船电技术ｌ应用研究 Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１１ ２０１４．１１ 渔船电力推进系统概述与谐波分析 孟得东，郝春学 （武汉船用电力推进装置研究所，武汉４３００６４） 摘要：随着变频调速技术的迅速发展，为远洋渔业船舶采用电力推进带来了新的契机。渔船采用电力推 进系统具有故障冗余，运行可靠性高等特点，实现了船体布置结构灵活、全船电力系统统一分配，为渔船 动力装置变革起到了指导意义。对灯光围网渔船谐波进行仿真计算，最后仿真结果符合理论分析且均满足 船舶电网谐波要求。 关键词：谐波电力推进仿真计算 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－４８６２（２０１４）１１－００３６－０４ 中图分类号：ＴＭ９２１ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｌａｍｐ Ｓｅｉｎｉｎｇ Ｆｉｓｈｉｎｇ Ｂｏａｔｓ Ｍｅｎｇ Ｄｅｄｏｎｇ，Ｈａｏ Ｃｈｕｎｘｕｅ （Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＭａｒｉｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂｒｉｎｇ ｎｅｗ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ ｔｏ ｍａｒｉｎｅ ｆｉｓｈｉｎｇ ｂｏａｔｓ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｆｉｓｈｉｎｇ ｂｏａｔｓ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｕｌｔ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ，ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｙｔ，ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏａｔｓ’ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏ，．ｆｉｓｈｉｎｇ ｂｏａｔｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｍｐ ｓｅｉｎｉｎｇ ｉｓｈｉｆｎｇ ｂｏａｔｓ．ｉｔ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｓ ｅｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆｔｈｅ ｍａｒｉｎｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｓｔａｎｄａｒｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｅ ｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ０引言 近年来，灯光围网渔船和球刀渔船等新型渔 船对电站需求的增加，电站共用为渔船采用电力 推进方式提供了自然优势。伴随海洋资源的缩减， １电力推进系统方案的比较 以下为渔船采用电力推进方式的几种方案， 通过几种方案进行比较，选取较为优化的方案。 对船舶的噪音和振动性能、高可靠性及环保节能 船舶的要求也增加，渔船领域发展电力推进从效 益角度和长远利益来看，势在必行。作为电力推 进系统渔船的核心设备变频器和诱鱼灯，就是供 电电网的主要谐波源之一。为了减小谐波对电网 的影响，我们有必要对变频器输入端谐波进行分 析和计算，以满足船舶电网的供电要求和保证其 它船电设备的可靠运行。 Ｃ１ ｃ＝ ０ 图１单机单浆 图１所需要的设备数量较少，设备空间需求 收搞日期：２０１４．０８－２５ 作者简介：孟得东（１９８２．），男，工程师。研究方向： 系统仿真、船舶电力推进系统集成技术。 ３６ 较小，从控制策略也相对比较简单，易于实现， 但系统因为核心设备变频器和电机没有冗余设 计，所以抗故障能力较差，谐波较大。 图２两台电机并联运行，同时电机宽度方向 有较大增加，对机舱布置影响较大，２台变频器 之间的协制测量比较复杂。 ＡＣ８０ ＝ｔ 图２双机并联 ＡＣＳ０ ： ： 图３双机串轴 ＡＣＢ０ 图４双绕组电机 图３两台电机串轴，轴系较为复杂，同时电 机长度方向有较大增加，对机舱布置影响较大，２ 台变频器之间的协制测量比较复杂。 图４使用６相电机作为船舶主推进电机，优 化了系统的组成，推进支路实现备份，动力系统 冗余，两条推进支路形成虚拟２４脉，谐波控制较 为简单，控制测量比较复杂。 从表１可以看出，方案４是我们综合考虑后 更为可行的技术方案，６６米灯光围网渔船正是基 船电技术Ｉ应用研究 于以上分析做出的。 表１几种方案比较 ２电力推进系统概况 渔船综合电力推进系统（见图５）实现全船的 供电、推进及操控功能，根据功能划分为３个分 系统：供电系统、推进系统、操控系统。 图５电力推进系统单线图 供电系统主要为全船提供电源，并提供必要 的保护。供电系统的额定电压为４００ Ｖ、额定频 率为５０ Ｈｚ，其组成主要包括：８００ ｋＷ机组２套、 ５０ ｋＷ机组１套、主配电板１套、功率管理系统 （ＰＭＳ）ｌ套【¨。 推进系统为船舶航行提供推进动力，可完成 船舶的围网作业、进出港、航行等工况。推进系 统的组成主要包括：２台推进变压器、２套１２脉水 冷型推变频器、１台双绕组推进电动机和１套减速 齿轮箱。 操控系统主要实现推进操控功能、电力推进 系统监测报警功能，由驾控台控制组件、推进控 制单元、采集箱组成。 ３谐波仿真模型的建立与分析 ３７ 船电技术ｊ应用研究 在灯光围网渔船电力推进系统中主要考核的 是变频器交流输入侧对电网的谐波影响。首先建 载ｌ５０ ｋＷ。 单机工况：单台８００ ｋＷ发电机，单台主雅 １００％功率（１２脉动整流），日用负载１３０ ｋＷ。 立发电机组、整流变压器、电缆以、变频器、电 动机的谐波分析等值电路模型库，然后按图５构 造其等值电路模型并得到网侧的谐波畸变率 从仿真结果可以看出， 在当前发电机参数 下，４００ Ｖ电网电压谐波含量能够满足系统及船 ｆＴＨＤ）和各次谐波的含量情况。 图６推进操控系统图 由理论分析可知，以ｍ个相位相差￣ｒ／３ｍ的 变压器分别供电的ｍ个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 ｋ￣１次谐波，且其有效值与谐波次数成反比，且 与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。随着整 流脉动数的提高，谐波含量会越来越小Ｌ２Ｊ。 灯光围网渔船电力推进系统以Ｍａｔｌａｂ６．５为 软件平台构建了电力推进系统谐波分析的模型 库。根据本船实际运行中的工况构建系统仿真模 型后进行仿真计算并加以分析。 工况的仿真结果，如图８所示。 发电机组１ 等效整流负载１ 发 电 图７系统仿真模型 航行工况：两台８００ ｋＷ发电机，两台主推 电机１００％功率（虚拟２４脉动整流），日用负载 ４００ ｋＷ。 捕鱼作业工况：两台８００ ｋｗ发电机，两台 主推电机２０％功率（虚拟２４脉动整流），日用负 载９００ ｋＷ。 进出港工况：两台８００ ｋＷ发电机，两台主 推电机８０％功率（虚拟２４脉动整流）， 日用负 ３８ 级社规范的小于５％的要求。 从几种工况的仿真结果可以看出， １２脉动 整流时网侧主要含有１１、１３、２３、２５次谐波。采 用虚拟２４脉动整流时，网侧电压２３、２５次谐波 较高。其它各次谐波大小与基波的比值都基本不 变，这样系统的电压谐波总畸变率大大减小，这 个结论也证明了前面的理论分析。 对于前两种工况的可以看出，在发电机组数 量不变的情况下，网侧电压谐波情况与负载功率 有关，负载功率较大时，网侧电压波形更接近于 正弦波，总谐波电压畸变率ＴＨＤ则减小。分析 可知，由于负载减小后，网侧谐波电流幅值变小， 使其在电网等效阻抗上产生的各次谐波电压减 小，电压基波幅值基本不变，电压谐波畸变率就 相应变小 。 对于后两种工况的可以看出，在负载相当时， 投入的发电机组数目减少，电网容量减小，电网 的电压畸变会增加。分析可知，负载一定时，负 载电流基波保持不变，网侧机组数目减少，网侧 等值电路阻抗增大，电感对电流的谐波抑制作用 使电流的畸变变小，电网阻抗产生的电压降会增 大，电压畸变也会增大。 ４ 结论 渔船多数采用单舵浆推进，从图５可以看出， 本系统采用两台变频器同时驱动单台双绕组电 机，机组的电制采用三相四线制，诱鱼灯光系统 和辅助系统无需采用单独的辅助发电机组进行供 电，而与主推进系统统一供电，实现了主推进、 诱鱼灯光系统和辅助系统电能的统一调配，使得 渔船的装机功率减少，造价降低。采用多台机组 组成发电系统，当某一台发电机组故障时，其它 发电机组能够正常供电；采用两台变频器及双绕 组电机，单台变频器故障或推进电机的单电枢故 障时，仍可以维持单机正常运行，因此，电力推 进系统渔船具有故障冗余，运行可靠性高等特点。 通过仿真计算结果说明通过改变整流方式，采用 多脉动整流可以有效的降低变频器输入侧的谐波 含量［钔。
