船舶电力系统谐波源仿真及滤波器设计【文献综述】

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1、毕业设计文献综述电气工程及其自动化船舶电力系统谐波源仿真及滤波器设计前言随着工业的快速发展，电力电子技术获得飞速发展,在工业、交通、办公于民用建筑等不同系统中得到大量应用。大量应用在船舶电力系统中具有非线性和时变特性的负载，使船舶电力系统的电能质量下降，无功功率、高次谐波污染日益严重，由谐波而引起的各种故障和事故也不断发生[1]。因此，对船舶电力系统谐波源、谐波的研究，谐波分量的分析和设计一个有效的滤波器对抑制谐波是十分重要的，对提高电能质量，减少谐波污染，提高船舶运行的经济性、安全性与可靠性也是十分必要的。

2、为了设计出更好的滤波器，首先应对谐波进行研究，分析谐波的特点，及其危害，在针对谐波的特点，进行抑制，以降低谐波对电力系统的危害，减少对社会造成的经济损失。正文1.谐波的定义文献[2]中阐明在国际上，谐波公认的定义是“谐波是一个周期电气量的正弦波分量,也可以说谐波为周期分量的傅里叶级数中大于1的h次分量,其频率为基波频率的整数倍”。而文献[3]更进一步阐明谐波次数一定是正整数,不会出现非整数次谐波的情况，以我国为例,我国电力系统额定频率是50Hz,也就是说，2次谐波就的频率为100Hz,3次谐波频率就为150H

3、z,以此类推。不管是船舶电力系统还是其他电力系统都是以5次，7次谐波为主，其它谐波为辅。2.谐波源谐波源是指向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备[6]。所以谐波源并不是特指某件设备，而是能产生谐波电流、谐波电压的设备都是谐波源。船舶上产生高次谐波的原因，主要是船舶电网中存在各种非线性元件，使船舶的主电网和连接负载的分电网中总是有高次谐波电流和电压存在。产生高次谐波的元件有很多，而采用变频调速和串级调速的交流电动机调速系统和采用晶闸管变流的直流电动机调速系统等有大型的变流装置的设备产生的高

4、次谐波电流最为突出，是造成船舶电力系统谐波干扰的最主要因素[7]。文献[813]中为我们介绍了谐波源的分类：根据特点可以把谐波源分为3类：第1类是含有变压器等这些铁磁非线性的谐波源。在大量使用电力电子设备之前,这类谐波源是最常见的,不过目前在电力系统总多谐波源中这类所占比例并不大。第2类是电弧炉、电弧焊机等这一类强非线性、冲击性的负载。电弧炉的电流中不但有奇次谐波,还含有偶次谐波,频率也在0.1～30Hz之间变化。第3类就是各种交直流电力电子变换器,它是目前最主要的谐波源，也是最常见谐波源。不过人们往往喜欢把

5、谐波源分成2类：电流型谐波源和电压型谐波源。3.谐波的危害文献[4,5,8]为我们说明了谐波的危害：（1）污染公用电网；（2）影响变压器工作；（3）影响继电保护装置的可靠性；（4）加速电网金属化膜电容器老化；（5）增加输电线路功耗；（6）增加旋转电机的损耗；（7）影响或干扰测量控制仪器、通讯系统工作。这些危害时刻影响着我们，对我们的身体有着危害，还一点一点慢慢地吞噬着我们的经济。4.滤波器无源滤波器和有源滤波器都是治理谐波的重要工具。文献[5,15]采用无源滤波器进行滤波。无源滤波器既可补偿谐波,又可补偿无功

6、功率,而且成本低,技术成熟,结构简单，应用广泛。但它存在着一些无法克服的缺点，那就是电力系统及线路的阻抗会影响滤波效果;系统内阻抗和无源滤波器可能会产生谐振,导致某些谐波放大；一条LC支路只能补偿一定频率的谐波,因此装设的滤波支路数太多；一旦装设在电网上就固定不变,无法对变化的谐波电流(电压)进行动态补偿；重量与体积较大。无源滤波器存在比较明显的技术缺陷,上世纪70年代以来,人们开始致力于有源电力滤波器的研究,以弥补无源电力滤波器存在的问题。文献[8]采用有源滤波器进行滤波。1982年世界第一台APF800k

7、VA在日本研制成功并投入使用以后，又经过20多年的研究，APF技术得到长足发展，不论是从功能上还是运行功率上都有很大进步。有源滤波器是解决目前我国电能质量污染日益严重状况的有力措施。然而电力有源滤波器在欧美等工业发达国家已得到了高度的重视和广泛应用,但是在我国有源滤波技术还处于研究试验阶段,由于目前在我国应用有源滤波器的成本很高,因而极大地限制了在国内的广泛应用。早在20世纪70年代初，有源电力滤波器的基本原理和电路结构就已经被确定下来了，只是当时的器件性能和控制技术还未达到要求，所以没有能够在工业中得到应用

8、。80年代后期，大、中功率全控型半导体器件发展日益成熟，脉冲宽度调制控制技术获得很大进步同时给予瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法也被提出，有了这3个前提有源电力滤波器才得以迅速发展。文献[9,11,16]中还提到电力有源滤波器的发展趋势。目前国内对有源电力滤波器技术的研究集中在：（1）进一步对谐波处理理论的研究；（2）进一步降低补偿装置的容量；（3）简化控制系统；（4）补偿装置的多功能化；（5）增