艦船電網中的非線形設備產生大量的諧波電流，本文對某型號艦艇電網諧波狀況進行了測試和分析，對諧波補償的幾種方案進行了討論，采用有源濾波器方案進行諧波補償，簡要介紹了有源電力濾波器裝置的設計，最后給出了補償的試驗結果。

　　1．前言

　　艦船電網是由數臺發電機組并聯發電組成的獨立電網。近年來，隨著艦載非線形用電設備，尤其是雷達設備的數量增多、功率增大，注入艦船電網的諧波電流變大，電流總諧波含量高達27%，嚴重超出國軍標GJB151A中CE101項目關于電流諧波限值的要求，并且對其它較敏感的艦載用電設備造成不良影響或帶來使用隱患。因此，必須采取諧波治理措施，降低電流諧波，使其達到相應標準規范的要求。

　　2．艦船電網諧波狀況和補償要求

　　國產某型號艦艇電網情況：1）電壓：額定380V，持續波動不超過±10%，短暫波動不超過±15%；2）頻率：額定50Hz：波動不超過±5%；3）相數：三相三線；4）供電特性：滿足《GB/T13032-91 船用柴油發電機組技術條件》要求。

　　用電設備為混合型，包括大功率雷達系統、電子設備、傳動冷卻系統和通用用電設備。其中，注入電網電流諧波最大的是雷達系統，該設備容量約300kVA，運行過程中，根據不同的工作模式，負載在約130~260kW之間變化，總諧波失真約27%。

　　在雷達供電系統配電屏處測試，電壓電流波形和負載電流波動情況如圖1、圖2所示，電流變化時的各單次諧波分布如表1、表2所示。可見，除電流總諧波最高達29%之外，由于工作期間，工作模式的不同，引起負載電流頻繁變化，導致諧波電流也在頻繁變化，給諧波補償帶來一定難度。

圖1 電壓電流波形

圖2 負載電流波動情況

表1 滿載時電流各次諧波含量

表2 電流波動時各次諧波含量

　　根據上述諧波狀況，對諧波補償的要求如下：

　　補償能力：諧波補償電流不小于100A；
　　補償效果：補償后，電網側電流畸變，滿足CE101的要求；
　　跟蹤特性：動態跟蹤補償，適應負載的波動特性，動態響應時間≯20ms；
　　冷卻方式：風冷
　　故障保護：補償裝置具備基本的故障保護功能，故障保護時，裝置能自動從電網上脫開，不影響船用電網的正常運行。
　　結構：采用1.6m高度的與其它船用電氣設備相同的標準柜型，重量不大于100kg。

　　3．濾波器總體方案選擇

　　前已述及，雷達設備諧波主要為電流源，要限制諧波源注入電網的諧波電流，可采取以下方案：

　　1．對產生諧波的裝置進行改造，使其不產生諧波，且功率因數盡量高。可采用在輸入側加裝變壓器，使整流電路多重化的措施；或采用全控型器件組成PWM整流器，實現功率因數校正的措施。

　　2．加裝交流無源濾波裝置，裝置由電力電容器、電抗器和電阻器適當組合而成，組成若干單調諧及高通濾波支路，和諧波源并聯運行，以吸收諧波電流，有效地減小諧波量；除起到濾波作用外，還兼顧無功補償的需要。優點是結構簡單，運行可靠，維護方便。

　　這種濾波方法的主要缺點是補償特性受電網阻抗和運行狀態影響，易和系統發生并聯諧振，導致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀。此外，它只能補償固定頻率的諧波，補償效果也不甚理想。

　　3．加裝交流有源濾波器裝置，裝置由可控電力電子變流器和檢測控制電路組成，其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，與諧波電流相抵，從而使電網電流只含基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網阻抗的影響，濾波性能和動態特性均比無源方式大為提高。

　　方案1對負載設備進行改造，由于艦載雷達設備采用已經定型的成熟產品，其戰技指標和結構外形已經確定，產品已通過例行試驗，加之雷達系統供電有多路電源輸入，對其進行改造必然使原有定型系統發生較大的變化，因此采用方案1是不切合實際的。

　　方案2加裝無源濾波裝置雖然具有結構簡單，運行可靠，維護方便的優點。但由于裝置在艦用電網上運行，該電網由數臺發電機并聯組成，電網容量小，穩定性差，電壓尤其是頻率均會產生一定范圍的波動，加之雷達設備在工作過程中負載電流頻繁變化，使得無源濾波器很容易發生并聯諧振，產生諧波放大，損害諧波裝置，甚至負載設備。因此，方案2存在很大局限性和一定的危險性。