1引言

為檢驗(yàn)新機(jī)載發(fā)電機(jī)特性、以及向新開(kāi)發(fā)的整機(jī)供電，通電試驗(yàn)機(jī)載設(shè)備，需要研制電網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)臺(tái)。電網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)臺(tái)是飛機(jī)電源系統(tǒng)地面模擬試驗(yàn)中航空發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，它模擬飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)特性，拖動(dòng)機(jī)載發(fā)電機(jī)發(fā)電。系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1電網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)框圖

由于變頻器的使用，使得系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)配電柜提供的三相380V工頻電源波形發(fā)生畸變，電能質(zhì)量降低，并影響系統(tǒng)中其它設(shè)備工作。因此，針對(duì)變頻器輸入側(cè)諧波對(duì)系統(tǒng)的影響，需有足夠的重視并且采取應(yīng)對(duì)措施。在眾多諧波治理措施中，有源電力濾波器（APF）能夠動(dòng)態(tài)治理諧波，是諧波治理技術(shù)的發(fā)展方向。

電網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)臺(tái)采用額定功率為132kW的大型異步電機(jī)，系統(tǒng)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(yīng)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(huán)控制的有源電力濾波器控制方法，并針對(duì)電網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)臺(tái)諧波情況，設(shè)計(jì)了濾波器。

2三電平混合有源濾波器的原理及構(gòu)成

三電平混合有源電力濾波器主電路基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。非線性負(fù)載電流il經(jīng)電流互感器后通過(guò)諧波電流檢測(cè)電路得到負(fù)載諧波電流ih，再控制三電平逆變器使注入電力系統(tǒng)的補(bǔ)償電流ic=ih，從而抵消電網(wǎng)中的諧波電流，這就是APF的基本工作原理。并聯(lián)的無(wú)源濾波器對(duì)電網(wǎng)中主要的諧波頻率諧振形成低阻通路，使相應(yīng)的諧波電流流入無(wú)源支路而避免流入電網(wǎng)內(nèi)，可以減小APF的補(bǔ)償容量，同時(shí)還可以兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?/p>

3濾波器控制系統(tǒng)

三電平有源濾波器的控制系統(tǒng)分為電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)兩部分。電壓外環(huán)維持逆變器直流側(cè)電壓恒定，采用PI控制【1】。電流內(nèi)環(huán)可分為指令電流運(yùn)算模塊和電流跟蹤控制模塊兩部分。本文在指令電流運(yùn)算模塊中，采用基于瞬時(shí)無(wú)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(huán)控制方法。

電流雙滯環(huán)控制示意如圖3所示。將兩個(gè)相同的滯環(huán)B1、B2錯(cuò)開(kāi)一定的偏移量放置，構(gòu)成新的內(nèi)外兩環(huán)Bin、Bout。當(dāng)電網(wǎng)電壓大于零時(shí)，電流控制如圖3（a）所示。實(shí)際電流超出外環(huán)Bout下界時(shí)，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(yīng)開(kāi)通開(kāi)關(guān)管S1、S2，關(guān)斷開(kāi)關(guān)管S3、S4。當(dāng)實(shí)際電流到達(dá)內(nèi)環(huán)中與原滯環(huán)B1對(duì)應(yīng)的一側(cè)時(shí)，改為輸出零電平，實(shí)際電流緩慢減小，返回環(huán)內(nèi)，逆變器開(kāi)通開(kāi)關(guān)管S2、S3，關(guān)斷開(kāi)關(guān)管S1、S4；如此循環(huán)，使實(shí)際電流在滯環(huán)B1內(nèi)變動(dòng)。當(dāng)電網(wǎng)電壓小于零時(shí)，逆變器輸出電流進(jìn)入環(huán)B2，電流控制如圖3（b）所示。實(shí)際電流超出外環(huán)Bout上界時(shí)，控制逆變器輸出負(fù)電平，使實(shí)際電流迅速返回環(huán)內(nèi)，逆變器應(yīng)開(kāi)通開(kāi)關(guān)管S3、S4，關(guān)斷開(kāi)關(guān)管S1、S2。當(dāng)實(shí)際電流到達(dá)內(nèi)環(huán)中與原滯環(huán)B2對(duì)應(yīng)的一側(cè)時(shí)，改為輸出零電平，電流緩慢增大，從而使實(shí)際電流在滯環(huán)B2內(nèi)變動(dòng)?？梢?jiàn)逆變器輸出電流始終被控制在B1和B2內(nèi)，跟蹤指令電流。

與傳統(tǒng)的兩電平單滯環(huán)電流控制方法相比，三電平雙滯環(huán)控制策略保持了控制方法簡(jiǎn)單、電流響應(yīng)快等特點(diǎn)。由于輸出電壓電平數(shù)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(fù)與零之間切換，不會(huì)出現(xiàn)正負(fù)電平直接變換，可避免輸出電壓中過(guò)大的dv/dt。

4濾波器主要參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1無(wú)源濾波器設(shè)計(jì)

針對(duì)電網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)中主要含有的5次，7次和11次諧波的特點(diǎn)，設(shè)置專(zhuān)門(mén)的單調(diào)諧濾波器進(jìn)行濾波兼無(wú)功補(bǔ)償。