ±ｌ，以＝１，２，３，…（４－６）一个Ｐ脉波整流器将产生的谐波次数为

ｈ＝ｐｎ±１，胛＝１，２，３，…（４－７）更进一步，形状接近方波的合成相电流的谐波含量有一个理论值㈣

～２争“去“－８）

由此可以看出，对电网而言，两个整流桥产生的５，７，１７，１９，…次谐波相互抵消，只有１２ｋ±１次谐波。１２脉波整流的输入电流波形质量比６脉动整流时有很大提高。具体地说，就是注入电网的只有１１次、１３次、２３次、２５次、３７次、…谐波。如果在电网侧步并联有两组Ｌｃ无源滤波器，对１１次、１３次谐波进行补

去ｓｍｚ，∽＋≥＋去ｓｍ２ｓ似＋卺）．．…】（４一。）对于Ｌ有：

ｏ＝竽Ｌ［ｓ蚴＋磊一习１／＂＋击ｓ删耐＋老＋静＋吉删ｓ耐＋鲁一静＋去ｓ呱２３耐＋鲁＋≥＋去ｓｉｎ（２ｓ耐＋西２／＂一静…··】ｃａ一·∞．则电网侧合成电流为：

Ｌ刮。“。’＝譬ＬＩ时ｎ耐＋寺咖２，研＋去ｓ．ｍ２ｓ加…·｝（｝ｕ）此时电网侧电流仅含有２４ｋ＿＋１次谐波，电网的谐波含量进一步降低了。２４脉动整流的输入电流波形已经基本接近正弦波。通过Ｇｎｕｐｌｏｔ画出ＩＡ的波形，如图４．５所示。

图４．５２４脉波整流器的电网侧合成电流

由上面的分析也可以看出，相角相差１５。＋ｎＸ３０。（ｎ为整数）时，也能与相角相差１５。时得出同样的结果。

可以得出结论，以ｍ个相位相差ｚ／３ｒａ的变压器分别供电的三相桥式整流电路可以构成６ｍ脉动的整流电路，其网侧电流仅含有６ｍ±１次谐波，并且各次谐波有效值与其次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。也就是说，相数越多，谐波含量越小，相应的基波因数也随着相数的提高而提高，功率因数相应提高。１３ｌ】

由上面的理论分析可以得出结论：多相整流技术是抑制谐波的有效途径。