應用于電網絡試驗臺的濾波器設計

1引言

為檢驗新機載發電機特性、以及向新開發的整機供電，通電試驗機載設備，需要研制電網絡試驗臺。電網絡試驗臺是飛機電源系統地面模擬試驗中航空發電機的驅動裝置，它模擬飛機發動機特性，拖動機載發電機發電。系統采用變頻調速方式，結構框圖如圖1所示。

圖1電網絡試驗臺系統框圖

由于變頻器的使用，使得系統運行時配電柜提供的三相380V工頻電源波形發生畸變，電能質量降低，并影響系統中其它設備工作。因此，針對變頻器輸入側諧波對系統的影響，需有足夠的重視并且采取應對措施。在眾多諧波治理措施中，有源電力濾波器（APF）能夠動態治理諧波，是諧波治理技術的發展方向。

電網絡試驗臺采用額定功率為132kW的大型異步電機，系統容量大，需要濾波器具有較大的容量和較高的耐壓能力。將三電平逆變器應用于有源濾波器是提高有源濾波器容量的一條途徑。

本文提出了一種基于三電平雙滯環控制的有源電力濾波器控制方法，并針對電網絡試驗臺諧波情況，設計了濾波器。

2三電平混合有源濾波器的原理及構成

三電平混合有源電力濾波器主電路基本結構如圖2所示。非線性負載電流il經電流互感器后通過諧波電流檢測電路得到負載諧波電流ih，再控制三電平逆變器使注入電力系統的補償電流ic=ih，從而抵消電網中的諧波電流，這就是APF的基本工作原理。并聯的無源濾波器對電網中主要的諧波頻率諧振形成低阻通路，使相應的諧波電流流入無源支路而避免流入電網內，可以減小APF的補償容量，同時還可以兼顧無功補償的需要。

3濾波器控制系統

三電平有源濾波器的控制系統分為電壓外環和電流內環兩部分。電壓外環維持逆變器直流側電壓恒定，采用PI控制【1】。電流內環可分為指令電流運算模塊和電流跟蹤控制模塊兩部分。本文在指令電流運算模塊中，采用基于瞬時無功功率理論的ip=iq法【2】，而在電流跟蹤控制模塊中采用電流雙滯環控制方法。

電流雙滯環控制示意如圖3所示。將兩個相同的滯環B1、B2錯開一定的偏移量放置，構成新的內外兩環Bin、Bout。當電網電壓大于零時，電流控制如圖3（a）所示。實際電流超出外環Bout下界時，控制逆變器輸出正電平，使逆變器輸出電流迅速上升，逆變器應開通開關管S1、S2，關斷開關管S3、S4。當實際電流到達內環中與原滯環B1對應的一側時，改為輸出零電平，實際電流緩慢減小，返回環內，逆變器開通開關管S2、S3，關斷開關管S1、S4；如此循環，使實際電流在滯環B1內變動。當電網電壓小于零時，逆變器輸出電流進入環B2，電流控制如圖3（b）所示。實際電流超出外環Bout上界時，控制逆變器輸出負電平，使實際電流迅速返回環內，逆變器應開通開關管S3、S4，關斷開關管S1、S2。當實際電流到達內環中與原滯環B2對應的一側時，改為輸出零電平，電流緩慢增大，從而使實際電流在滯環B2內變動。可見逆變器輸出電流始終被控制在B1和B2內，跟蹤指令電流。

與傳統的兩電平單滯環電流控制方法相比，三電平雙滯環控制策略保持了控制方法簡單、電流響應快等特點。由于輸出電壓電平數的增加，使得輸出波形具有更好的諧波頻譜，且輸出電平或在正與零之間切換，或在負與零之間切換，不會出現正負電平直接變換，可避免輸出電壓中過大的dv/dt。

4濾波器主要參數設計

4.1無源濾波器設計

針對電網絡試驗臺系統中主要含有的5次，7次和11次諧波的特點，設置專門的單調諧濾波器進行濾波兼無功補償。