船舶电网是由数台发电机组并联发电组成的独立电网。与陆地大电网相比，其短路容量显著降低，这使得船舶电气系统更容易受到谐波干扰的影响。随着舰载非线性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持续增大，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，并对其他较敏感的舰载用电设备造成不良影响或带来使用隐患。

以国产某型号舰艇电网为例，其电网额定电压380V，频率50Hz，采用三相三线制。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工作模式，负载在约130至260kW之间变化，总谐波失真约27%。

该场景的谐波补偿面临一个特殊困难：由于工作模式的不同，引起负载电流频繁变化，导致谐波电流也在频繁变化。这要求补偿装置具备动态跟踪能力，动态响应时间不大于20ms，能够适应负载的波动特性。

针对上述谐波状况，谐波补偿装置的设计要求包括：补偿能力方面，谐波补偿电流不小于100A；补偿效果方面，补偿后电网侧电流畸变需满足CE101的要求；冷却方式采用风冷；故障保护方面，补偿装置需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；结构方面采用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。

在方案选择上，目前主要有三种技术路径可供选择。

 对产生谐波的装置进行改造，使其不产生谐波且功率因数尽量高。可采用在输入侧加装变压器使整流电路多重化的措施，或采用全控型器件组成PWM整流器实现功率因数校正。这种方式从根源上减少谐波产生，但改造成本高且适用范围有限。

第二种是加装交流无源滤波装置。

 由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合，组成若干单调谐及高通滤波支路，和谐波源并联运行以吸收谐波电流。优点在于结构简单、运行可靠、维护方便，同时兼顾无功补偿的需要。但主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁，且只能补偿固定频率的谐波，补偿效果不甚理想。

第三种是加装交流有源滤波器装置。

 装置由可控电力电子变流器和检测控制电路组成，其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，与谐波电流相抵，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。综合考虑负载电流频繁变化的实际工况，有源滤波器方案在该场景中具有更好的适应性。

在船舶电力推进领域，针对22000 TEU双燃料集装箱船配置的大功率变频设备产生谐波造成船舶电网母线电压畸变的问题，设计了在低压母线侧并联有源滤波器来抑制谐波的解决方案，利用电力系统仿真软件ETAP对实船进行建模，通过对使用有源滤波器前后电网母线电压谐波畸变率的变化进行比较验证了方案的有效性。在电动船舶领域，德欧泰克推出的碳化硅MOSFET专为高效船形驱动逆变器设计，在100℃外壳温度下可提供1200V漏源电压及85A连续漏电流。

船舶电网谐波特性分析与有源滤波补偿方案技术探讨

船舶和邮轮作为远离陆地的独立电力系统，其电气安全要求远高于陆上建筑。船上的电源供应是微电网，与岸电相比，短路容量显著降低，这使得船舶电气系统更容易受到谐波干扰的影响。

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船舶电网为独立小容量系统，短路容量低，谐波干扰显著。某舰电网电流总谐波含量达27%，超出GJB151A标准，雷达负载波动要求补偿动态响应≤20ms。经比选，有源滤波器可跟踪频变谐波且不受电网阻抗影响，补偿电流≥100A，适用性强，已在船用变频场景验证有效。

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船舶电网谐波特性分析与有源滤波补偿方案技术探讨

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