有源電力濾波器在艦船電網(wǎng)諧波補償中的應用

圖3 有源電力濾波器原理圖

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

圖4 主電路結構圖
驅動(dòng)電路以日本三菱公司集成驅動(dòng)模塊M57959為核心組成，此模塊為厚膜電路，可用于驅動(dòng)1200V/400A以下或600V/400A以下的IGBT；驅動(dòng)信號延遲最大僅1.5us；最高工作頻率可達40kHz；內裝用于控制電路和驅動(dòng)電路之間隔離的光耦和保護電路，能在短路和過(guò)流情況下作出迅速的反應。驅動(dòng)電路采用＋15V、－10V雙電源供電，可確保IGBT關(guān)斷期間不發(fā)生誤導通，提高驅動(dòng)電路的抗干擾能力。過(guò)流保護利用集成驅動(dòng)模塊內部過(guò)流保護功能和逆變橋母線(xiàn)集中檢測保護雙重方式完成；此外，驅動(dòng)板上還設有功率器件過(guò)熱、直流母線(xiàn)過(guò)壓、直流母線(xiàn)欠壓3種保護。
控制電路是以雙DSP為核心的數字、模擬混合控制電路。采用數字電路實(shí)現指令運算等功能可以免受溫飄及元件老化的影響，提高系統的穩定性，便于系統升級。數字系統主要實(shí)現數據采集與處理；模擬系統主要實(shí)現電流跟蹤控制，控制脈沖的生成，各種輸入信號的調理，保護，報警及一些I/O接口電路。
5．系統試驗和補償效果
補償裝置已在雷達地面試驗場(chǎng)完成安裝調試，按照技術(shù)條件要求與雷達設備進(jìn)行了聯(lián)機模擬試驗，對裝置投入后電網(wǎng)諧波電流進(jìn)行了詳細測試和分析。圖5為補償裝置投入后電網(wǎng)側電壓電流波形，電流波形明顯接近正弦，與圖1相比大為改善；圖6為負載電流波動(dòng)時(shí)電網(wǎng)側電壓、電流波形，可見(jiàn)，在波動(dòng)過(guò)程中，補償效果仍然可以保證，說(shuō)明系統響應特性完全可滿(mǎn)足負載特性的要求。

圖5 補償后電壓電流波形

圖6 負載電流波動(dòng)時(shí)電壓電流波形

表3為補償后電網(wǎng)側電流各單次諧波含量，與圖1、2相比，總諧波含量由原來(lái)的29.70%下降到7.71%。按照GJB151A標準CE101項目電流噪聲限值的測試計算方法，將各次諧波電流折算成相應的分貝值，與CE101所規定的限值對比，結果均未超標。由此可見(jiàn)，補償裝置投入后，對電網(wǎng)諧波電流的補償效果非常明顯。目前補償裝置正在按裝艦要求進(jìn)行結構改進(jìn)和環(huán)境試驗，為正式上艦安裝調試和艦上試驗作準備。

表3 滿(mǎn)載時(shí)電流的各次諧波含量
6．結論
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(mǎn)足了艦用設備的要求及GJB151A中CE101項的指標要求。對于與艦船電網(wǎng)相似的獨立小容量電網(wǎng)的諧波治理具有較好的推廣應用價(jià)值。