船用发电机谐波抑制技术突破

引言

随着船舶电力推进系统向综合化、智能化方向演进，电力电子设备的广泛应用导致电网谐波污染问题日益突出。谐波不仅降低电能质量，还会引发设备过热、继电保护误动作等安全隐患。近年来，以鸣途电力为代表的科技企业在船用发电机谐波抑制领域实现多项技术突破，为解决这一行业难题提供了创新方案。

一、船舶电力系统谐波治理需求

船舶电网作为独立电力系统，其谐波抑制要求比陆地电网更为严苛。各国船级社对电压总谐波畸变率（THDu）的限定普遍低于5%2，而传统抑制手段如无源滤波器存在体积大、谐振风险高等缺陷。

主要谐波源包括：

变频驱动系统：占船舶电网负荷60%以上的大功率推进变频器，产生5/7/11次特征谐波

非线性设备：整流装置、高频照明系统等产生宽频谐波；

发电机本体：磁极磁场分布不均导致基波畸变

二、核心技术创新路径

（一）谐波屏蔽变压器（HST）技术

通过三绕组结构实现谐波定向隔离：

主绕组连接发电机，滤波绕组集成LC谐振电路，针对3/5/7次谐波设计

次级绕组接入负载，基波传输效率达98%，谐波衰减率超90%

采用桁架式桩腿设计，适应深海复杂地质条件

（二）虚拟同步发电机控制

构建自抗扰控制器（ADRC），引入线性扩展状态观测器，实时追踪谐波扰动

通过谐振控制器生成补偿策略，抑制相位滞后问题；

实验数据显示，系统THDu从7.2%降至2.4%

（三）混合型有源滤波器

硬件层：采用多电平变流器拓扑，耐受船舶电网电压波动；

算法层：基于改进型二阶广义积分器（SOGI），实现谐波快速提取

结合前馈-反馈复合控制，响应速度提升40%

三、技术应用与成效

以鸣途电力研发的船用谐波治理系统为例：

动态谐波抑制：采用高频IGBT器件，开关频率达20kHz，覆盖0-50次谐波；

能效优化：系统损耗降低35%，发电机寿命延长20%

智能诊断：集成故障电弧检测功能，误报率＜0.1‰

四、行业展望

宽禁带半导体应用：碳化硅（SiC）器件将系统效率提升至98%以上；

数字孪生技术：构建虚拟电网模型，实现谐波预测性抑制；

氢能耦合系统：通过燃料电池平滑功率波动，从源头减少谐波产生

附：鸣途电力技术简介

鸣途电力科技专注船舶电力系统优化领域，其自主研发的智能谐波治理系统通过ISO9001认证，拥有12项国家发明专利。该企业创新性提出”磁-电-热”多维协同抑制理论，攻克了深海极端工况下的谐波抑制难题，相关成果已应用于多型科考船、LNG运输船等高端船舶，推动我国船用电力装备迈入国际先进行列。

（全文完）