有源電力濾波器在艦船電網(wǎng)諧波補(bǔ)償中的應(yīng)用

圖3 有源電力濾波器原理圖

4．有源電力濾波器裝置設(shè)計(jì)
有源電力濾波器裝置主要由功率變換主電路、IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路、控制電路構(gòu)成。
主電路由兩組三相電壓型PWM變流器構(gòu)成，這兩個(gè)功率模塊公用一組直流電容器；交流側(cè)與負(fù)載諧波源并聯(lián)連接，如圖4所示。其中的開關(guān)元件選用的是IGBT。工作時(shí)，各組PWM變流模塊根據(jù)電流跟隨控制電路所發(fā)出的指令信號(hào)獨(dú)立工作，產(chǎn)生各自的諧波補(bǔ)償電流，相加后以抑制諧波源負(fù)載注入電網(wǎng)側(cè)電流中的諧波成分。

圖4 主電路結(jié)構(gòu)圖
驅(qū)動(dòng)電路以日本三菱公司集成驅(qū)動(dòng)模塊M57959為核心組成，此模塊為厚膜電路，可用于驅(qū)動(dòng)1200V/400A以下或600V/400A以下的IGBT；驅(qū)動(dòng)信號(hào)延遲最大僅1.5us；最高工作頻率可達(dá)40kHz；內(nèi)裝用于控制電路和驅(qū)動(dòng)電路之間隔離的光耦和保護(hù)電路，能在短路和過流情況下作出迅速的反應(yīng)。驅(qū)動(dòng)電路采用＋15V、－10V雙電源供電，可確保IGBT關(guān)斷期間不發(fā)生誤導(dǎo)通，提高驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾能力。過流保護(hù)利用集成驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部過流保護(hù)功能和逆變橋母線集中檢測(cè)保護(hù)雙重方式完成；此外，驅(qū)動(dòng)板上還設(shè)有功率器件過熱、直流母線過壓、直流母線欠壓3種保護(hù)。
控制電路是以雙DSP為核心的數(shù)字、模擬混合控制電路。采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)指令運(yùn)算等功能可以免受溫飄及元件老化的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，便于系統(tǒng)升級(jí)。數(shù)字系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理；模擬系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)電流跟蹤控制，控制脈沖的生成，各種輸入信號(hào)的調(diào)理，保護(hù)，報(bào)警及一些I/O接口電路。
5．系統(tǒng)試驗(yàn)和補(bǔ)償效果
補(bǔ)償裝置已在雷達(dá)地面試驗(yàn)場(chǎng)完成安裝調(diào)試，按照技術(shù)條件要求與雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行了聯(lián)機(jī)模擬試驗(yàn)，對(duì)裝置投入后電網(wǎng)諧波電流進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試和分析。圖5為補(bǔ)償裝置投入后電網(wǎng)側(cè)電壓電流波形，電流波形明顯接近正弦，與圖1相比大為改善；圖6為負(fù)載電流波動(dòng)時(shí)電網(wǎng)側(cè)電壓、電流波形，可見，在波動(dòng)過程中，補(bǔ)償效果仍然可以保證，說明系統(tǒng)響應(yīng)特性完全可滿足負(fù)載特性的要求。

圖5 補(bǔ)償后電壓電流波形

圖6 負(fù)載電流波動(dòng)時(shí)電壓電流波形

表3為補(bǔ)償后電網(wǎng)側(cè)電流各單次諧波含量，與圖1、2相比，總諧波含量由原來的29.70%下降到7.71%。按照GJB151A標(biāo)準(zhǔn)CE101項(xiàng)目電流噪聲限值的測(cè)試計(jì)算方法，將各次諧波電流折算成相應(yīng)的分貝值，與CE101所規(guī)定的限值對(duì)比，結(jié)果均未超標(biāo)。由此可見，補(bǔ)償裝置投入后，對(duì)電網(wǎng)諧波電流的補(bǔ)償效果非常明顯。目前補(bǔ)償裝置正在按裝艦要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)和環(huán)境試驗(yàn)，為正式上艦安裝調(diào)試和艦上試驗(yàn)作準(zhǔn)備。

表3 滿載時(shí)電流的各次諧波含量
6．結(jié)論
有源電力濾波器是一種特別適合艦船電網(wǎng)諧波治理的優(yōu)秀方案。它的使用，較好地抑制了艦船電網(wǎng)中的諧波污染，極大地改善了電網(wǎng)的電能質(zhì)量，滿足了艦用設(shè)備的要求及GJB151A中CE101項(xiàng)的指標(biāo)要求。對(duì)于與艦船電網(wǎng)相似的獨(dú)立小容量電網(wǎng)的諧波治理具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。