船舶電力系統諧波干擾抑制方法分析

季文宇

摘 要：傳統船舶電力諧波干擾抑制方法的擾動抑制效果可靠性不高，易造成逆變器輸出諧波的紊亂調節。為解決上述問題，設計一種新型的船舶電力系統諧波干擾抑制方法。接下來，就船舶電力系統諧波干擾抑制方法展開論述。

關鍵詞：船舶電力系統;諧波干擾;抑制方法

引言：無論在什么行業中，諧波引發的設備故障和事故都是十分嚴重的。這些事故同樣也嚴重影響了船舶電力系統以及生產設施的正常運行。為避免上述情況的出現，在保持傳統船舶電力諧波干擾抑制方法應用優勢的基礎上，通過電壓定向矢量控制等手段，建立一種新型的船舶電力系統諧波干擾抑制方法，并通過對比實驗的方式，突出該新型方法的實用性價值。

1 諧波危害

（1）因為實際的地與電氣設備自身產生的接地電流之間會存在一個電壓差，因此很容易會使電氣設備出現故障。由于各種電氣元件的不斷變化，從而會導致電壓產生短暫的變化，最終將會導致燈光的頻閃，如果頻閃過度的話將會對人體造成傷害。

（2）由于在諧波電壓的作用下，電氣設備會產生附加的能量損失，所以電力設備會產生很多熱量，從而會使設備的老化變得更加迅速。大量的諧波電流很可能會導致電氣設備與系統其他電氣元件之間產生諧振，使之與電氣設備在回路中連接的配電設備因電壓閃變而過載，從而會導致電氣設備損壞。

（3）諧波會影響人們正常工作和日常生活的平穩進行，還會導致電氣設備產生大量的熱量，從而會降低電氣設備的使用效率。諧波不僅會使計算機在相關的數據遺失后操作出現錯誤，還會減少電氣設備的使用壽命等。其中對白熾燈光源有著很多的影響，如果設備中的諧波導致電器電壓增加，那么將會降低電力系統中白熾燈的使用壽命。

2 船舶電力系統諧波功率分析

2.1諧波電流計算

在船舶電力系統諧波功率分析的過程中，應該清晰掌握諧波電流的流動趨勢，并根據微觀參數的走向情況，完成對電流統計參數的計算處理。在船舶電力系統處于正常供電的情況下，諧波電流的變化范圍受到負序電子、正序電子帶電量比值的直接影響，且隨著該比值的增大，諧波電流的計算量也呈現逐漸增大的變化趨勢。

2.2諧波電壓計算

船舶電力系統的諧波電壓能對干擾抑制算子進行清晰描述，且該項參數作為船舶電力系統的屬性原量，不會隨著逆變波長、輸電弧長等數值的變化而出現偏移。船舶電力系統的諧波電壓在短周期內可以保持一定的非線性變動狀態，且隨著系統輸電時間的增加，諧波電壓的峰值與谷值始終保持相同的變化趨勢，且在這種逆變周期的影響下，船舶電力諧波的干擾抑制系數會受到三相電壓的平衡抑制。

3 新型電力諧波干擾抑制方法搭建

在船舶電力系統諧波功率分析的基礎上，通過電壓定向矢量控制、電力諧波的拓撲分析、干擾檢測算子計算三個主要環節，實現新型干擾抑制方法的順利應用。

3.1船舶電壓定向矢量抑制

船舶電壓定向矢量控制的基本數學思想是對諧波逆變器的輸出期望進行并網轉換，并在新坐標中定義矢量方向內部的有功電流，且與有功電流持對立關系的即為船舶電力系統的無功電流。再通過不斷調節諧波電壓環中的參數設定情況的方式，完成對船舶電壓的定向矢量控制。

3.2電力諧波的拓撲分析

船舶電力諧波的拓撲結構分為并聯型和串聯型兩大類。其中，并聯型船舶電力諧波具備獨立的 APF 設備，可產生大量的干擾抑制算子。且通過這種形式接入船舶電力系統的電力諧波不需承擔系統中的線路負載。這種拓撲結構可對電力系統進行直接的諧波補償，因此對干擾抑制濾波器原件的要求相對較高。

串聯型船舶電力諧波主要用于對電力系統進行干擾調節，能夠對逆變器進行基礎補償操作，相當于一個具備供電功能的電壓源。APF 設備不再具備主要的調節功能，而是對船舶電力系統諧波的干擾抑制起到一定的輔助作用。

3.3干擾檢測子計算

干擾檢測子計算是船舶電力系統諧波干擾抑制方法搭建的關鍵環節。在船舶電壓定向矢量控制結果保持穩定的條件下，干擾檢測子僅受到諧波抑制時間的影響。

4諧波的治理措施

4.1優化整流裝置

優化整流裝置對于船舶電力系統來說是最行之有效的措施。船舶也可以針對企業實際情況對整流裝置的內部結構進行改造或改進，從而達到提升其控制精度并減少配電系統中諧波電流的目的。企業可以從以下兩個角度來進行整流裝置的改造與完善：

（1）通過改變換流器相數、減小觸發角的方式優化整流裝置。一般從理論上來分析，整流器的交流內測只會具有相數任何整數倍的特征諧波分量，其數值誤差可以控制在正負一次以內。但這種方式只適用于三相負載完全平衡的情況下。

（2）通過改變整流變壓器的接線方式來治理配電系統中的諧波。船舶電力系統的變壓器在一般情況下都是以三角形的形式連接在一起。所以我們可以選其中兩臺用星形的形式將其連接起來，從而讓變壓器具備十二脈波整流裝置的功能，并達到消除系統中諧波電流的目的。

4.2 安裝濾波設備

船舶在了解配電系統中諧波主要存在的形式后，可以選用相應的濾波設備。濾波設備的選擇由諧波的電流值等參數決定。在選用濾波設備的過程中，企業應該在考慮以下下兩個因素后安裝濾波設備：

（1）安裝濾波設備的方式應該經過認真選擇。船舶可以根據配電系統的實際運營情況，對系統接線方式進行科學合理的改造。具體可以讓同屬于一根母線的兩個回路由原來的狀態改造為并行的工作連接狀態。改造完成后，濾波設備直接安裝在母線上就可以達到我們預期的諧波治理目的，這樣做也可以降低諧波治理的成本投入。

（2）企業應該認真考察整流裝置的諧波優化效果。整流裝置在常規上所達到的治理效果能夠滿足實際需要，但在一些特殊條件下也有達不到需求的情況。如果優化后的整流裝置仍然不能滿足國家標準或企業需求，那么就可以考慮在系統中繼續加裝濾波設備。但是企業也不能盲目地加裝濾波設備，在選擇安裝濾波設備之前，建議企業聘請專業的人員對企業配電系統進行分析與評估，并提出專業合理的濾波設備安裝方案。

4.3降低濾波含量

降低配電系統中濾波的含量也是有效抑制濾波產生的措施之一。同時這也是一種較為積極的諧波治理措施，并且具有投資低的特點。企業可以采用多重化整流電路法或調整脈寬法來控制濾波的含量。控制PWM輸出波形的轉換來達到降級濾波含量的方法被叫做條恒脈寬法。這種方法實現四分之一波形相互對稱，從而達到控制諧波和基波幅值的目的。

總結：綜上所述，船舶電力系統中的諧波會對企業的正常生產造成不可忽視的不利影響，所以積極采取相應的治理措施對于保證船舶的正常運轉與安全生產有著積極的意義。但是目前船舶電力系統中諧波的治理控制措施仍然存在許多不足之處，希望各位同仁能不斷地探索，并提出更為有效的諧波控制措施來保證船舶的正常運行。

參考文獻：

[1]邢大江.電力諧波對電力設備的影響及其應對策略研究[J].中國設備工程，2018（06）：215-216.

[2]叢超，胡全義，王慧武.一種基于混沌振子的電力系統諧波檢測新方法[J].電力系統保護與控，2015，43（15）：7-16.

[3]劉秀蘭，欒逢時.電力諧波對電力系統的影響及治理方法[J].電氣應用，2015，34（S1）：125-128.

[4]馬曉春，劉旭東.一種電力諧波分析新算法[J].中國電機工程學報，2013，33（S1）：184-189.