有源电力滤波器在舰船电网谐波治理中的应用
来源： 作者： 发布时间：2015-04-15 09:59:36 浏览量：方案1对负载设备进行改造，由于舰载雷达设备采用已经定型的成熟产品，其战技指标和结构外形已经确定，产品已通过例行试验，加之雷达系统供电有多路电源输入，对其进行改造必然使原有定型系统发生较大的变化，因此采用方案1是不切合实际的。
方案2加装无源滤波装置虽然具有结构简单，运行可靠，维护方便的优点。但由于装置在舰用电网上运行，该电网由数台发电机并联组成，电网容量小，稳定性差，电压尤其是频率均会产生一定范围的波动，加之雷达设备在工作过程中负载电流频繁变化，使得无源滤波器很容易发生并联谐振，产生谐波放大，损害谐波装置，甚至负载设备。因此，方案2存在很大局限性和一定的危险性。
方案3加装有源滤波装置，其显著的优点是能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，补偿特性不受电网阻抗的影响。与无源滤波器相比，APF具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点。其特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，完全能适应舰载电网条件和雷达负载电流频繁变化的工作状态。有源滤波装置采用电力电子变换技术，其工字电感器体积、重量与无源相比均大幅减小，满足舰上安装使用的要求。
综上所述，方案3既能满足舰载特殊的使用条件，又不影响原有定型系统，是各方案中的最佳选择。
有源滤波器原理如图3所示，图中有源电力滤波器和负载并联接入电网，工作时，有源电力滤波器相当于受控电流源，它产生与负载谐波电流大小相等、方向相反的谐波电流注入电网，抵消负载产生的谐波电流，使流入电网的电流接近正弦波，从而达到谐波补偿的目的。使用时，将装置安装在雷达设备配电柜旁，从雷达设备供电回路前端接入即可。
图3 有源电力滤波器原理图
4．有源电力滤波器装置设计
有源电力滤波器装置主要由功率变换主电路、IGBT的驱动与保护电路、控制电路构成。
主电路由两组三相电压型PWM变流器构成，这两个功率模块公用一组直流电容器；交流侧与负载谐波源并联连接，如图4所示。其中的开关元件选用的是IGBT。工作时，各组PWM变流模块根据电流跟随控制电路所发出的指令信号独立工作，产生各自的谐波补偿电流，相加后以抑功率电感制谐波源负载注入电网侧电流中的谐波成分。
图4 主电路结构图
驱动电路以日本三菱公司集成驱动模块M57959为核心组成，此模块为厚膜电路，可用于驱动1200V/400A以下或600V/400A以下的IGBT；驱动信号延迟最大仅1.5us；最高工作频率可达40kHz；内装用于控制电路和驱动电路之间隔离的光耦和保护电路，能在短路和过流情况下作出迅速的反应。驱动电路采用＋15V、－10V双电源供电，可确保IGBT关断期间不发生误导通，提高驱动电路的抗干扰能力。过流保护利用集成驱动模块内部过流保护功能和逆变桥母线集中检测保护双重方式完成；此外，驱动板上还设有功率器件过热、直流母线过压、直流母线欠压3种保护扁平型电感。
控制电路是以双DSP为核心的数字、模拟混合控制电路。采用数字电路实现指令运算等功能可以免受温飘及元件老化的影响，提高系统的稳定性，便于系统升级。数字系统主要实现数据采集与处理；模拟系统主要实现电流跟踪控制，控制脉冲的生成，各种输入信号的调理，保护，报警及一些I/O接口电路。
5．系统试验和补偿效果
补偿装置已在雷达地面试验场完成安装调试，按照技术条件要求与雷达设备进行了联机模拟试验，对装置投入后电网谐波电流进行了详细测试和分析。图5为补偿装置投入后电网侧电压电流波形，电流波形明显接近正弦，与图1相比大为改善；图6为负载电流波动时电网侧电压、电流波形，可见，在波动过程中，电感器厂补偿效果仍然可以保证，说明系统响应特性完全可满足负载特性的要求。
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