舰船电网中的非线形设备产生大量的谐波电流,本文对某型号舰艇电网谐波状况进行了测试和分析,对谐波补偿的几种方案进行了讨论,采用有源滤波器方案进行谐波补偿,简要介绍了有源电力滤波器装置的设计,最后给出了补偿的试验结果。
1.前言
舰船电网是由数台发电机组并联发电组成的独立电网。近年来,随着舰载非线形用电设备,尤其是雷达设备的数量增多、功率增大,注入舰船电网的谐波电流变大,电流总谐波含量高达27%,严重超出国军标GJB151A中CE101项目关于电流谐波限值的要求,并且对其它较敏感的舰载用电设备造成不良影响或带来使用隐患。因此,必须采取谐波治理措施,降低电流谐波,使其达到相应标准规范的要求。
2.舰船电网谐波状况和补偿要求
国产某型号舰艇电网情况:1)电压:额定380V,持续波动不超过±10%,短暂波动不超过±15%;2)频率:额定50Hz:波动不超过±5%;3)相数:三相三线;4)供电特性:满足《GB/T13032-91 船用柴油发电机组技术条件》要求。
用电设备为混合型,包括大功率雷达系统、电子设备、传动冷却系统和通用用电设备。其中,注入电网电流谐波最大的是雷达系统,该设备容量约300kVA,运行过程中,根据不同的工作模式,负载在约130~260kW之间变化,总谐波失真约27%。
在雷达供电系统配电屏处测试,电压电流波形和负载电流波动情况如图1、图2所示,电流变化时的各单次谐波分布如表1、表2所示。可见,除电流总谐波最高达29%之外,由于工作期间,工作模式的不同,引起负载电流频繁变化,导致谐波电流也在频繁变化,给谐波补偿带来一定难度。
图1 电压电流波形
图2 负载电流波动情况
表1 满载时电流各次谐波含量
表2 电流波动时各次谐波含量
根据上述谐波状况,对谐波补偿的要求如下:
(1).补偿能力:谐波补偿电流不小于100A;
(2).补偿效果:补偿后,电网侧电流畸变,满足CE101的要求;
(3).跟踪特性:动态跟踪补偿,适应负载的波动特性,动态响应时间≯20ms;
(4).冷却方式:风冷
(5).故障保护:补偿装置具备基本的故障保护功能,故障保护时,装置能自动从电网上脱开,不影响船用电网的正常运行。
(6).结构:采用1.6m高度的与其它船用电气设备相同的标准柜型,重量不大于100kg。